Bioative compounds characterization resulting from wheat middlings biotransformation by Bacillus spp. and lactic acid bacteria

Este trabalho visou avaliar e caracterizar os compostos bioativos e suas propriedades em um resíduo da produção de farinha de trigo, a farinheta, após o seu cultivo com isolados de Bacillus spp. e bactérias ácido lácticas (LAB). Para isso, foram verificados e comparados o conteúdo de compostos fenólicos e as atividades antioxidante e antimicrobiana dos diferentes cultivos de Bacillus spp.; determinou-se a curva de crescimento, as atividades anti-hipertensiva, enzimáticas e prebióticas, a formação de açúcares, bem como o perfil de compostos fenólicos e xilooligossacarídeos (XOS), do cultivo com Bacillus que apresentou as melhores características bioativas (B. subtilis FTC01); e avaliou-se e comparou-se as atividades antioxidante, antimicrobiana, prebiótica e antiescurecimento, o conteúdo de substâncias fenólicas, mudanças na composição química, assim como a identificação e quantificação dos ácidos orgânicos e açúcares produzidos pelas fermentações com LAB. Os farelos de trigo bioprocessados por 72h com Bacillus spp. exibiram um aumento na capacidade antioxidante e compostos fenólicos totais. Alterações no perfil fenólico, com identificação de alguns ácidos hidroxibenzóico e hidroxicinâmico, também foram observadas por análise de HPLC-DAD, além da inibição do crescimento de bactérias Gram-positivas (L. monocytogenes e B. cereus) e negativas (E. coli). A amostra cultivada por 72h com B. subtilis FTC01 promoveu o crescimento de uma cepa probiótica (L. acidophilus LA-5) e mostrou uma alta atividade inibitória da enzima conversora da angiotensina-I. A atividade de enzimas xilanolíticas aumentou continuamente durante o cultivo do B. subtilis FTC01 por 72h, dentre as quais a β-xilosidase apresentou o maior valor (70.31 U/mL). O perfil e a concentração de XOS variaram consideravelmente entre amostras controle e bioprocessadas, e entre estas em diferentes tempos. O escore máximo de atividade prebiótica foi encontrado para as amostras bioprocessadas por 24h e 72h. Com relação aos cultivos 24h com LAB, as amostras apresentaram crescimento das linhagens LAB e diminuição do pH, provavelmente devido à produção de ácido láctico. Os açúcares apresentaram um padrão de redução após 24h de fermentação, exceto a maltose, produzida a partir da degradação do amido. Observou-se que a farinheta de trigo fermentada apresentou propriedades antioxidantes, antiescurecimento, antibacteriana (contra S. aureus e B. cereus) e prebiótica, além do aumento no teor total de fenólicos. Assim, o uso de técnicas de bioprocessamento demonstrou ser uma abordagem interessante, por tratar-se de uma ferramenta eficiente e ecologicamente sustentável, a fim de melhorar a bioacessibilidade e a biodisponibilidade de compostos com propriedades promotoras de saúde a partir de resíduos lignocelulósicos.This work aimed to evaluate and characterize the bioactive compounds and their properties in a residue of wheat flour production, wheat middlings, after its cultivation with Bacillus spp. and lactic acid bacteria (LAB). For this, the phenolic compounds content and the antioxidant and antimicrobial activities of different Bacillus spp. cultures were analyzed and compared; the growth curve, the antihypertensive, enzymatic and prebiotic activities, the reducing sugars content, as well as the profile of phenolic compounds and xylooligosaccharides (XOS) of the Bacillus culture that presented the best bioactive characteristics (B. subtilis FTC01); and the antioxidant, antimicrobial, prebiotic and anti-browning activities, the phenolic substances content, changes in chemical composition, as the identification and quantification of organic acids and sugars produced by LAB fermentations, were evaluated and compared. Wheat middlings bioprocessed for 72h with Bacillus spp. exhibited an increase in antioxidant capacity and total phenolic compounds. Phenolic profile changes, with the identification of some hydroxybenzoic and hydroxycinnamic acids, were also observed by HPLC-DAD analysis. Furthermore, growth inhibition of Gram-positive (L. monocytogenes and B. cereus) and Gram-negative (E. coli) bacteria were also observed. The 72h cultured sample with B. subtilis FTC01 promoted the growth of a probiotic strain (L. acidophilus LA-5) and showed a high inhibitory activity against the angiotensin-I converting enzyme. The activity of xylanolytic enzymes increased continuously during the cultivation of B. subtilis FTC01 for 72h, where β-xylosidase had the highest value (70.31 U/mL). The XOS profile and concentration varied considerably between control and bioprocessed samples, and between these at different times. Maximum prebiotic activity score was found for the 24h and 72h bioprocessed samples with B. subtilis FTC01. Regarding the 24h LAB fermentations, all samples presented LAB strain growth and decrease of the pH, probably due to the production of lactic acid. Sugars showed a reduction pattern after 24h fermentation, except maltose, produced from starch degradation. It was observed that the processed wheat middlings presented antioxidant, anti-browning, antibacterial (against S. aureus and B. cereus) and prebiotic properties, also with an increase in total phenolic content. Thus, the use of bioprocessing techniques has been proven to be an interesting approach, as it is an efficient and ecologically sustainable tool, in order to improve bioaccessibility and bioavailability of compounds with health promoting properties from lignocellulosic waste