A IMPORTÂNCIA DO ESTUDO DA BIOACESSIBILIDADE EM ALIMENTOS: UMA REVISÃO DE LITERATURA COM ÊNFASE EM COMPOSTOS FENÓLICOS

Nathasha Sampaio Teixeira Siqueira *; Graciete Silva dos Santos ; Lucas Carvalho Ferreira Serrano ; Carolina Pinto de Carvalho Martins ; Erick Almeida Esmerino ; Flávia dos Santos Gomes ; Mônica Marques Pagani

*Autor correspondente (Corresponding author) – Email: nathashasampaio@ufrrj.br

DOI: 10.53934/agronfy-2025-01-07

ISBN: 978-65-85062-21-3

Este capítulo faz parte da coletânea de trabalhos apresentados no III Congresso Brasileiro de Ciências dos Alimentos publicado no livro: Avanços e Pesquisas em Ciência dos Alimentos – Acesse ele aqui.

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RESUMO

A bioacessibilidade é de extrema importância para compreender a fração de compostos bioativos que se tornam disponíveis para absorção no trato gastrointestinal humano. Dentre esses compostos, os fenólicos se destacam significativamente por seus inúmeros benefícios à saúde, incluindo propriedades antioxidantes, anti-inflamatórias, antidiabéticas e anticancerígenas. Esses compostos, amplamente encontrados em frutas, vegetais e grãos, desempenham um papel crucial na prevenção de diversas doenças crônicas e enfermidades graves, como o câncer, especialmente aqueles que afetam o trato gastrointestinal. Para avaliar a bioacessibilidade desses compostos, são utilizados métodos in vitro e in vivo que simulam a digestão, utilizando modelos estáticos e dinâmicos. Esses métodos permitem uma análise detalhada e aprofundada dos processos de absorção. Fatores como o processamento de alimentos, a composição da matriz alimentar e as interações com outros nutrientes influenciam diretamente a bioacessibilidade dos compostos fenólicos. Portanto, é essencial realizar pesquisas mais aprofundadas para melhorar a compreensão dos mecanismos de bioacessibilidade e otimizar a biodisponibilidade desses compostos bioativos.

Palavras-chave: compostos bioativos; método in vitro; digestão; modelos experimentais

INTRODUÇÃO

A preferência dos consumidores por produtos alimentícios que fornecem benefícios para a saúde a longo prazo, para além da função energética nutricional padrão, tem sido cada vez mais observada (1). Há diferentes associações positivas relacionadas à ingestão de compostos bioativos e benefícios à saúde, em especial relacionado a substâncias com propriedades antioxidantes e anti-inflamatórias, como por exemplo o papel que compostos fenólicos podem desempenhar na prevenção de doenças crônicas, como câncer, diabetes, mal de Alzheimer e doenças cardiovasculares (2).

De modo geral, a biodisponibilidade pode ser entendida como a fração do biocomponente ingerido que atinge a circulação sistêmica (fluxo sanguíneo), para ser distribuído aos tecidos e então manifestar sua atividade biológica (3). Todavia, a complexidade do fenômeno de biodisponibilidade torna sua avaliação complexa, o que motiva sua segmentação em diferentes fatores capazes de descrevê-la, dentre os quais destacam-se a bioacessibilidade, a absorção e a transformação das biomoléculas (4).

O conceito de absorção dos compostos bioativos, quando a nível intestinal (epitélio) é considerado como parte do fenômeno de bioacessibilidade; enquanto a absorção a nível tecidual atrelado ao metabolismo e a resposta fisiológica compõem o fenômeno de “bioatividade” (5,6). Sendo assim, a bioacessibilidade é entendida como primeira etapa da biodisponibilidade, que é entendida como a fração do nutracêutico ingerido que se torna acessível para a absorção através da membrana epitelial do intestino (7). Desta forma, conhecer a bioacessibilidade é um passo importante no estudo de biocompostos, pois auxilia na interpretação dos resultados da efetividade da administração (8).

