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Astaxantina – Um super antioxidante que vem da aquicultura

Astaxantina – Um super antioxidante que vem da aquicultura
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Fábio de Farias Neves¹* e Rafaela Gordo Corrêa².
¹Laboratório de Cultivo e Biotecnologia de Algas (LCBA), Universidade do Estado de Santa Catarina (UDESC),Laguna, SC.
²Laboratório de Ficologia (LAFIC), Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Florianópolis, SC.
*fabio.neves@udesc.br

Nos últimos 50 anos, pesquisas com microalgas tem revelado a aplicação deste grupo em diferentes vertentes biotecnológicas, dentre elas a alimentação, fitoquímicos, fármacos, suplementos alimentares, pigmentos, óleos, cosméticos, biocombustíveis, entre outros. O pigmento astaxantina destaca-se como um produto de alto valor agregado produzido por estes microrganismos e explorado comercialmente.

Pertencente ao grupo dos carotenoides, mesma família que o licopeno e o β-caroteno, diversas pesquisas tem destacado suas funções biológicas, recebendo o status de “O rei dos antioxidantes”. Possui valor de mercado que pode variar entre 4.000,00 à 8.000,00 US$/kg de astaxantina dependendo da variedade da espécie utilizada, sistema de produção, pureza, etc.

Este pigmento já é bastante conhecido na indústria de salmão cultivado, que há décadas utiliza a astaxantina incorporada a ração, principalmente, na etapa final da fase de engorda. Tal procedimento é realizado para que o tecido muscular deste peixe obtenha coloração alaranjada, uma vez que a coloração do salmão na natureza deve-se a sua alimentação rica em astaxantina produzida na base da cadeia alimentar por microalgas. Se o carotenoide não for adicionado à ração, as carnes dos salmões cultivados seriam comercializadas com coloração branca, comprometendo a questão mercadológica.

Imagem 1. Filés de salmão pigmentados e despigmentados © www.azkidscolor.co

Imagem 1. Filés de salmão pigmentados e despigmentados © www.azkidscolor.co.

A astaxantina, assim como na indústria de salmão, também é aplicada na aquicultura ornamental e na indústria “pet” como um agente promotor da pigmentação, em especial a cor vermelha. Além da coloração, as propriedades antioxidantes da astaxantina tornaram-se bem estabelecidas, e seu uso em suplementos alimentares e cosméticos vem crescendo. Dentre as funções biológicas e seus benefícios à saúde humana, são relatadas:

Melhor saúde gástrica;
Aumento da imunidade;
Maior proteção ao estresse oxidativo;
Melhor performance muscular ;
Proteção da pele contra danos foto-oxidativos;
Melhor visão e saúde do globo ocular ;
Alto poder antioxidante: 65 vezes mais que a vitamina C;
Proteção contra a indução química ao Câncer;
Proteção à degeneração dos neurônios no Sistema Nervoso Central.

Assim como acontece em humanos e animais, tanto aquáticos quanto terrestres, pode contribuir com ganhos de produtividade, aumento de peso, velocidade de crescimento, melhor conversão alimentar e maior imunidade.

É importante realçar que os estudos que validam estes benefícios foram realizados com astaxantina de procedência natural. Contudo, existe no mercado a astaxantina sintética, a qual é derivada de petróleo. Esta possui menor preço de mercado e, deste modo, é a mais utilizada para aplicações como pigmento, e em rações como é o caso da salmonicultura.

Recentemente, grandes produtores de astaxantina natural constituíram uma associação chamada NAXA (Natural Algae Astaxanthin Association) com o propósito de divulgar os benefícios do produto natural frente ao produto artificial. Apesar de ser um assunto polêmico, existem frentes que dizem que a astaxantina sintética, mesmo cumprindo o papel de pigmentação, não apresenta as propriedades encontradas na natural e adicionalmente, pode ser alergênica e cancerígena.

Verdadeiro ou falso, o fato é que não podem ser consideradas as mesmas moléculas, apesar de possuírem a mesma fórmula, apresentam diferenças quanto a moléculas esterificadas, arranjo espacial dos átomos e moléculas associadas.

A comercialização de astaxantina sintética para consumo direto a humanos não é permitida nos EUA e na União Europeia. Já o pigmento natural foi aprovado como aditivo na coloração em salmão e como suplemento alimentar para consumo humano nos Estados Unidos, Japão e alguns países da Europa como os do Reino Unido; porém a Agência Europeia de Segurança Alimentar/EFSA (European Food Safety Authority) não o aprova.

