0 ALINE GOMES DE MOURA E SILVA AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DE ALIMENTOS BIOFORTIFICADOS PRODUZIDOS EM SISTEMAS AGROECOLÓGICOS DO TRÓPICO ÚMIDO São José do Rio Preto, SP 2016 Campus de São José do Rio Preto 0 ALINE GOMES DE MOURA E SILVA AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DE ALIMENTOS BIOFORTIFICADOS PRODUZIDOS EM SISTEMAS AGROECOLÓGICOS DO TRÓPICO ÚMIDO São José do Rio Preto, SP 2016 Tese apresentada como parte dos requisitos para obtenção do título de Doutor em Engenharia e Ciência de Alimentos junto ao Programa de Pós- graduação em Engenharia e Ciência de Alimentos – Área de concentração – Ciência e Tecnologia de Alimentos do Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas da Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho", Campus de São José do Rio Preto. Orientadora: Profª. Drª. Neuza Jorge Co-orientadora: Profª. Drª. Alana C. F. Aguiar 1 Ficha catalográfica elaborada pela Biblioteca do IBILCE UNESP - Câmpus de São José do Rio Preto Silva, Aline Gomes de Moura e. Avaliação da qualidade de alimentos biofortificados produzidos em sistemas agroecológicos do trópico úmido / Aline Gomes de Moura e Silva. – São José do Rio Preto, 2016 104 f. : il., tabs. Orientador: Neuza Jorge Coorientadora: Alana C. F. Aguiar Tese (Doutorado) – Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas 1. Tecnologia de alimentos. 2. Plantas - Nutrição. 3. Cultivos alimentares. 4. Agricultura sustentável. 5. Uréia como fertilizante. 6. Cloreto de potássio. I. Jorge, Neuza. II. Aguiar, Alana das Chagas Ferreira. III. Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho". Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas. IV. Título. CDU – 664 2 ALINE GOMES DE MOURA E SILVA AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DE ALIMENTOS BIOFORTIFICADOS PRODUZIDOS EM SISTEMAS AGROECOLÓGICOS DO TRÓPICO ÚMIDO Comissão Examinadora Profª. Drª. Neuza Jorge UNESP – São José do Rio Preto Orientadora Prof. Dr. Arthur Bernardes Cecílio Filho UNESP – Jaboticabal Prof. Dr. David Ariovaldo Banzatto UNESP – Jaboticabal Prof. Dr. Eduardo Ramirez Asquieri UFG – Goiânia Profª. Drª. Sabria Aued-Pimentel Instituto Adolfo Lutz – São Paulo São José do Rio Preto 18 de fevereiro de 2016 Tese apresentada como parte dos requisitos para obtenção do título de Doutor em Engenharia e Ciência de Alimentos junto ao Programa de Pós- graduação em Engenharia e Ciência de Alimentos – Área de concentração – Ciência e Tecnologia de Alimentos do Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas da Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho", Campus de São José do Rio Preto. 3 AGRADECIMENTOS À minha orientadora Neuza Jorge, obrigada pela confiança e orientação, e principalmente pela preocupação para que resultasse em um bom trabalho. À minha co-orientadora Alana, que foi mais que uma co-orientadora para mim! Aos membros da banca pelas valiosas contribuições e sugestões. Aos meus pais, Íris e Francisco, por terem escutado todos meus desabafos sempre com paciência e pelos sábios conselhos, além de toda ajuda na mudança de cidade. Aos meus irmãos, Stanley e Andersom, por todas as assistências: intelectual, prática, emocional, linguística... À avó Georgeta por sempre me lembrar de que eu não estou só. À tia Juçara, responsável por estimular minha leitura desde a infância e a seguir estudando. À Lídia, a primeira pessoa que conheci em Rio Preto e que me acolheu com tanto carinho. Muito obrigada por toda ajuda, pelas inúmeras procuras por um apto, pelos almoços, pela hospedagem, pelas risadas, é uma amiga para toda vida! À tia Beth, muito importante para que eu fixasse residência em Rio Preto. Ao tio Emanoel Gomes de Moura, que foi o responsável pela minha ida à Rio Preto. Ao meu primo querido Vítor, que me buscava de madrugada no aeroporto em São Luís. Obrigada pelas idas e vindas à UEMA e pela hospedagem com muitas mordomias. À pesquisadora Tânia da Silveira Agostini Costa por todo auxílio na análise de carotenoides. Obrigada por ser tão prestativa! Ao profº Eduardo Ramirez Asquieri, pelo longo tempo de análise em seu laboratório e por ter me ensinado que temos que ter paciência e bom humor sempre. Ao profº João Reis Salgado Costa Sobrinho do Laboratório de Química do Solo (UEMA) pelas muitas análises de minerais realizadas. Aos funcionários Dionísio e Neto e aos alunos da UEMA que auxiliaram na colheita da mandioca: Marta, Virley, Carlos César, Vinícius e Leandro. Aos amigos da Unesp por tornar esses 5 anos (!) inesquecíveis, pelas risadas, desabafos e almoços no RU: Ana Beatriz, Felipe, Lady, Mariana, Michele, Sabrina, Tatiane e Vivian. Aos amigos do Laboratório de Óleos e Gorduras pela convivência, pelas comemorações de aniversário, viagens à congressos e auxílios nas análises: Ana Carolina, Carolina Veronezi, Danusa, Irene, Liara, Tainara e ao técnico Luiz Carlos. À Débora pela convivência, apesar de curta, e pelas análises cromatográficas no óleo de milho. Agradeço Emiko e Inácio pela confortável hospedagem em Brasília. 4 RESUMO GERAL O sistema de cultivo em aleias é uma forma de agricultura sustentável que melhora a qualidade do solo do trópico úmido. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência do sistema de cultivo em aleias na produtividade e na qualidade nutricional das culturas biofortificadas de milho e mandioca. O milho QPM (Quality Protein Maize) BR 473 foi cultivado em Chapadinha (MA). Foram utilizadas as combinações de leguminosas: GA (Gliricídia + Acácia), GS (Gliricídia + Sombreiro), LA (Leucena + Acácia), LS (Leucena + Sombreiro) e sem leguminosas (SL), com ou sem adição de 80-80 kg/ha de cloreto de potássio e ureia. As análises realizadas foram: massa de 100 grãos, número de grãos/espiga, massa da espiga, produtividade de grãos, composição centesimal, carotenoides totais, teores de minerais, perfil de ácidos graxos e de tocoferóis. O plantio com resíduos de leguminosas e a adição de cloreto de potássio e ureia aumentaram a produtividade do milho. Com relação à proteína, a ureia teve maior influência que os resíduos de leguminosas. As combinações sem adubação com ureia e cloreto de potássio obtiveram os maiores teores de tocoferóis. O plantio da mandioca BRS Dourada foi realizado em São Luís (MA). Foram utilizadas as combinações de leguminosas: GA (Gliricídia + Acácia), GS (Gliricídia + Sombreiro), GL (Gliricídia + Leucena), LA (Leucena + Acácia), LS (Leucena + Sombreiro) e sem leguminosas (SL), com ou sem adição de 100 kg/ha de ureia. As análises realizadas foram: produtividade de parte aérea, número de raízes por pé, massa de raiz, produtividade de raízes, composição centesimal, teor de amido, minerais, tempo de cocção, perfil de carotenoides e teor de pró- vitamina A. A produtividade foi maior em GL. A adição de ureia ao solo aumentou os teores de proteína e amido. Para a pró-vitamina A, GS com ureia se destacou com 12,4 RAE (Equivalente de atividade retinol) /100 g. A escolha da combinação de leguminosas está relacionada à cultura a ser plantada e ao atributo de qualidade desejado. O sistema de cultivo em aleias foi capaz de aumentar a produção de milho e de mandioca biofortificados e influenciar diferentemente cada nutriente. Palavras-chave: sistema de cultivo, ureia, cloreto de potássio, milho QPM, mandioca, pró- vitamina A. 5 ABSTRACT No-tillage alley cropping is a form of sustainable agriculture that improves