Embora seja uma temática de grande relevância, é preciso ressaltar a relação desproporcional de produções de pesquisa envolvendo os biocompostos. Isso se explica pelo fato do número de publicações relatando a presença de novos compostos bioativos em alimentos e suas ações potenciais in vitro e in vivo crescer em uma velocidade maior do que os estudos sobre mecanismo de ação e perfil cinético de absorção, metabolização e excreção, gerando um desequilíbrio na evidência científica que sugere e padroniza o uso. Secundariamente, por serem constituintes de alimentos, a pesquisa com compostos bioativos deve considerar o efeito do processamento de tais alimentos na biodisponibilidade dos compostos de interesse (9).

Neste contexto, este levantamento bibliográfico se propôs a investigar os métodos de avaliação da bioacessibilidade dos compostos fenólicos em alimentos, os principais fatores que podem afetá-la e seus impactos à saúde humana.

O levantamento bibliográfico foi realizado levando em consideração trabalhos do período de 2020 a 2024 utilizando os termos bioacessibilidade, compostos fenólicos, digestão in vitro e compostos bioativos resultando em 63 resultados, sendo 27 artigos de revisão na base de dados Google Acadêmico, PubMed, Scielo, ScienceDirect e Scopus.

1. Compostos bioativos

Os compostos bioativos são substâncias naturais, tanto essenciais quanto não essenciais, que podem afetar a saúde humana de maneira positiva ou negativa. Sob a visão nutricional, os compostos que trazem benefícios à saúde são chamados de nutracêuticos, pois, quando consumidos, oferecem vantagens à saúde além da nutrição básica (10).

Certos compostos bioativos podem ser encontrados naturalmente em pequenas quantidades em frutas, vegetais, sementes e grãos. Quando consumidos em quantidades significativas, podem oferecer benefícios à saúde e contribuir para a regulação da função metabólica (11). Essas substâncias podem exercer seus efeitos de diversas formas, tais como agindo como antioxidantes, ativando enzimas, bloqueando a atividade de toxinas virais ou antibacterianas, inibindo a absorção de colesterol, reduzindo a agregação plaquetária ou eliminando bactérias gastrointestinais nocivas (12).

Os compostos bioativos podem ser classificados com base na sua estrutura química. Assim, são divididos em três grupos principais: terpenos, substâncias que contêm nitrogênio (alcaloides), e, por último, os compostos fenólicos (13).

2. Compostos fenólicos

Os compostos fenólicos, também chamados de polifenóis, são substâncias secundárias encontradas em abundância em plantas, vegetais e frutas. Eles têm um papel importante em proteger esses organismos contra diversos tipos de estresse, como ataques de patógenos, insetos e radiação UV. A estrutura química desses compostos inclui um anel aromático com uma ou mais hidroxilas substituintes (14,15).

Esses compostos constituem um dos maiores grupos de compostos naturais, exibindo uma vasta gama de atividades biológicas, como antioxidante, antiinflamatória, antialérgica, antiviral, anticâncer, antimicrobiana, antimutagênica e cardioprotetora, entre outras, devido à sua diversidade estrutural (16). Nos últimos 30 anos, as pesquisas têm se concentrado principalmente em: (a) identificação do perfil de compostos fenólicos em diversos materiais vegetais (17,18); (b) investigação da atividade biológica, com ênfase na atividade antioxidante e, mais recentemente, na atividade antitumoral (19); (c) desenvolvimento e otimização de diferentes métodos de extração para compostos fenólicos (16,20,21).

Esses compostos são considerados antioxidantes naturais importantes e estão associados a uma série de benefícios à saúde, como redução da inflamação, inibição da proliferação celular, entre outros, que ajudam na prevenção e tratamento de várias doenças relacionadas ao estresse oxidativo (22).

Na indústria alimentícia, os compostos fenólicos são frequentemente adicionados para conferir e intensificar características sensoriais como adstringência, acidez e cor aos produtos. Além disso, desempenham um papel fundamental na inibição da oxidação lipídica e na prevenção da proliferação de bactérias e fungos (23,24).

Frutas e vegetais são fontes significativas de compostos fenólicos, como ácidos fenólicos, taninos e flavonoides, que podem estar presentes de forma solúvel (livre ou esterificado) ou insolúvel (ligado a macromoléculas da parede celular, como celulose).

