Ocorrência e biossíntese de frutooligossacarídeos em banana
Occurrence and biosynthesis of fructooligosaccharides in banana
Publication year: 2009
Theses and dissertations in Portugués presented to the Universidade de São Paulo. Faculdade de Ciências Farmacêuticas to obtain the academic title of Doutor. Leader: Lajolo, Franco Maria
A banana tem sido comumente indicada como uma boa fonte de frutooligossacarídeos (FOS), que são considerados componentes funcionais de alimentos. Contudo, diferenças significantes em suas quantidades têm sido referidas na literatura. Portanto, uma parte do trabalho foi destinada à identificação e quantificação de FOS durante o amadurecimento de cultivares de bananas pertencentes aos grupos genômicos mais comumente cultivados no Brasil. Considerando as diferenças de cultivar, estágio do amadurecimento e metodologia usada para análise de FOS, os conteúdos dos açúcares foram analisados por cromatografia líquida de alta performance (HPAEC-PAD) e cromatografia a gás (CG-MS). Uma pesquisa inicial entre oito cultivares no estágio maduro, mostrou acúmulo de 1-cestose, primeiro membro da série de FOS, em todas elas (quantidades entre 297 e 1600 µg/g M.S). A nistose, o segundo membro, foi detectado somente na cultivar Prata. Com bases nestes dados, foram escolhidas cinco cultivares, para que fossem analisadas durante todo o amadurecimento. Os resultados mostraram uma forte correlação entre a chegada a um nível específico de sacarose (~200 mg/g M.S) e a síntese de 1-cestose. Em uma segunda fase, os níveis de sacarose e FOS total foram quantificados em diferentes fases de amadurecimento de banana Prata, armazenada em temperatura ambiente e em baixa temperatura. As supostas enzimas envolvidas em sua síntese também foram avaliadas. Para explorar a possibilidade da invertase ser responsável pela atividade de frutosiltransferase em banana, foi medido o efeito do inibidor Piridoxal HCl, os níveis de concentração do substrato e as atividades de hidrólise e transglicosilação, e o efeito do tempo no estudo cinético da enzima. A baixa temperatura atrasou todos os eventos analisados por 15 dias e os níveis de sacarose tiveram um pequeno aumento, porém constante, enquanto a banana estava armazenada ao frio, e uma rápida elevação no final do amadurecimento. Foi detectado FOS total desde o primeiro dia pós-colheita, enquanto que a 1-cestose permaneceu indetectável até os níveis de sacarose atingirem aproximadamente 200 mg/g M.S., em ambos os grupos. Os níveis de sacarose e FOS total foram ligeiramente maiores em bananas armazenadas em baixas temperaturas do que em frutos controle. Em ambas as amostras os níveis de FOS total foram maiores que de 1-cestose. Os perfis de carboidratos por HPLC e TLC sugeriram a presença de neocestose, 6-cestose e bifurcose. A enzima supostamente responsável pela atividade de transglicosilação em banana parece ser a invertase. Contudo, os altos níveis de sacarose encontrados em banana armazenadas em baixa temperatura, poderiam ser resultado de várias mudanças de enzimas degradativas e biossíntéticas, como sacarose-sintase (SuSy), sacarose-fosfato-sintase (SPS), invertase e outras, uma vez que a sacarose possui um papel central, direta ou indiretamente, em diversas vias do metabolismo de carboidrato em banana. Assim, na última parte do trabalho foram analisados o acúmulo de sacarose e a síntese e atividade de enzimas sintéticas, hidrolíticas e fosforolíticas, importantes no metabolismo de amido-sacarose, durante o amadurecimento de banana Prata nos dois tratamentos. A baixa temperatura não danificou os frutos, aumentando a vida de prateleira deles. As amostras do frio apresentaram pequeno aumento no nível de degradação de amido e um acréscimo de 20 % na sacarose acumulada durante o amadurecimento. Foi verificado o atraso na produção de etileno, CO2, e no início de degradação de amido durante o acondicionamento ao frio, concomitante ao atraso no pico de atividade de α-amilase. O atraso no climatério também manteve alta a atividade e síntese protéica de SuSy durante o armazenamento a frio, que declinaram após a retirada do frio, como no controle. As enzimas β-amilase, fosforilase (forma citosólica e plastidial) e SPS reagiram positivamente, sofrendo uma indução positiva na síntese e atividade enzimática durante o armazenamento ao frio, que poderia ser parte do mecanismo necessário para os maiores níveis de açúcares e para o processo de tolerância do fruto à baixa temperatura