soil quality of the humid tropics. The aim of this study was to evaluate the influence of the alley cropping system in the productivity and nutritional quality of biofortified maize and cassava. The high- quality protein maize (QPM) BR 473 was grown in Chapadinha (MA). The combinations of legumes were: GA (Gliricidia + Acacia), GS (Gliricidia + Sombreiro), LA (Leucena + Acacia), LS (Leucena + Sombreiro) and the bare soil, with or without addition of 80-80 kg/ha of potassium chloride and urea. The analysis were: 100-grain weight (g), grain/ear, weight of ear, grain yield, proximate composition, mineral content, carotenoids, fatty acid profile and tocopherols. The planting with legume residues and addition of potassium chloride and urea increased corn yield. Regarding protein, urea had greater influence than residues. The combinations of trees without fertilization with urea and potassium chloride had the highest levels of tocopherols. The BRS Dourada cassava was grown in São Luís (MA). The combinations of legumes were: GA (Gliricidia + Acacia), GS (Gliricidia + Sombreiro), LA (Leucena + Acacia), LS (Leucena + Sombreiro), GL (Gliricidia + Leucena) and the bare soil, with or without addition of 100 kg/ha of urea. The analysis were: shoot production, number of roots/plant, root weight, root production, proximate composition, starch, minerals, cooking time, carotenoids profile and pro-vitamin A contents. The yield was greater in GL. The addition of urea to the soil increased the protein and starch contents. For pro-vitamin A, the GS with ureia stood out with 12.4 RAE (Retinol Activity Equivalent) /100 g. The choice of combination of pulses is related to the crop to be planted and the desired quality attribute. The cropping system in alleys was able to increase the production of corn and biofortified cassava and to influence differently each nutrient. Keywords: cultivation system, urea, potassium chloride, QPM maize, cassava, pro-vitamin A. 6 LISTA DE FIGURAS Capítulo 1 - Cultivo em aleias, biofortificação de alimentos e compostos bioativos Figura 1 Estrutura de caroteno e xantofila .................................................................. 32 Figura 2 Estrutura dos ácidos graxos: linoleico e α-linolênico .................................. 37 Figura 3 Estrutura do tocoferol ................................................................................... 39 Capítulo 2 - A importância do sistema de plantio e da fertilização na qualidade do milho QPM BR 473 Figura 1 Diagrama das parcelas experimentais indicando os tratamentos com e sem NK ............................................................................................................... 56 Figura 2 Cromatograma da composição de ácidos graxos do tratamento sem legumi- nosa e sem NK ............................................................................................. 66 Figura 3 Cromatograma da composição de tocoferóis do tratamento sem legumi- nosa e sem NK ............................................................................................. 68 Capítulo 3 - Avaliação da influência do sistema de plantio e da adição de ureia na qualidade da mandioca biofortificada com pró-vitamina A Figura 1 Diagrama das parcelas experimentais indicando os tratamentos com e sem N ................................................................................................................ 82 Figura 2 Cromatograma da composição de carotenoides do tratamento sem legumi- nosa e sem N ............................................................................................... 94 7 LISTA DE TABELAS Capítulo 1 - Cultivo em aleias, biofortificação de alimentos e compostos bioativos Tabela 1 Culturas dos projetos da Rede de Biofortificação no Brasil ........................ 27 Capítulo 2 - A importância do sistema de plantio e da fertilização na qualidade do milho QPM BR 473 Tabela 1 Massa de 100 grãos (g), grãos/espiga, massa da espiga (g) e produtividade de grãos (t/ha) para a interação NK x combinações de leguminosas ......... 61 Tabela 2 Composição centesimal (g/100 g) para os fatores NK e combinações de leguminosas .................................................................................................. 63 Tabela 3 Teores de minerais (mg/100 g) para os fatores NK e combinações de leguminosas .................................................................................................. 64 Tabela 4 Carotenoides totais (µg/g) para a interação NK x combinações de leguminosas .................................................................................................. 65 Tabela 5 Teores de ácidos graxos (g/100 g) para a interação NK x combinações de leguminosas ........................................................................................... 67 Tabela 6 Teores de ácidos graxos saturados, monoinsaturados e poli-insaturados (g/100 g) para a interação NK x combinações de leguminosas .................. 68 Tabela 7 Teores de tocoferóis (mg/kg) para a interação NK x combinações de leguminosas .................................................................................................. 69 Capítulo 3 - Avaliação da influência do sistema de plantio e da adição de ureia na qualidade da mandioca biofortificada com pró-vitamina A Tabela 1 Número de raízes/pé e massa de raiz (kg) para os fatores nitrogênio e combinações de leguminosas ...................................................................... 88 Tabela 2 Parte aérea (t/ha) e produtividade (t/ha) para a interação nitrogênio x combinações de leguminosas ....................................................................... 88 Tabela 3 Teores de lipídios (g/100 g) para a interação nitrogênio x combinações de leguminosas ........................................................................................... 89 Tabela 4 Umidade, cinzas, proteína e carboidratos totais (g/100 g) para os fatores nitrogênio e combinações de leguminosas .................................................. 90 8 Tabela 5 Teores de amido (%) e tempo de cocção (min) para a interação nitrogênio x combinações de leguminosas .................................................................... 91 Tabela 6 Teores de potássio, magnésio, fósforo, zinco, ferro e iodo (mg/100 g) para os fatores nitrogênio e combinações de leguminosas ................................... 93 Tabela 7 Teores de cálcio (mg/100 g) para a interação nitrogênio x combinações de leguminosas .................................................................................................. 93 Tabela 8 Conteúdo de carotenoides (µg/g) e pró-vitamina A (RAE/100 g) para a interação nitrogênio x combinações de leguminosas ................................... 96 9 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS GA Combinação de Gliricídia e Acácia GL Combinação de Gliricídia e Leucena GS Combinação de Gliricídia e Sombreiro LA Combinação de Leucena e Acácia LS Combinação de Leucena e Sombreiro MUFA Ácidos graxos monoinsaturados N Adição de 100 kg/ha de ureia NK Adição de 80-80 kg/ha de ureia e cloreto de potássio PUFA Ácidos graxos poli-insaturados QPM Quality Protein Maize RAE Equivalente de atividade retinol SL Sem leguminosas 10 SUMÁRIO INTRODUÇÃO GERAL ........................................................................................... 