Os flavonoides representam o grupo predominante entre os compostos fenólicos e são frequentemente encontrados em frutas e vegetais na forma de glicosídeos conjugados. Entre eles, destacam-se as antocianidinas, que são pigmentos importantes de plantas e pertencem à subclasse dos flavonoides. Estas substâncias são comumente encontradas em uvas, mirtilos, amoras, repolho roxo e outras frutas e vegetais de tonalidade semelhante. Os flavonóis, tais como quercetina, kaempferol e miricetina, estão amplamente distribuídos em diversas frutas e vegetais, incluindo couve e espinafre. Por outro lado, as flavonas, como luteolina e apigenina, são menos prevalentes na dieta e podem ser encontradas em grãos e chás.

As isoflavonas, como a genisteína e daidzeína, são conhecidas por sua abundância na soja. Um subgrupo particular de flavonoides são as flavanonas, cujos exemplos principais incluem a naringenina e a hesperidina, encontradas em frutas cítricas. Por fim, os flavan-3-óis, altamente presentes em vegetais e chás como o chá verde, são exemplificados pela catequina (26).

Os ácidos fenólicos se dividem em duas categorias principais: os hidroxicinâmicos, exemplificados pelo ácido cafeico, e os hidroxibenzoicos, como os ácidos gálico e vanílico. Este grupo está presente em uma variedade de fontes, como frutas, cereais e ervas (27).

Após a ingestão, os compostos fenólicos dos alimentos passam por alterações físico-químicas, e sua liberação da matriz alimentar ocorre através de reações enzimáticas durante a digestão gastrointestinal. A bioacessibilidade desses compostos depende da fração retida na fase aquosa, isto é, não precipitada ou complexada com sais minerais e enzimas. As formas livres dos compostos fenólicos podem ser absorvidas no intestino delgado, onde sofrem reações como carboxilação, clivagem, descarboxilação, entre outras, dentro das células intestinais (28).

Na fase intestinal, a absorção de compostos fenólicos é complexa devido à ação da pancreatina, que facilita a liberação de flavonoides monoglicosídeos. No entanto, os grupos hidroxilas desses compostos podem ser degradados ou precipitados por reações enzimáticas e variações de pH, afetando sua estabilidade. Isso pode levar à formação de derivados fenólicos de alto peso molecular e baixa solubilidade, impactando a bioacessibilidade e o potencial bioativo desses compostos (29).

Estudos recentes indicam que compostos fenólicos não absorvidos podem exercer ação biológica no organismo, pois são suscetíveis ao catabolismo pela microbiota do cólon através de reações de fermentação. A microbiota, composta por uma diversidade de microrganismos, secreta enzimas que aumentam a solubilidade desses compostos não digeridos, convertendo-os em formas de menor peso molecular (30).

Na literatura, os dados mais robustos sobre absorção e metabolismo dos compostos fenólicos concentram-se nos flavonoides, como isoflavonas, quercetina, catequinas e ácidos fenólicos (28,31,32).

3. Bioacessibilidade: modelos experimentais

O conceito de bioacessibilidade pode ser entendido como a quantidade ou porção do composto bioativo ingerido que se mantém disponível para absorção após liberada da matriz alimentar no trato gastrointestinal (33). Este fenômeno engloba todo o processo digestivo que transforma o alimento em material pronto para absorção nas células epiteliais intestinais e, finalmente, disponível para o metabolismo pré-sistêmico (intestinal, gastrointestinal e hepático). Para alguns compostos, os efeitos benéficos do nutriente não absorvido (como a ligação de sais biliares ao cálcio no açúcar) são, vide regra, ignorados por definições baseadas na absorção (28).

Compreender o processo de bioacessibilidade dos compostos é essencial para entender a eficácia do consumo dessas substâncias. Além de auxiliar no estabelecimento de estratégias de processamento de alimentos e na determinação da dose/quantidade a ser ingerida (2).

Os testes in vitro podem ser feitos usando diferentes métodos, como a simulação de digestão usando células ou segmentos intestinais isolados e o uso de vesículas de membrana basolateral, como modelos mais utilizados para o estudo das características e da regulação dos processos envolvidos na digestão e absorção (34). Os testes in vivo geralmente utilizam modelos experimentais animais, em experimentos controlados em biotérios. Os dados de biodisponibilidade e bioacessibilidade em experimentos utilizando seres humanos em condições reais de alimentação humana são escassos, especialmente por serem extremamente dispendiosos, demorados e por envolverem importantes restrições éticas (35).