No Brasil, o Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento autoriza o uso da astaxantina natural como aditivo alimentar para ração através da instrução normativa MAPA IN 38/2015, porém a utilização como suplemento alimentar ainda não está autorizada pela ANVISA (Agência Nacional de Vigilância Sanitária).

Muitas estratégias são utilizadas para a produção da astaxantina sintética, porém a comumente utilizada é realizada a partir da reação de Wittig utilizando as moléculas C15-Fosfônio e C10-dialdeido.

Já na natureza, a astaxantina é encontrada em salmões, alguns crustáceos, fungos, bactérias e algas, mas é a microalga da espécie Haematococcus pluvialis, a maior fonte biológica deste pigmento.

Esta microalga, naturalmente encontrada no fitoplâncton de diversos ecossistemas aquáticos de água doce, pertence ao grupo das algas verdes (Chlorophyta) e a classe das clorofíceas. Possui 4 tipos de célula durante seu ciclo de vida, microzoóides e macrozoóides quando em estado vegetativo, apresentando dois flagelos que dão mobilidade e uma distinta matriz extracelular gelatinosa de espessura variável.

No estágio palmeloide ocorre a perda dos flagelos e é nesta fase que ocorre a reprodução, caso as condições estejam favoráveis para seu desenvolvimento, caso contrário, é iniciado o processo de encistamento da microalga, quando em condições adversas, principalmente, como altas intensidades de luz e escassez de nutrientes, ocorrem mudanças extra e intracelular como a perda dos flagelos, enrijecimento da parede celular e a síntese de astaxantina, passando de cerca de 0,3% para 1 ou até 5% (dependendo da cepa e de sua composição celular).

Figura 1. Células de Haematococcus pluvialis em diferentes estágios: (a) microzoóide, (b) macrozoóide (c) palmelóide e (d) aplanósporo, forma encistada. © Fábio de Farias Neves

Figura 1. Células de Haematococcus pluvialis em diferentes estágios: (a) microzoóide, (b) macrozoóide (c) palmelóide e (d) aplanósporo, forma encistada. © Fábio de Farias Neves.

A produção comercial da microalga H. pluvialis é realizada desde a década de 90. Atualmente empresas em diferentes países, como EUA, Suécia, Israel, China, Chile, Japão, Malásia, Nova Zelândia, Inglaterra, etc., produzem comercialmente a astaxantina natural através do cultivo desta microalga.

Os sistemas de cultivo mais utilizados para a produção comercial de H. pluvialis são tanques abertos conhecidos como tanques raceway, e diferentes variedades de fotobiorreatores, principalmente os tubulares horizontais e os bolsões de polietileno. Alguns produtores integram os sistemas conhecidos como fotobiorreatores com os tanques abertos tipo raceway, realizando a produção em 2 fases, utilizando o primeiro tipo na etapa de cultivo em fase vegetativa e o último para a etapa de encistamento. A escolha do sistema de cultivo a ser utilizado dependerá de fatores como localidade de produção e capital disponível, e influenciará na produtividade, riscos de contaminação e perdas de cultivo, qualidade do produto e valor de mercado. Comumente são empregadas as seguintes etapas:

1 – Manutenção das cepas;
2 – Cultivo da fase vegetativa (do cepário ao cultivo massivo);
3 – Encistamento;
4 – Separação;
5 – Secagem;
6 – Homogeneização (dependendo da tecnologia escolhida, pode ocorrer anteriormente ou juntamente com o processo de secagem).
7 – Extração (não é necessário, no caso de a astaxantina ser oferecida em pó de H. pluvialis);
8 – Purificação;
9 – Embalagem.

Imagem 2. Tanques raceway para encistamento de H. pluvialis, Cyanotech. © www.susansmithjones.com

Imagem 2. Tanques raceway para encistamento de H. pluvialis, Cyanotech. © www.susansmithjones.com.

De acordo com o relatório publicado em 2015, pela BCC Research, o mercado mundial de carotenoides em 2014 foi estimado em cerca de US$ 1,5 bilhões, sendo o mercado de astaxantina correspondente a 24,6% (US$ 369 milhões) deste valor, o qual é representado 95% pela astaxantina sintética.