13 Capítulo 1 - Cultivo em aleias, biofortificação de alimentos e compostos bioativos ...................................................................................................................... 14 RESUMO ..................................................................................................................... 15 1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 16 2 SISTEMA DE CULTIVO EM ALEIAS ................................................................ 17 3 BIOFORTIFICAÇÃO ............................................................................................. 21 3.1 HISTÓRICO DA BIOFORTIFICAÇÃO ............................................................... 23 3.2 MÉTODOS DE BIOFORTIFICAÇÃO .................................................................. 24 3.2.1 Biofortificação agronômica ............................................................................... 24 3.2.2 Biofortificação por engenharia genética .......................................................... 25 3.2.3 Biofortificação por melhoramento convencional ............................................ 26 3.2.3.1 Milho QPM (Quality Protein Maize) ............................................................... 27 3.2.3.2 Mandioca biofortificada ................................................................................... 30 4 COMPOSTOS BIOATIVOS .................................................................................. 32 4.1 CAROTENOIDES .................................................................................................. 32 4.2 ÁCIDOS GRAXOS ESSENCIAIS ........................................................................ 35 4.3 TOCOFEROIS ........................................................................................................ 39 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS .................................................................................. 43 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................... 44 Capítulo 2 - A importância do sistema de plantio e da fertilização na qualidade do milho QPM BR 473 .............................................................................................. 52 RESUMO ..................................................................................................................... 53 1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 54 2 MATERIAL E MÉTODOS .................................................................................... 55 2.1 AVALIAÇÕES AGRONÔMICAS ........................................................................ 57 2.2 OBTENÇÃO E ARMAZENAMENTO DAS AMOSTRAS ................................. 57 2.3 ANÁLISES QUÍMICAS ........................................................................................ 57 2.3.1 Composição centesimal ..................................................................................... 57 2.3.2 Análise de minerais ............................................................................................ 59 2.3.3 Carotenoides totais ............................................................................................ 59 11 2.3.4 Perfil de ácidos graxos ....................................................................................... 59 2.3.5 Determinação de tocoferóis ............................................................................... 60 2.4 ANÁLISE ESTATÍSTICA ..................................................................................... 60 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................. 61 3.1 AVALIAÇÕES AGRONÔMICAS ....................................................................... 61 3.2 ANÁLISES QUÍMICAS ........................................................................................ 62 3.2.1 Composição centesimal ..................................................................................... 62 3.2.2 Análise de minerais ............................................................................................ 64 3.2.3 Carotenoides totais ............................................................................................ 65 3.2.4 Perfil de ácidos graxos ....................................................................................... 65 3.2.5 Tocoferóis ........................................................................................................... 68 4 CONCLUSÃO ......................................................................................................... 70 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................... 71 APÊNDICES ............................................................................................................... 74 Capítulo 3 - Avaliação da influência do sistema de plantio e da adição de ureia na qualidade da mandioca biofortificada com pró-vitamina A .............................. 78 RESUMO ..................................................................................................................... 79 1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 80 2 MATERIAL E MÉTODOS .................................................................................... 81 2.1 AVALIAÇÕES AGRONÔMICAS ........................................................................ 83 2.2 OBTENÇÃO E ARMAZENAMENTO DAS AMOSTRAS ................................. 83 2.3 ANÁLISES QUÍMICAS ........................................................................................ 83 2.3.1 Composição centesimal ..................................................................................... 83 2.3.2 Teor de amido .................................................................................................... 85 2.3.3 Tempo de cocção ................................................................................................ 85 2.3.4 Análise de minerais ............................................................................................ 85 2.3.5 Determinação de carotenoides e pró-vitamina A ............................................ 86 2.4 ANÁLISE ESTATÍSTICA ..................................................................................... 87 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................. 87 3.1 AVALIAÇÕES AGRONÔMICAS ........................................................................ 87 3.2 ANÁLISES QUÍMICAS ........................................................................................ 89 3.2.1 Composição centesimal ..................................................................................... 89 3.2.2 Teor de amido e tempo de cocção ..................................................................... 90 12 3.2.3 Análise de minerais ............................................................................................ 92 3.2.4 Carotenoides e pró-vitamina A ......................................................................... 94 4 CONCLUSÃO ......................................................................................................... 97 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................... 98 APÊNDICES ............................................................................................................... 101 CONCLUSÃO GERAL .............................................................................................. 