3.1 Ensaios de bioacessibilidade in vitro

Os estudos de digestão in vitro representam uma metodologia preciosa e mais acessível em comparação com estudos epidemiológicos, proporcionando uma alternativa eficaz para investigar as transformações de compostos bioativos em alimentos. Esses modelos in vitro podem ser classificados em duas categorias principais: dinâmicos e estáticos.

Os modelos dinâmicos, apesar de sua relativa complexidade e dos custos elevados associados à sua configuração e manutenção, têm a capacidade limitada de testar apenas uma amostra por vez. Isso faz com que a implementação desse método demande considerável tempo, sendo acessível apenas a um número restrito de pesquisadores. Por outro lado, os modelos estáticos replicam as condições fisiológicas do trato gastrointestinal, geralmente contemplando as três principais áreas: boca, estômago e intestino. Estes modelos levam em conta uma série de variáveis, como temperatura, velocidade de agitação, pH, tempo de digestão, além da composição química e enzimática dos fluidos salivar, gástrico, duodenal e biliar (36,37).

Entre os modelos estáticos existentes, destaca-se o PBET (Physiologically Based Extraction Test), pioneiro entre os métodos de digestão gastrointestinal in vitro. Este método consiste em duas etapas distintas: a fase gástrica e a fase intestinal. Na fase gástrica, a amostra é exposta a uma solução ácida contendo pepsina, ácido maleico, ácido cítrico, ácido acético e ácido láctico, ajustada a um pH de 1,3, por um período de uma hora. Na fase intestinal subsequente, a amostra é incubada em uma solução alcalina contendo sais biliares, amilase e pancreatina, ajustada a um pH de 7,0, por três horas, mantida a uma temperatura constante de 37 °C (38,39). Entretanto, apesar de seu pioneirismo, o PBET é considerado um método simplificado devido à ausência de consideração dos sais presentes no sistema digestório, que desempenham papel fundamental no equilíbrio iônico e no tamponamento das fases gástrica e intestinal.

Outro método utilizado é o da solubilidade, que simula a digestão gastrointestinal através de duas etapas. Na fase gástrica, a amostra é exposta a uma solução ácida de HCl e pepsina com pH de 2,0, sob agitação por duas horas. Na fase intestinal, a amostra é exposta a uma solução contendo bile, pancreatina e NaHCO3, ajustada a um pH de 7,5, por duas horas a 37 °C. Ao final do processo, o produto da fase intestinal é centrifugado para obter um sobrenadante e um precipitado, sendo que a fração solúvel é analisada para determinar o teor de minerais bioacessíveis (40).

O método de dialisabilidade, por sua vez, é semelhante ao método de solubilidade até a fase gástrica, mas diferencia-se ao adicionar uma membrana semipermeável que simula a parede intestinal após esta fase. Este método permite a medição da fração de minerais solúveis de baixo peso molecular que atravessam a membrana, indicando quais compostos estão disponíveis para absorção (40).

O protocolo de digestão in vitro da rede INFOGEST é crucial para avaliar a liberação de fitoquímicos, como polifenóis e carotenoides, de alimentos usados como matriz, especialmente frutas, durante a digestão simulada. Esta metodologia padronizada e confiável estuda como esses compostos são liberados e se tornam disponíveis para absorção no intestino. Um aspecto fundamental do protocolo INFOGEST é o preparo cuidadoso das frutas, incluindo a maceração, para assegurar a consistência necessária na simulação (41).

O Método Unificado de Bioacessibilidade (UBM), desenvolvido pelo grupo europeu BARGE, avalia a bioacessibilidade de contaminantes como arsênio, chumbo e cádmio em solos, simulando o trato gastrointestinal humano. Adaptado do método do RIVM, o UBM reproduz as condições de saliva, estômago e intestino em jejum. Entre os métodos dinâmicos, destacam-se o Modelo Comercial Gastrointestinal (TIM) da TNO e o SHIME (Simulador do Ecossistema Microbiano Intestinal Humano) (42).

O TIM é um modelo computacional que simula processos digestivos, como movimentos peristálticos, variações de pH e secreção de sucos digestivos. Usando câmaras controladas, ele replica essas funções por 6 horas, permitindo que o quimo passe por etapas de digestão e absorção, com membranas de diálise removendo contaminantes e metabólitos bioacessíveis (43).