Dezenas de empresas que surgiram na última década motivadas pela ascensão do setor de Biotecnologia de Microalgas como solução a passivos ambientais (sequestro de carbono e tratamento de efluentes) e produção de biocombustíveis, devido à baixa rentabilidade, duvidosa viabilidade econômica e maiores atrativos em mercados de maior valor agregado, buscaram na microalga H. pluvialis uma alternativa de tornar seus modelos de negócio mais lucrativos.

Contudo, produzir H. pluvialis possui peculiaridades que a diferem de outras espécies já amplamente cultivadas como a Spirulina (Arthrospira spp.), Dunaliella salina, Chlorella spp. ou produzir biomassa de microalgas sem a necessidade de controle em monocultivo.

Embora muitos estudos têm explorado vários métodos nas diferentes etapas de cultivo a partir da biomassa de H. pluvialis, a espécie quando cultivada possui maior susceptibilidade à contaminação com outros organismos e considerando o fato da microalga ser amplamente distribuída, as diferentes cepas, isoladas dos diversos ambientes, podem apresentar propriedades biológicas diferentes, tais como, taxa de crescimento, produção de biomassa, espessura da parede celular e produção de astaxantina o que preconiza uma investigação para melhor aproveitamento do potencial biológico desta microalga e seu produto altamente valioso.

É importante chamar a atenção de que o valor de 4.000 a 8.000 US$/kg é o valor com base em 100% de astaxantina. Alguns empreendedores e investidores são atraídos para este mercado acreditando que o pó vermelho rico em astaxantina (biomassa de H. pluvialis seca), muitas vezes comercializado como produto final, é que possui este valor. Entretanto o valor da biomassa dependerá do percentual de astaxantina, o qual como dito anteriormente varia entre 1 a 5% na biomassa encistada conforme a técnica, a tecnologia empregada e a cepa utilizada, ou seja, o real valor da biomassa de H. pluvialis varia aproximadamente entre 40 a 400 dólares por quilograma.

Imagem 3 e 4. Fotobiorreatores utilizados para produção de astaxantina pela empresa chinesa BGG © www.algix.com

Imagem 3 e 4. Fotobiorreatores utilizados para produção de astaxantina pela empresa chinesa BGG © www.algix.com.

No Brasil, não há cultivo comercial de Haematococcus pluvialis, existindo algumas poucas iniciativas através de empresas consideradas startups, e pesquisa e desenvolvimento tecnológico ocorrendo em distintas universidades. Um exemplo é a empresa Séston Biotecnologia que entre 2013 e 2015 desenvolveu um projeto para geração de tecnologia de produção de astaxantina através de cepas de H. pluvialis o qual recebeu apoio do CNPq. Atualmente, a Séston através de parcerias com a Universidade do Estado de Santa Catarina (UDESC) e Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) continua a desenvolver P&D neste segmento.

Imagem 5. Fotobiorreatores (Laboratório de cultivo e biotecnologia de algas, UDESC-Laguna/SC) © Fábio de Farias Neves

Imagem 5. Fotobiorreatores (Laboratório de cultivo e biotecnologia de algas, UDESC-Laguna/SC) © Fábio de Farias Neves.

As empresas que queiram explorar o mercado voltado ao consumo humano, devem saber que precisarão considerar o tempo, custos e incertezas relacionados à regulamentação deste produto junto a ANVISA. Contudo, é possível encontrar no mercado brasileiro estabelecimentos comerciais que vendam astaxantina.

Excetuando as questões burocráticas brasileiras e o cenário político-econômico do país, podemos dizer que com o crescente mercado de produtos funcionais e nutracêuticos, o aumento de projetos de P&D em astaxantina nas universidades brasileiras, empresas de biotecnologia de algas com domínio da tecnologia e esforços concentrados para produção de astaxantina, a possibilidade de integração e solução de passivos ambientais através de biotecnologia de algas envolvendo Haematococcus pluvialis, a conscientização da população dos benefícios causados pelo consumo deste poderoso antioxidante, a busca por pigmentos naturais e nutracêuticos pela a indústria de cultivo de peixes salmonídeos, além da perspectiva de crescimento do setor, com projeção segundo o relatório publicado em 2015, pela BCC Research, de valores comercializados para astaxantina, em torno, de US$ 1,1 bilhões, em 2020, mostram que as perspectivas futuras para a produção de Astaxantina no Brasil são promissoras.

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