Banana has been currently indicated as a good source of fructooligosaccharides (FOS), which are considered to be functional components of foods. However, significant differences in their amounts in bananas have been observed in the literature. So, a part of this work aims to identify and quantify FOS during ripening in different banana cultivars belonging to the most common genomic groups cultivated in Brazil. Considering that these differences can be due to cultivar, stage of ripening, and the methodologies used for FOS analyses, sugar contents were analyzed by high performance anion exchange chromatography pulsed amperiometric detection (HPAEC-PAD) and gas chromatography- mass spectrometry (GC-MS). An initial screening of eight cultivars in a full-ripe stage showed that 1-Kestose, the first member of the FOS series (amounts between 297 and 1600 µg/g of D.M), was accumulated in all of them. Nystose, the second member, was detected only in Prata cultivar. Five of the cultivars were analyzed during ripening, and a strong correlation could be established with a specific sucrose level (~200 mg/g of D.M.), which seems to trigger the synthesis of 1-Kestose. In a second part of this work, the levels of sucrose and total-FOS were quantified in different phases of banana Prata ripening stored at ambient and low temperature. The supposed enzymes involved in their synthesis were also evaluated. To explore the possibility that invertase could be responsible for the fructosyltransferase activity in banana, we measured the effect of the inhibitor Pyridoxal HCl, the level of substrate concentration on both hydrolyze and transglycosylase activity in the same protein extract and the effect of time on kinetic study of the enzyme. The cold temperature delayed all the analyzed events for 15 days and sucrose levels increased low, but constantly, while banana were stored at low temperature and had a burst when it increased. Total-FOS were detected in the first days after harvest, while 1-kestose remained undetectable until the sucrose levels were around 200 mg.g (dry weight), in both groups. Total-FOS and sucrose levels were higher in banana stored at low temperature than in control. In both samples total-FOS levels were higher than 1-kestose. The carbohydrate profiles by HPLC and TLC suggest the presence of neokestose, 6-kestose and bifurcose. The enzyme supposed to be responsible for the transglycosilation activity in banana, seems to be an invertase. However, the higher sucrose levels found in banana stored at low temperature could be result of several changes in biosynthetic and degradative enzymes, such sucrose-synthase, sucrose-phosphate-synthase, invertase and others, once that sucrose plays a central role in a lot of direct and indirect carbohydrate pathways in banana fruits. So, in the last part of this work, we analyzed the sucrose accumulation and synthesis and activity of synthetic, hydrolytic and phosphorolytic enzymes that are important in the starch-sucrose metabolism during ripening of banana Prata stored at ambient and low temperature. The levels of starch degradation and sucrose accumulation (around 20% over) showed high levels in cold fruits as compared with control, during the ripening. The cold temperature delayed the ethylene and CO2 production, and the beginning of the starch degradation, concomitantly with a delay in the profile of α-amylase synthesis and activity. The late climateric also maintained the high synthesis and activity of SuSy during the cold storage that decreased just after ending the cold exposure. The β-amylase, phosphorylase (plastidial and citossolic forms) and the SPS enzymes showed a positive induction in the both activity and synthesis of protein during the cold storage. It could be important to the higher sugars levels showed at low temperature and that could contribute to the process of cold resistance in banana fruit