O SHIME é um modelo in vitro do trato gastrointestinal humano, composto por cinco compartimentos que simulam diferentes partes do sistema digestivo. O procedimento utiliza substratos nos compartimentos do estômago e intestino delgado, mantendo o pH específico em cada fase. Os compartimentos do cólon são inoculados com microbiota fecal (44).

Os ensaios in vitro oferecem vantagens sobre os modelos in vivo, como menor custo, simplicidade da técnica, ampla seleção de modelos, uso de pequenas amostras (essencial para materiais raros ou caros), capacidade de segmentar análises e isolar mecanismos de ação, além de possibilitar a validação de materiais de referência. A principal limitação é a dificuldade de extrapolar resultados para o contexto humano, devido à ausência de mecanismos homeostáticos e à dificuldade de replicar movimentos peristálticos e a complexidade da microbiota e do metabolismo hepático (45).

Ademais, cabe ao pesquisador identificar corretamente o modelo in vitro mais adequado para a matriz alimentar avaliada. Os principais ajustes observados nos modelos de digestão in vitro envolvem a seleção das etapas a serem mimetizadas (boca, estômago, intestino delgado, intestino grosso); a composição dos sucos digestivos utilizados em cada etapa (enzimas, sais, tampões, polímeros biológicos e surfactantes), e o tipo de estresse mecânico e fluxo de fluído adotados durante a digestão simulada (46).

4. Fatores que afetam a bioacessibilidade de compostos fenólicos

Diversos elementos podem influenciar a bioacessibilidade de compostos fenólicos, podemos citar a presença de alimentos no sistema gastrointestinal que altera as condições fisiológicas do trato gastrointestinal humano, como os volumes de fluidos, a motilidade gástrica e intestinal, o esvaziamento gástrico, os níveis de pH luminal, a capacidade enzimática, a osmolalidade e o teor de sais biliares. Essas mudanças, por sua vez, afetam a estabilidade e a solubilidade de compostos fenólicos específicos. Ademais, os polifenóis podem formar complexos com nutrientes presentes na refeição, como fibras alimentares, carboidratos, lipídios e proteínas, o que pode influenciar significativamente a sua bioacessibilidade. Os nutrientes também podem interagir com o processo de absorção dos polifenóis, através de interações com transportadores intestinais de influxo e efluxo, com a permeabilidade da monocamada intestinal, ou com a bioacessibilidade das enzimas metabolizadoras intestinais (47,48,49).

Outrossim, a compreensão adequada sobre a natureza e o impacto das interações entre polifenóis e alimentos (nutrientes) possibilita a utilização direcionada dessas interações para otimizar a absorção. Isso facilita o desenvolvimento de alimentos excipientes que aumentam a biodisponibilidade de polifenóis específicos (50).

A matriz alimentar influencia diretamente os processos de digestão e absorção de compostos no trato gastrointestinal (TGI). Ela também desempenha um papel importante na fermentação microbiana de certos compostos que não são absorvidos, assim como na absorção dos metabólitos resultantes no cólon. Após a absorção no TGI, e antes de entrarem na circulação sistémica, alguns compostos liberados da matriz alimentar passam por biotransformações no epitélio intestinal e no fígado, antes de alcançarem os tecidos-alvo no corpo ou serem excretados na urina (51).

O processamento de alimentos afeta a bioacessibilidade e a biodisponibilidade dos compostos fenólicos de diferentes maneiras. Em primeiro lugar, um maior teor nos alimentos normalmente implica mais compostos liberados e absorvidos no intestino (52). Por outro lado, o processamento de alimentos muitas vezes induz a degradação de compostos fenólicos, reduzindo assim sua quantidade em alimentos processados. No entanto, o processamento também pode levar a modificações químicas ou físicas nos alimentos de forma a promover a liberação e absorção de compostos fenólicos durante a digestão (53).

5. Benefícios dos compostos fenólicos bioacessíveis para a saúde humana

Diversos efeitos benéficos associados aos compostos fenólicos bioacessíveis têm sido amplamente documentados na literatura científica. Reconhecidos principalmente por suas propriedades antioxidantes, os polifenóis podem manifestar efeitos antiinflamatórios, potencialmente através da inibição da interação de citocinas pró- inflamatórias com seus respectivos receptores, e exercer uma ação antidiabética ao auxiliar na prevenção da resistência à insulina (54,55).