104 13 INTRODUÇÃO GERAL A produção de alimentos na agricultura familiar do trópico úmido é dificultada pela pouca disponibilidade de nutrientes nos solos, combinada à baixa eficiência do seu uso pelas plantas. A biofortificação, do ponto de vista de enriquecimento em nutrientes de alimentos, que fazem parte da dieta básica das populações, visa aumentar a qualidade das culturas cultivadas pelos pequenos agricultores. No entanto, apenas a disponibilidade de variedades biofortificadas não garante o acesso das famílias aos alimentos de qualidade. Se não forem oferecidos aos agricultores os processos por meio dos quais possam implantar agrossistemas sustentáveis, principalmente nas regiões do trópico úmido, existirá uma dificuldade em se conseguir lavouras produtivas. O sistema de cultivo em aleias é uma alternativa para melhoria do solo, pois regenera sua fertilidade, além de possibilitar a utilização de uma mesma área por mais tempo e diminuir o impacto sobre o meio ambiente. É um sistema de produção em que as culturas são cultivadas entre as linhas de espécies de leguminosas, cujos ramos são periodicamente podados e deixados sobre o solo para servirem de cobertura e fonte de nutrientes. Este projeto está fundamentado na hipótese que o cultivo de alimentos biofortificados em sistema de aleias pode ser interessante para a agricultura familiar do trópico úmido ao aumentar a produtividade e melhorar a qualidade nutricional do produto colhido. O objetivo do presente estudo foi avaliar a produtividade e a qualidade nutricional das culturas biofortificadas de milho e mandioca quando cultivadas em agrossistemas do trópico úmido utilizando combinações das leguminosas: Acácia, Gliricídia, Leucena e Sombreiro. Para tanto, os objetivos específicos do trabalho foram:  Avaliar a produtividade de milho e mandioca biofortificados cultivados nos sistemas de aleias.  Determinar a composição centesimal e quantificar minerais em milho e mandioca.  Analisar o teor de amido e o tempo de cocção da mandioca biofortificada.  Quantificar os teores de carotenoides totais do milho biofortificado.  Avaliar o perfil de carotenoides e estimar o teor de pró-vitamina A da mandioca biofortificada.  Analisar o perfil de ácidos graxos e teor de tocoferóis em milho biofortificado. 14 Capítulo 1 - Cultivo em aleias, biofortificação de alimentos e compostos bioativos 15 RESUMO Uma das alternativas para melhorar a produção de alimentos e a conservação do solo é o uso dos sistemas agroecológicos como o cultivo em aleias. Esse sistema fornece nutriente e cobertura ao solo simultaneamente, melhorando a capacidade de aeração, retenção de água e absorção de nutrientes. As condições físicas e químicas do solo influenciam na qualidade de um alimento. Assim, baixos teores de nutrientes do solo resultam em baixos teores de nutrientes nos alimentos vegetais. A biofortificação busca elevar o conteúdo de nutrientes, como minerais e vitaminas por meio de práticas agronômicas, por melhoramento vegetal convencional ou por transgenia. No entanto, é questionável se o uso de práticas agroecológicas para plantio de alimentos biofortificados, que de certa forma é considerada uma estratégia sustentável, teria impacto na segurança alimentar das famílias que vivem no meio rural. Muito se fala sobre os compostos bioativos por causa dos benefícios à saúde e certamente esses compostos são influenciados pelas condições de plantio, outro aspecto a ser estudado. Palavras-chave: sistema de produção, aleias, carotenoides, ácidos graxos, tocoferóis. 16 1 INTRODUÇÃO A agricultura contribui para a melhoria da nutrição humana por meio da diversificação da dieta e aumento da renda dos agricultores. Ela deve estar intimamente ligada à saúde humana para que se encontrem soluções sustentáveis às deficiências de nutrientes que afligem um grande número de pessoas. A deficiência de minerais e vitaminas interfere no desenvolvimento do indivíduo, com consequências tanto do ponto de vista físico, como social e econômico, afetando o crescimento do país (GRAHAM; WELCH; BOUIS, 2001). A degradação do solo afeta a nutrição e a saúde humana pelo impacto na quantidade e qualidade da produção de alimentos. A redução na produtividade das culturas agrava a insegurança alimentar e a baixa concentração de macro e micronutrientes influencia na desnutrição e na fome oculta. Existe forte relação entre a qualidade do solo e a saúde humana, portanto, a melhoria da fertilidade do solo beneficia o conteúdo de vitaminas e minerais de algumas culturas alimentares, assim como a biofortificação contribui para a nutrição (LAL, 2009). O sistema de cultivo em aleias é um sistema de uso de terras que recupera a fertilidade dos solos e é ecologicamente vantajoso para a produção de alimentos e biomassa em comparação com as práticas agrícolas convencionais. As vantagens estão relacionadas ao aumento da produtividade das culturas e uso eficiente dos recursos hídricos e dos nutrientes do solo (QUINKENSTEIN et al., 2009). A introdução de alimentos biofortificados - variedades melhoradas que apresentam maior conteúdo de nutrientes - tem como objetivo proporcionar de maneira sustentável e de baixo custo, maior ingestão diária de nutrientes melhorando o estado nutricional dos agricultores que cultivam os alimentos que consomem e também daqueles que têm limitado acesso aos sistemas formais de mercado e de saúde (PACHÓN; TORRES, 2010). 17 2 SISTEMA DE CULTIVO EM ALEIAS A segurança alimentar é definida pela legislação brasileira como “a realização do direito de todos ao acesso regular e permanente a alimentos de qualidade, em quantidade suficiente, sem comprometer o acesso a outras necessidades essenciais, tendo como base práticas alimentares promotoras de saúde que respeitem a diversidade cultural e que sejam ambiental, cultural, econômica e socialmente sustentáveis” (BRASIL, 2006). De acordo com pesquisa do IBGE (2014), o Estado do Maranhão tem o maior índice de insegurança alimentar do país (60,9%), ou seja, apenas 39,1% dos domicílios têm uma alimentação assegurada. Neste mesmo estudo, verificou-se que a região Nordeste apresentou elevados percentuais de domicílios em situação de insegurança alimentar, tanto na área urbana (34,0%) quanto na área rural (50,1%). O Estado do Maranhão é tradicionalmente rural e, por vezes, boa parte dos pequenos agricultores não consegue produzir seu próprio alimento. Na agricultura familiar predomina o sistema de cultivo tradicional chamado de agricultura itinerante ou de “derrubada e queima”, que consiste na derrubada e queima da vegetação nativa para limpar a área de plantio e o uso da cinza para corrigir a acidez e fertilizar o solo (FERRAZ JÚNIOR, 2002). Esta forma de manejo do solo contribui para as mudanças climáticas e o aquecimento global, além de outros efeitos ambientais prejudiciais, como o empobrecimento da biodiversidade e a degradação do solo (AGUIAR et al., 2009). Os solos do centro-norte maranhense são derivados de rochas sedimentares, com baixa capacidade de reter cátions, pouca disponibilidade de nutriente e baixa eficiência de uso pelas plantas. O trópico úmido se caracteriza por estações bem definidas de períodos de seca e chuva, fazendo com que os solos sofram ciclos repetitivos de umedecimento-secagem. Estas mudanças resultam na coesão do solo, prejudicando a absorção de nutrientes pelas raízes, a aeração do solo e a infiltração de água (AGUIAR et al., 2011). Uma das alternativas para