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Type: Tese
Title: Suco de laranja potencialmente prebiótico, síntese em escala ampliada e efeitos na microbiota e na expressão de genes relacionados a inflamação
Authors: Leite, Ana Karoline Ferreira
Advisor: Rodrigues, Sueli
Co-advisor: Fonteles, Thatyane Vidal
Keywords in Brazilian Portuguese : Oligossacarídeos;Sulfato de Dextrana;Microbiota do intestino;Alimento prebiótico;Doença Inflamatória do intestinal
Keywords in English : Oligosaccharides;Gut microbiota;Inflammatory bowel disease;Dextran Sulfate;Prebiotic food
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Issue Date: 2024
Citation: LEITE, A. K. F. Suco de laranja potencialmente prebiótico, síntese em escala ampliada e efeitos na microbiota e na expressão de genes relacionados a inflamação. 2024. 106 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.
Abstract in Brazilian Portuguese: O desenvolvimento de novos alimentos prebióticos e sua relação com a saúde humana são temas que estão sendo fortemente explorados. Uma opção para produção de sucos prebióticos é a síntese destes compostos diretamente no suco. Até o presente, pouco se sabe sobre a ampliação da escala deste processo e possíveis efeitos benéficos a nível intestinal. Assim, usando a enzima dextrana-sacarase, esse trabalho objetivou avaliar o efeito da temperatura e agitação na síntese de oligossacarídeos e dextrana em suco de laranja com volume ampliado, bem como o efeito do suco na composição da microbiota intestinal humana, na barreira epitelial de células intestinais Caco-2/TC7 e na expressão de genes-alvo. Visando um melhor desempenho de sistema de mistura, especialmente em relação a homogeneidade do meio e a difusividade dos carboidratos, as sínteses foram conduzidas diretamente no suco de laranja em reatores agitados magneticamente e mecanicamente a 25 e 30 ºC (MAG25, MEC25, MAG30 e MEC30) durante 24 h. Os sucos produzidos foram submetidos à digestão in vitro, seguida da fermentação pela microbiota colônica de dois doadores, sendo um vegetariano autodeclarado (A) e outro onívoro (B), em condições anaeróbicas (37 °C/48 h). Por fim, avaliou-se o efeito de suco de laranja sem (SL) e com oligossacarídeos e dextrana (SLP), antes e após digestão in vitro (SLD e SLPD) na viabilidade, resistência elétrica transepitelial (TEER) e expressão dos genes relacionados à inflamação (IL-8, TNF-α, NF-κB-1 e COX-2), às junções estreitas (ZO-1) e ao metabolismo de açúcares (GLUT-2, SLGT-1 e GLUT-5) em células intestinais Caco-2/TC7. A concentração de açúcares redutores (AR) no suco reduziu a 25 °C, demonstrando a utilização dos AR na produção de oligossacarídeos e dextrana, e aumentou nas sínteses conduzidas a 30 °C, sendo um indicativo de hidrólise. Além disso, uma maior concentração de oligossacarídeos e dextrana foi identificada nos sucos sintetizados a 25 °C. A agitação magnética aumentou a síntese de dextrana, enquanto o tipo de agitação não interferiu na produção de oligossacarídeos a 25 ºC/6 h. Apesar dos ótimos resultados para MAG25, MEC25 foi selecionado para as etapas posteriores, pois reatores agitados mecanicamente são mais adequados para produção em larga escala. Os oligossacarídeos e dextrana presentes no suco digerido foram consumidos pela microbiota fecal humana de ambos os doadores, com consequente produção de altas concentrações de lactato e acetato, seguidos de butirato, propionato e isobutirato. Os doadores apresentaram perfis diferentes de consumo de oligossacarídeos e produção de ácidos, com um consumo rápido e completo dos oligossacarídeos pelo doador B, além do elevado acúmulo de propionato. A microbiota fecal do doador A apresentou uma alta abundância relativa de Lactobacillus ruminis (44,96%), enquanto Bifidobacterium adolescentis foi a principal bactéria do microbioma do doador B (41,73%) após 24 h. A abundância de microrganismos com propriedades benéficas, como Bacteroides xylanisolvens, também foi favorecida pelo suco de laranja funcional (6,08 e 8,52%), porém houve redução de algumas espécies de Clostridia sp. No cultivo de células Caco-2/TC7, SLP aumentou a viabilidade celular e os valores de TEER em comparação ao SL. Após digestão, SLPD minimizou danos e perdas estruturais na camada celular em relação ao SLD. SLPD, na concentração 1,25%, reduziu a expressão dos genes associados à inflamação e não afetou a expressão do gene ZO-1. Contudo, SLPD a 2,5% promoveu um aumento nos níveis de RNAm de ZO-1. Não houve modificações marcantes na expressão de genes relacionados ao transporte de açúcares. Nesse sentido, o suco de laranja contendo oligossacarídeos e dextrana melhorou a composição e atividade metabólica da microbiota colônica humana e podem contribuir para a redução da inflamação intestinal e melhoria da função de barreira, sendo uma alternativa ao mercado de alimentos funcionais.