Os compostos fenólicos oferecem uma ampla gama de benefícios para a mitigação do envelhecimento tanto a nível neuronal quanto comportamental, resultando, por conseguinte, em uma redução na incidência de doenças relacionadas à idade (56). Evidências provenientes de estudos in vitro demonstraram que esses compostos possuem uma notável atividade neuroprotetora, conseguindo inibir danos teciduais induzidos por peróxido de hidrogênio (57). Além disso, as propriedades dos fenóis contribuem para a diminuição do risco de desenvolvimento de doenças neurodegenerativas, devido à sua potente atividade antioxidante e à capacidade de quelar metais, como o ferro (56).

Os polifenóis têm demonstrado benefícios significativos também em relação a doenças crônicas e de progressão lenta, como doenças cardiovasculares, respiratórias, câncer e diabetes. Estudos indicam que o consumo de compostos fenólicos pode promover a vasodilatação, reduzir a vascularização anormal e a hiperlipidemia, e contribuir para a regressão da aterosclerose (56,58).

Além disso, esses compostos são reconhecidos por seu papel essencial na prevenção do câncer. Evidências epidemiológicas têm revelado que a ingestão diária de alimentos ricos em fenóis pode mitigar o risco de vários tipos de câncer, especialmente aqueles que afetam o trato gastrointestinal, como os cânceres de boca, estômago, duodeno e cólon, além de outros, como os cânceres hepático, pulmonar, mamário e de pele (56,58). Em uma investigação com células de carcinoma mamário, observou-se uma redução na viabilidade celular após exposição ao conteúdo fenólico do azeite extravirgem (59). Outro estudo, conduzido com chá Kuding, revelou que os compostos fenólicos também atuam como indutores do apoptose em linhagens celulares cancerígenas (60). Para além das investigações mencionadas, numerosos outros estudos têm sido realizados com o propósito de compreender os efeitos oncológicos de diversos fenóis. Os compostos fenólicos têm sido objeto de investigação devido aos seus efeitos benéficos no controle da diabetes e na mitigação da inflamação (61). Evidências epidemiológicas sugerem que o consumo diário de vegetais pode reduzir a incidência de diabetes. Além disso, estudos in vitro demonstram que os fenólicos podem melhorar a secreção de insulina (58).

Os compostos fenólicos têm revelado notáveis propriedades antibacterianas, antifúngicas e antivirais. Investigações conduzidas com folhas de tabaco concluíram que os polifenóis presentes nelas são capazes de inibir a proliferação de Escherichia coli, Staphylococcus aureus e Bacillus subtilis (56). Além disso, esses compostos demonstraram a habilidade de suprimir fatores de virulência, reduzindo a adesão dos ligantes ao hospedeiro, inibindo a formação de biofilmes e neutralizando toxinas (62). A atividade antifúngica também foi extensivamente evidenciada em diversos polifenóis (63).

Em síntese, é possível constatar que os compostos fenólicos representam fitoquímicos de grande potencial, e que a análise aprofundada de seu perfil bioquímico se reveste de importância crucial para elucidar suas propriedades protetoras e os benefícios que oferecem à saúde. No entanto, é imperativo realizar mais pesquisas para que tais evidências sejam plenamente corroboradas e estabelecidas.

CONCLUSÕES

A bioacessibilidade constitui um fenômeno de elevada complexidade, que interage de forma intrincada com variáveis intrínsecas ao sistema digestivo do indivíduo, assim como com características peculiares do próprio composto de interesse e da matriz alimentar em que este está contido. Diante dessa complexidade, emerge a demanda de empreender investigações mais aprofundadas sobre a bioacessibilidade de compostos bioativos, com o objetivo primordial de otimizar a biodisponibilidade desses compostos. Sendo assim, reforça-se a necessidade da continuidade da pesquisa e estudos científicos mais robustos envolvendo a bioacessibilidade de compostos bioativos, no que tange a investigação dos mecanismos de interação dessas moléculas com outros componentes ao longo do processo digestivo, além da otimização e melhoramento de processos de forma com que sejam mitigadas as interferências quanto à sua absorção.

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