conservação do solo e melhoria da produção de alimentos é o uso de sistemas agroecológicos, como o sistema de cultivo em aleias. Este sistema de cultivo possibilita a utilização de mesma área por mais tempo, proporcionando melhores produções, diminuindo o impacto sobre o meio ambiente e regenerando a fertilidade do solo (AGUIAR et al., 2010). O cultivo em aleias é um sistema de produção em que as culturas são cultivadas entre as linhas de espécies arbóreas, geralmente leguminosas, cujos ramos são periodicamente podados e deixados sobre o solo para servirem de cobertura e fonte de nutrientes 18 (TSONKOVA et al., 2012). O sistema de cultivo em aleias mantém a cobertura do solo, melhorando os indicadores físicos de qualidade (densidade, porosidade, capacidade de aeração e de retenção de água), estimulando a microbiota do solo (com a presença de espécies que “escavam” o solo, aumentando a aeração e o fluxo de água) e participando do controle das plantas daninhas (por processos aleloquímicos e formação de uma barreira física) (MOURA et al., 2009). O sistema de cultivo em aleias produz grande quantidade de resíduos derivados de galhos e folhas. A decomposição desta matéria orgânica com a liberação contínua de nutrientes contribui para a retenção destes compostos na camada superficial do solo e para a ciclagem de cálcio, nitrogênio, potássio e magnésio. Em estudo comparando áreas com aplicação dos ramos das leguminosas ao solo e áreas com superfície descoberta, observou-se que a adição de resíduos de leguminosas aumentou os teores de cálcio e magnésio nos primeiros 10 cm do perfil do solo. Também se verificou que as melhorias nas condições químicas do solo foram mantidas por pelo menos cinco anos após a aplicação do material podado das árvores (AGUIAR et al., 2010; MOURA et al., 2010). Para se implantar um sistema de cultivo em aleias eficiente é necessário se atentar a alguns fatores como a quantidade e a qualidade do material podado, os teores de nutrientes liberados da cobertura, o tempo de liberação e a sincronia entre a liberação e as necessidades das culturas, a competição entre as leguminosas e as culturas por água, luz e nutrientes. A competição é abrandada pela escolha de espécies com sistemas radiculares compatíveis entre si, aumento do espaçamento entre as linhas de leguminosas e a poda periódica dos ramos (ZHAO; ZHANG; HILL, 2012). As razões para a utilização de leguminosas estão na capacidade de simbiose com bactérias fixadoras do nitrogênio atmosférico, a elevada produção de massa seca e o sistema radicular, geralmente, profundo e ramificado (SILVA; MENEZES, 2007). As leguminosas arbóreas extraem os nutrientes das camadas mais profundas do solo e por meio da decomposição do material podado adicionado à superfície, oferecem estes nutrientes à cultura. Neste processo de ciclagem, a liberação de diferentes nutrientes está relacionada à qualidade do resíduo, que é dependente do seu conteúdo de carbono, nitrogênio, fósforo, lignina, polifenóis e as interações entre eles. São considerados de “alta qualidade”, resíduos com teores de nitrogênio acima de 2,5%, conteúdo de lignina inferior a 15% e de polifenóis abaixo de 4% e os de “baixa qualidade” quando apresentam os teores inversos (TEKLAY, 2007). 19 As leguminosas também são caracterizadas pela relação C/N. O conteúdo de carbono (C) dos materiais vegetais está entre 40-50% (base seca) e o teor de nitrogênio (N) é variável. A biomassa das leguminosas com baixa relação C/N tem rápida decomposição, enquanto uma alta relação C/N indica lenta decomposição do material. A velocidade de decomposição é influenciada também por fatores que afetam a atividade dos microrganismos como temperatura, umidade, condições físicas e químicas do solo e aplicação de fertilizantes. Por exemplo, no caso dos fertilizantes, a adição de N diminui a relação C/N, favorece a proliferação de microrganismos decompositores e de enzimas, que catalisam a degradação da celulose e da lignina, assim acelera-se a decomposição da biomassa e a liberação de nutrientes (CATTANIO; KUEHNE; VLEK, 2008; MOORE et al., 2011). Os resíduos de “alta qualidade” liberam rapidamente os nutrientes, o que é indesejável quando não há sincronia entre a oferta de minerais e as necessidades da cultura. Em algumas situações, o efeito de cobertura é mais importante que o fornecimento de nutrientes. Portanto, experimentos conduzidos no trópico úmido maranhense demonstraram que a combinação de leguminosas de “alta qualidade” e “baixa qualidade” é uma estratégia para que a liberação de nutrientes coincida com as demandas da cultura, ao mesmo tempo em que protege o solo durante o período de cultivo (AGUIAR et al., 2010; MOURA et al., 2010). As combinações das leguminosas: Acácia, Gliricídia, Leucena e Sombreiro foram utilizadas em experimentos para avaliar a influência do sistema de cultivo em aleias na melhora das propriedades do solo e na absorção de nutrientes pela cultura agrícola e demonstraram bons resultados (MOURA et al., 2012; MOURA et al., 2014; MOURA et al., 2015). Estas leguminosas foram utilizadas neste trabalho e, por isso, estão descritas abaixo. A Acácia (Acacia mangium Willd) é uma leguminosa arbórea de rápido crescimento e de “baixa qualidade”. Atualmente, a maioria dos cultivos de A. mangium é direcionada principalmente para a produção de polpa de celulose, para uso em movelaria, como matéria- prima para compensados, para controle de erosão e também tem sido considerada como uma planta com potencial melífero. O reflorestamento com A. mangium permite a recuperação dos solos degradados e impróprios para a agricultura (BERTUOL et al., 2008). A Gliricídia (Gliricidia sepium (Jacq.) Kunth ex Walp) é uma leguminosa arbórea de “alta qualidade” que apresenta rápido crescimento, alta capacidade de regeneração e resistência à seca. As raízes de Gliricídia associam-se às bactérias do gênero Rhizobium, com as quais entram em simbiose, originando grande número de nódulos, responsáveis pela fixação de nitrogênio. A Gliricídia também possui valor como forrageira, pois sua folhagem tem alto valor proteico, variando de 20-30% de proteína bruta. Quanto à conservação de solos, 20 a espécie é recomendada no controle de erosão em função de sua alta sobrevivência, resistência ao fogo e fácil rebrota, sendo também utilizada como adubo verde e para o sombreamento de plantas de cacau, café, chá e baunilha (ARRUDA; COSTA, 2003). A Leucena (Leucaena leucocephala (Lam.) de Wit) é uma leguminosa de “alta qualidade”, que pode ser utilizada para forragem, produção de madeira, carvão vegetal e melhoramento do solo. Pesquisadores da Embrapa Milho e Sorgo realizaram experimento com plantio de milho variedade BR 106 e usaram a Leucena como adubo. Os resultados indicaram o aumento da produtividade de grãos, maior massa da espiga e controle de plantas daninhas. A Leucena é uma leguminosa que tem a capacidade de incorporar até 500 kg/ha/ano do nitrogênio proveniente da atmosfera, proporcionando economia do nitrogênio químico. Na cultura do milho, o nitrogênio é o nutriente absorvido em maior quantidade e o que tem maior influência na produtividade de grãos. Outro diferencial da Leucena são as micorrizas (associações de fungos com as raízes) presentes em seu sistema radicular, capazes de converter o fósforo inorgânico presente no solo para a forma orgânica, mais facilmente absorvida pelo milho (VIANA, 2009). O