Abstract: The development of new prebiotic foods and their relationship with human health are topics that have been strongly explored. An option for producing prebiotic juices is the synthesis of these compounds directly in the juice. However, there is limited knowledge about scaling up this process and its potential beneficial effects at the intestinal level. Thus, using the enzyme dextransucrase, this work aimed to evaluate the effect of temperature and agitation on the synthesis of oligosaccharides and dextran in orange juice in increased volume, as well as the effect of the juice on the human intestinal microbiota composition, on epithelial barrier of Caco-2/TC7 intestinal cells and on expression of target genes. Aiming to achieve a better performance on the mixing system, especially the homogeneity of the medium and the carbohydrate diffusivity, the synthesis was conducted directly on the orange juice in magnetic and mechanical stirred reactors at 25 and 30 ºC (MAG25, MEC25, MAG30 and MEC30) for 24 h. The juices produced were submitted to in vitro digestion, followed by fermentation by the colonic microbiota of two donors, one vegetarian (A) and the other omnivorous (B), under anaerobic conditions (37 °C/48 h). Finally, the effect of orange juice without (SL) and with oligosaccharides and dextran (SLP) was evaluated, before and after in vitro digestion (SLD and SLPD) on viability, transepithelial electrical resistance (TEER) and expression of genes related to inflammation (IL-8, TNF-α, NF-κB-1 and COX-2), tight junctions (ZO-1) and sugar metabolism (GLUT-2, SLGT-1 and GLUT-5) in Caco-2/TC7 intestinal cells. The concentration of reducing sugars (AR) into the juice reduced at 25 °C, due to the use of RS in the production of oligosaccharides and dextran, and increased in syntheses conducted at 30 °C, an indication of hydrolysis. Furthermore, a higher concentration of oligosaccharides and dextran was identified in juices synthesized at 25 °C. In terms of agitation, magnetic agitation increased dextran synthesis, while the type of agitation did not interfere on the production of oligosaccharides at 25 ºC/6 h. Despite the excellent results for MAG25, MEC25 was selected for next steps because mechanical stirred reactors are more suitable for large-scale production. The donors presented different profiles of oligosaccharide consumption and acid production, with rapid and complete consumption of oligosaccharides by donor B, in addition to high propionate accumulation. Oligosaccharides and dextran present in the digested juice were consumed by the human fecal microbiota of both donors, with consequent production of high concentrations of lactate and acetate, followed by butyrate, propionate and isobutyrate. The microbiota of donor A showed a high relative abundance of Lactobacillus ruminis (44.96%), while Bifidobacterium adolescentis was the main bacteria in the microbiome of donor B (41.73%) after 24 h. The abundance of beneficial microorganisms such as Bacteroides xylanisolvens was also favored by functional orange juice (6.08 and 8.52%), but a reduction in some species of Clostridia sp was observed. In Caco-2/TC7 cells, SLP increased cell viability and TEER values compared to SL. After digestion, SLPD reduced damage and structural losses in the cell layer compared to SLD. SLPD, at 1.25 % concentration, reduced the expression of inflammation-related genes and did not affect the expression of the ZO-1 gene. However, 2.5% SLPD increased the ZO-1 mRNA levels. No changes were observed on the expression of sugar transport-related genes. In this sense, orange juice containing oligosaccharides and dextran improved the composition and metabolic activity of the human colonic microbiota and may contribute to reducing intestinal inflammation and improving barrier function, being an alternative to the functional food market.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/78495
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/1306354516311562
Advisor's ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3725-2274
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/5599017990318989
Co-advisor's ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6857-675X
Co-advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/7561349756380406
Access Rights: Acesso Aberto
Appears in Collections:DEQ - Teses defendidas na UFC

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