Produção de vitamina B12 por Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii ATCC 13673 cultivada em resíduo agroindustrial de soja para enriquecimento nutricional de alimentos de origem vegetal

Abstract

A ingestão de vitamina B12 em dietas vegetais alternativas pode ser desafiadora devido à inabilidade natural das plantas em produzir este micronutriente. Porém, através de estratégias de bioprocessos, pode-se suprir esta demanda nutricional. Neste estudo foram investigadas: 1) a otimização do bioprocesso para produção de vitamina B12 por Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii ATCC 13673 utilizando resíduo agroindustrial de soja como substrato em biorreatores STR 2 L; 2) a produção de alimentos vegetais fortificados com a biomassa da linhagem e 3) a biocompatibilidade dos alimentos fortificados em modelo in vitro do epitélio intestinal humano (células Caco- 2). A otimização das condições de bioprocessos possibilitou a obtenção de altos rendimentos de vitamina B12 (acima de 800 μg/g biomassa seca). A análise em sistema ICP-MS revelou a presença de resíduos de cobalto na biomassa seca (~ 3 μg/g biomassa seca), consequência da sua suplementação nos meios de cultura. Contudo, os ensaios de citotoxicidade e integridade das monocamadas de células Caco-2 (biocompatibilidade) demonstram que amostras de alimentos fortificadas com biomassa da linhagem não exerceram toxicidade sobre o modelo após digestão simulada in vitro (INFOGEST 2.0). No geral, os resultados demonstraram que a biomassa de P. shermanii ATCC 13673 cultivada em resíduo agroindustrial de soja pode ser uma fonte alternativa, segura e eficaz para fortificação de alimentos vegetais.

Vitamin B12 intake from alternative plant-based diets can be challenging due to the natural plant’s inability to produce this essential micronutrient. However, the nutritional demand can be met through bioprocess strategies. This study investigated: 1) the optimization of a bioprocess to produce vitamin B12 by Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii ATCC 13673 using soybean agro-industrial residue as substrate in 2 L STR bioreactors; 2) the production of plant-based foods fortified with the spray-dried strain’s biomass; and 3) the biocompatibility of the fortified foods upon an in vitro model to mimic the human intestinal epithelium (Caco-2 cells monolayers). The optimization of the bioprocess conditions resulted in high yields of vitamin B12 (above 800 μg/g dry biomass). The ICP-MS analysis revealed the presence of cobalt residues in the spraydried biomass (~ 3 μg/g dry biomass), a consequence of its supplementation in the culture medium. However, the cytotoxicity and integrity of Caco-2 cell monolayers assays (biocompatibility) demonstrated that food samples fortified with biomass from this strain did not exert any toxicity upon the cellular model after in vitro simulated digestion (INFOGEST 2.0). Overall, the results demonstrated that the biomass of P. shermanii ATCC 13673 grown in agro-industrial soybean residue can be an alternative, safe, and effective source for the fortification of plant-based foods.