Sombreiro (Clitoria fairchildiana R. Howard) é considerada uma leguminosa de “baixa qualidade”. Sua madeira é moderadamente pesada e de média resistência, sendo empregada em construção civil como divisórias de casas e forros. Proporciona ótima sombra e apresenta características ornamentais para arborização de parques. Por ser uma espécie rústica e de rápido crescimento, é útil nos reflorestamentos destinados à reconstituição da vegetação e recuperação de áreas degradadas (SILVA; MÔRO, 2008). Com o sistema de plantio em aleias consegue-se: alta produtividade, sustentabilidade do ponto de vista de plantio na mesma área com produção estável ou crescente em função da adição constante de matéria orgânica, preservação das áreas que seriam queimadas, melhora na segurança alimentar e aumento da renda das famílias dos agricultores. No entanto, é um sistema que apresenta limites: (1) é mais eficiente quando utilizado em regiões como o centro- norte do Maranhão, onde o período chuvoso não é interrompido por veranicos, pois nesses casos, a leguminosa e a cultura podem vir a competir por água, (2) o sistema atinge maturação completa no terceiro ano, mas as produtividades já serão significativas a partir do segundo ano, (3) as leguminosas têm exigências em relação a teores de cálcio e fósforo no solo que devem ser corrigidos antes do seu plantio (MOURA; AGUIAR, 2007). Contudo, existe um consenso de que a substituição da agricultura de derrubada e queima é necessária, sendo o sistema de cultivo em aleias uma alternativa promissora. Este trabalho propõe que o cultivo de alimentos biofortificados em agroecossistemas sustentáveis é 21 uma estratégia viável para melhorar o quadro nutricional das famílias, elevar a renda das populações e atenuar os problemas ambientais. 3 BIOFORTIFICAÇÃO Micronutrientes são vitaminas e minerais considerados essenciais para o desenvolvimento físico e mental, para o funcionamento do sistema imunológico e vários processos metabólicos (DAMODARAN; PARKIN; FENNEMA, 2010). A deficiência dos micronutrientes é referida como fome oculta e afeta mais da metade da população do mundo, principalmente mulheres e crianças nos países em desenvolvimento (SHEKHAR, 2013). As deficiências provocadas pela falta de ferro, iodo, selênio, zinco e vitamina A causam grande preocupação em relação à saúde humana. Dietas pobres em ferro e zinco causam anemia, redução da capacidade de trabalho, problemas no sistema imunológico, retardo no desenvolvimento e até a morte. Geralmente, fontes ricas em ferro biodisponível também são ricas em zinco biodisponível. Já a vitamina A é essencial para o bom funcionamento da visão e do sistema imunológico (MORAES et al., 2009). As principais causas das deficiências nutricionais são: alta ingestão de alimentos com baixos teores de minerais e vitaminas, ao invés da incorporação de frutas, vegetais e alimentos de origem animal na dieta; baixos teores de nutrientes no solo que resultam em baixos teores de nutrientes nos alimentos vegetais; perda de nutrientes durante o beneficiamento; presença de fatores antinutricionais; acesso limitado das populações aos alimentos ricos em micronutrientes seja por viverem em regiões remotas ou por estarem condicionadas a disponibilidade dos alimentos da época (MORAES et al.; 2012). Algumas das estratégias para diminuir os índices de deficiências nutricionais são: a fortificação e a suplementação. A fortificação ocorre quando um alimento processado é adicionado de nutrientes com a finalidade de reforçar o seu valor nutritivo, seja repondo os nutrientes destruídos durante o processamento, seja acrescentando nutrientes em concentrações superiores ao seu conteúdo normal. A suplementação é a ingestão de grandes doses de micronutrientes, geralmente sob a forma de comprimidos, cápsulas ou xaropes. É capaz de fornecer quantidade ideal de nutrientes, sob forma altamente absorvível, e é, muitas vezes, o meio mais rápido para controlar a deficiência em indivíduos ou grupos de população (ALLEN et al., 2006). Mas, infelizmente, estes produtos não estão ao alcance de todos, por vários motivos, pelo valor mais elevado, pela insuficiente infraestrutura de distribuição e pela prevalência da agricultura sustentável nas zonas rurais (MEENAKSHI et al., 2010). 22 A biofortificação é o processo de melhoramento genético ou de fertilização para enriquecimento das culturas alimentares em nutrientes biodisponíveis visando combater as deficiências de nutrientes específicos atribuíveis à ingestão inadequada. É um meio de ajudar as populações em risco fornecendo alimentos naturalmente enriquecidos para as pessoas com acesso limitado aos alimentos comercialmente disponíveis em áreas urbanas (JOHNS; EYZAGUIRRE, 2007). A biofortificação tem o propósito de desenvolver variedades com maior teor nutritivo e também de alta produtividade. O baixo teor de nutrientes em alguns alimentos está relacionado ao plantio em solo pobre em nutrientes ou uso de cultivares ineficientes para absorção. As raízes dos genótipos biofortificados são mais eficientes em absorver os micronutrientes do solo e mais efetivas em termos de penetração no perfil do solo. Isso as torna mais tolerantes às doenças na fase inicial de crescimento e mais econômicas na utilização de fertilizantes, água e defensivos agrícolas. Também é vantajoso o fato da biofortificação ser considerada sustentável, pois a partir do momento que o agricultor obtém a primeira semente, pode guardá-la para o próximo plantio, assim o cultivo e o consumo serão contínuos ano após ano. Além disso, não muda o comportamento do consumidor, pois se antes o agricultor plantava para própria subsistência, ele continuará plantando, mas com um diferencial de ser uma cultivar biofortificada (NESTEL et al., 2006). Para definir os alimentos e os nutrientes para biofortificação é necessário conhecer quais são os nutrientes associados aos maiores índices de deficiências nutricionais, quais são as populações-alvo e os alimentos usualmente consumidos por esta população. A quantidade de nutrientes a ser acrescida aos alimentos biofortificados está relacionada ao nível de consumo (estimativa da ingestão habitual), à retenção no alimento (teor do nutriente no alimento pronto para comer), à biodisponibilidade (proporção de nutriente absorvido e disponível para funções biológicas) e à ingestão diária recomendada. Deve-se ressaltar que são valores estimados, pois as diferentes formas de processamento e a inclusão de outros alimentos na dieta afetam o conteúdo de nutrientes e sua biodisponibilidade (HOTZ; McCLAFFERTY, 2007). Algumas ressalvas são feitas à biofortificação como: a exigência de investimento na distribuição de sementes, rotulagem, embalagem e na educação do consumidor para convencê-lo a aceitar o novo alimento, pois, em certos casos, como o enriquecimento com pró-vitamina A, altera-se a coloração de um alimento de cor branca para amarelada ou alaranjada. Também é discutida a questão da biofortificação provocar um aumento da dependência a culturas com alto teor de amido (maior parte dos alimentos biofortificados são 23 cereais, leguminosas, raízes e tubérculos), contrariando o fato de que a diversidade na alimentação resolve o problema da deficiência dos nutrientes. Entretanto, quando se considera como grupo alvo, as pessoas sem recursos que se alimentam de uma dieta simples à base de cereais, então, a melhoria na concentração de nutrientes nos cereais trará benefícios (JOHNS; EYZAGUIRRE, 2007). Não se espera que a biofortificação elimine as deficiências de nutrientes em todos os grupos populacionais, mas que complemente as intervenções existentes para fornecer nutrientes às pessoas mais vulneráveis, de forma sustentável, com baixo custo e com boa relação custo-benefício. Assim, a biofortificação é apenas mais uma estratégia que unida à fortificação, suplementação e diversificação da dieta, deve ser considerada para cada país (SALTZMAN et al., 2013). 3.1 HISTÓRICO DA BIOFORTIFICAÇÃO A biofortificação iniciou-se em 1993 quando o Dr. Howarth E. Bouis do Instituto Internacional de Pesquisa sobre Políticas Alimentares (IFPRI) em Washington, propôs a seleção de plantas visando não somente maior produção, mas também maiores teores de minerais e vitaminas na parte comestível. As atividades de pesquisa em biofortificação estão divididas em dois programas, HarvestPlus e AgroSalud. Estes programas de biofortificação têm como objetivo melhorar a qualidade nutricional das culturas alimentares consideradas básicas e fazer a distribuição de sementes ricas em nutrientes para aqueles que praticam agricultura de subsistência, buscando diminuir as deficiências nutricionais e garantir a segurança alimentar (MORAES et al., 2009). A biofortificação iniciou-se no Brasil, em 2003, com o BioFORT, projeto responsável pela biofortificação de alimentos no Brasil, coordenado pela Embrapa Agroindústria de Alimentos (Rio de Janeiro-RJ). Neste projeto participam também as Embrapas: Milho e Sorgo (Sete Lagoas/MG), Arroz e Feijão (Santo Antônio de Goiás/GO), Cerrados (Planaltina/DF), Semi-Árido (Petrolina/PE), Soja (Londrina/PR), Hortaliças (Brasília/DF), Meio-Norte (Teresina/PI), Mandioca e Fruticultura Tropical (Cruz das Almas/BA), Trigo (Passo Fundo/RS) e Tabuleiros Costeiros (Aracaju/SE). São conduzidos trabalhos simultâneos de melhoramento com oito culturas básicas: arroz, feijão, feijão-caupi e trigo para maiores teores de ferro e zinco; mandioca, milho, abóbora e batata-doce para maiores teores de pró-vitamina A (NUTTI; CARVALHO; WATANABE, 2006). 24 O projeto prevê que as Embrapas após concluírem as pesquisas, em conjunto com o Ministério da Agricultura registrem as cultivares para comercialização, repassem sementes e ramas de cultivares com maiores teores de nutrientes aos municípios e promovam a capacitação de produtores por meio de dias de campo e seminários. Esses materiais serão multiplicados em uma unidade de produção e disponibilizados aos agricultores familiares selecionados. Os alimentos produzidos estão chegando às comunidades rurais e escolas de Sergipe, Piauí, Espírito Santo, Rio de Janeiro, Maranhão e Minas Gerais. Produtos derivados e embalagens que conservam os nutrientes também estão sendo desenvolvidos (VIANA, 2012). 3.2 MÉTODOS DE BIOFORTIFICAÇÃO A biofortificação ocorre por meio de práticas agronômicas, por melhoramento vegetal convencional ou por transgenia (CARVALHO; VASCONCELOS, 2013; HIRSCHI, 2009; SALTZMAN et al., 2013). 3.2.1 Biofortificação agronômica A variação genotípica influencia na concentração de nutrientes nos alimentos juntamente com fatores como: 1) características da planta, tais como idade e grau de maturação; 2) características do meio ambiente, como clima, solo, chuvas e 3) condições de processamento, como tempo de armazenamento, temperatura, método de conservação e preparação dos alimentos (NUTTI; CARVALHO; WATANABE, 2006). A adubação é uma prática importante para aumentar a concentração de nutrientes em culturas agrícolas. A absorção de nutrientes por espécies vegetais é influenciada pelo clima, solo e fatores da planta. Os fatores climáticos que devem ser considerados são: temperatura, precipitação e radiação solar, já entre os fatores do solo estão: umidade, textura, teor de matéria orgânica, pH e a concentração de nutriente no solo. Em relação à planta têm influência: o sistema radicular e a composição genética de cada espécie (FAGERIA et al., 2012). A biofortificação agronômica está baseada na aplicação de adubos minerais e na melhora da solubilização e mobilização dos minerais. Embora relativamente simples e com resultados imediatos, a viabilidade desta estratégia de biofortificação depende de vários fatores, incluindo a composição do solo, mobilidade do mineral no solo e a capacidade da planta de armazená-lo nas partes comestíveis (SALTZMAN et al., 2013). 25 A biofortificação agronômica é realizada por meio da adubação via solo, do tratamento de sementes ou pela aplicação foliar. Outras práticas como a aplicação de biofertilizantes (inoculação com fungos micorrízicos), rotação de culturas e irrigação também são adotadas visando aumentar o teor de minerais nas culturas (MORAES et al., 2009). A aplicação de fertilizantes é simples e barata, mas apresenta algumas complicações devido ao método de aplicação, a composição do solo, mobilidade do mineral na planta e o local de acumulação. O uso de fertilizantes com iodo, selênio e zinco que são minerais móveis no solo e em plantas, aumentam as concentrações destes minerais em cereais e leguminosas. Por outro lado, o uso de FeSO4 (sulfato ferroso) não é eficiente, pois o ferro tem uma mobilidade reduzida no solo. Deve-se atentar que grandes quantidades de metais aplicados aos solos são prejudiciais para o crescimento das plantas. Os fertilizantes muitas vezes são aplicados regularmente e, assim, tornam-se potencialmente prejudiciais ao meio ambiente (GÓMEZ-GALERA et al., 2010; HIRSCHI, 2009). Em estudo realizado com 15 genótipos de mandioca de mesa, Carvalho et al. (2007) comprovaram que o tempo de cozimento foi maior quanto maiores eram os teores de cálcio e magnésio no solo e com o aumento dos teores de fósforo, manganês, zinco e cobre conseguiu- se menores tempos de cozimento. Pesquisa realizada com milho mostrou que a adubação nitrogenada aumentou a produtividade, o tamanho dos grãos e melhorou a qualidade em termos de teores de proteína, zinco e ferro (FERREIRA et al., 2001). A qualidade de alimentos e a sua relação com o solo permite concluir que as culturas são prejudicadas em quantidade e qualidade quando os solos apresentam deficiência ou excesso de nutrientes, portanto, devem-se utilizar adubações equilibradas na produção de alimentos. 3.2.2 Biofortificação por engenharia genética A modificação genética é a manipulação da constituição genética de um organismo vivo por eliminação, modificação ou adição de cópias de genes específicos, muitas vezes de outros organismos, por meio de técnicas de biologia molecular, tais como o DNA recombinante ou fusão celular. A engenharia genética permite que as plantas com melhor desempenho sejam selecionadas em uma única geração, assim os novos genes são introduzidos diretamente em cultivares locais. Também permite que características nutricionais sejam direcionadas para órgãos específicos e que várias características possam ser combinadas na mesma planta (JOHNS; EYZAGUIRRE, 2007). 26 O método de transgenia é necessário quando não há variação genética do conteúdo de nutrientes entre variedades e, em alguns casos, é potencialmente vantajoso comparado com o melhoramento convencional. O exemplo mais conhecido é o Golden rice, o arroz que contém carotenoides no valor de 37 µg/g, dos quais 31 µg/g são de β-caroteno. Este composto não foi identificado no endosperma de nenhuma variedade de arroz. Embora todos os genes necessários para produzir pró-vitamina A estejam presentes no grão, plantas de arroz produzem β-caroteno apenas nos tecidos verdes. Esta variedade de arroz é a primeira cultura transgênica desenvolvida para a população de baixa renda e não apenas para os agricultores e empresas de pesticidas. Outro exemplo é o tomate transgênico que por meio do uso de genes bacterianos e genes de levedura apresentou alto teor de licopeno (HIRSCHI, 2009; NESTEL et al., 2006). Outras culturas também fizeram uso da transgenia para seu enriquecimento, como o arroz com elevado conteúdo de ferro, a banana rica em pró-vitamina A e ferro, o sorgo com teor reduzido de fitatos, alto conteúdo de pró-vitamina A e melhor perfil proteico (SALTZMAN et al., 2013). 3.2.3 Biofortificação por melhoramento convencional A biofortificação por melhoramento genético convencional ocorre por meio do cruzamento das plantas com melhor desempenho e seleção daquelas com características favoráveis ao longo de muitas gerações (JOHNS; EYZAGUIRRE, 2007). A existência de variação genética na concentração de micronutrientes nas partes comestíveis das culturas faz com que o melhoramento convencional seja uma estratégia para aumentar os teores de minerais e vitaminas (RIOS et al., 2009). No entanto, o melhoramento convencional é limitado a genes que são provenientes de plantas sexualmente compatíveis e requer longos programas para introduzir características em variedades adaptadas localmente (JOHNS; EYZAGUIRRE, 2007). Pelo melhoramento convencional já foram desenvolvidos em todo o mundo: milheto, sorgo e lentilha com altos teores de ferro e zinco; batata rica em ferro e banana com elevado conteúdo de pró-vitamina A. No Brasil, grande parte das culturas do projeto de biofortificação é resultado de cruzamento de plantas da mesma espécie a partir de variedades que existem na natureza. A Embrapa desenvolve pesquisas com milho, batata-doce, abóbora e mandioca ricas em pró-vitamina A e também feijão-caupi, arroz, trigo e feijão com altos teores de ferro e zinco (SALTZMAN et al., 2013). 27 Alguns exemplos de culturas biofortificadas estão apresentados na Tabela 1. Tabela 1. Culturas dos projetos da Rede de Biofortificação no Brasil. Culturas Convencional Biofortificada Milho Em média, 4,5 µg de pró-vitamina A/g milho em base seca Até 9 µg de pró-vitamina A/g milho em base seca Batata-doce Em cultivares de polpa branca, até 10 µg de β-caroteno/g raízes frescas Média de 115 µg de β-caroteno/g raízes frescas Abóbora Em avaliação Média de 186 µg de carotenoides/g de abóbora Trigo Em média, 30 mg de ferro e 30 mg de zinco/kg trigo integral Média superior a 40 mg de ferro e 40 mg de zinco/kg trigo integral Feijão-caupi Média de 50 mg de ferro e 40 mg de zinco/kg feijão Média de 77 mg de ferro e 53 mg de zinco/kg feijão Mandioca Em variedades de polpa branca não há teores expressivos de β-caroteno Até 9 µg de β-caroteno/g raízes frescas Feijão Em média, 50 mg de ferro e 30 mg de zinco/kg feijão carioca Em média, 90 mg de ferro e 50 mg de zinco/kg feijão carioca Arroz Em média, 12 mg de zinco e 2 mg de ferro/kg arroz branco polido Média de 18 mg de zinco e 4 mg de ferro/kg arroz branco polido Fonte: Nutti, 2012. Neste trabalho foram avaliadas as culturas biofortificadas de milho com alta qualidade proteica e a mandioca enriquecida com pró-vitamina A. Uma breve descrição dessas culturas é exposta a seguir. 3.2.3.1 Milho QPM (Quality Protein Maize) O grão de milho é composto por endosperma (83%), gérmen (11%) e pericarpo (6%). O milho contém amido e açúcares simples como sacarose, maltose, glicose, frutose e rafinose. A proteína está distribuída no endosperma e no gérmen e a fibra está em maior parte no pericarpo. Os ácidos graxos estão presentes no gérmen e são encontrados em maiores quantidades: linoleico, oleico e palmítico. A variedade, condições ambientais, idade da planta e localização geográfica alteram a composição do grão, portanto, a análise nutricional deve ser vista como valores estimados (PAES, 2006). 28 No gérmen do grão do milho são encontradas as vitaminas A e E, e grande parte dos minerais, sendo os mais relevantes: fósforo (na forma de fitato), potássio, magnésio e enxofre (constituinte dos aminoácidos: metionina e cistina). Na variedade de milho amarelo estão presentes os carotenoides, que são encontrados em quantidades significativas no endosperma. Os principais carotenoides presentes nos grãos de milho são: β-caroteno, α-caroteno, luteína, zeaxantina e β-criptoxantina (NUSS; TANUMIHARDJO, 2010). O milho é um cereal que apresenta uma qualidade inferior no perfil de aminoácidos devido às deficiências em lisina e triptofano, dois aminoácidos que são considerados essenciais. Para melhorar sua qualidade proteica, pesquisas são realizadas em todo o mundo desde a década de 60. Em 1964, pesquisadores dos Estados Unidos, descobriram que um mutante de milho, chamado de opaco 2, apresentava grãos com concentrações maiores de lisina e triptofano. No entanto, ele não foi bem aceito pelos agricultores em virtude de sua aparência opaca e textura farinácea, a qual geralmente está associada com baixa densidade dos grãos, menor produtividade e maior susceptibilidade a pragas, doenças e danos mecânicos. O Centro Internacional de Melhoramento de Milho e Trigo (CIMMYT), localizado no México, conseguiu superar os problemas associados ao opaco 2 e desenvolveu variedades de milho QPM (Quality Protein Maize), tão produtivas quanto às de milho comum, apresentando grãos de mesmo valor energético e com proteína de maior valor biológico. Em 1983, a Embrapa de Milho e Sorgo iniciou estudos com 23 populações QPM desenvolvidas pelo CIMMYT. Em 1988, foi lançada pela Embrapa uma variedade de milho QPM de cor branca, a BR 451. No ano de 1994, foi lançada pela Embrapa outra variedade de milho QPM, a BR 473, de cor amarela que é tão produtiva quanto às variedades precoces comuns, de grãos semiduros e que fornece alimentos e rações com aparência e sabor similares às do milho comum (GUNARATNA et al., 2010). As variedades de milho QPM têm maiores teores de lisina (52 mg/g proteína) e triptofano (10 mg/g proteína) que o milho comum que geralmente contém 30 mg/g proteína (lisina) e 7 mg/g proteína (triptofano) (NAVES et al., 2004). A Organização Mundial de Saúde recomenda um consumo de lisina de 48 mg/g proteína e de triptofano de 6,6 mg/g proteína para crianças em idade escolar (3 a 10 anos) e para os adultos, o recomendado de lisina é de 45 mg/g proteína e de triptofano de 6 mg/g proteína (WHO, 2007). A lisina e o triptofano são aminoácidos essenciais para os seres humanos e têm de ser fornecidos pela dieta. A lisina aumenta a absorção intestinal de cálcio e impede um aumento 29 da excreção deste mineral na urina, melhorando a saúde óssea em crianças e mulheres na pós- menopausa. O triptofano é necessário para a produção de niacina, ajudando assim a combater a pelagra e também é precursor do neurotransmissor serotonina que está envolvido no controle do humor, na agressividade, na dor, na ansiedade, no sono, na memória, no comportamento alimentar e na regulação endócrina. Além disto, é um dos aminoácidos que estimula a secreção de insulina e do hormônio do crescimento (ROSSI; TIRAPEGUI, 2004). Gunaratna et al. (2010) afirmam que muitos nutricionistas acreditam que outros alimentos compensariam as deficiências de aminoácidos no milho, e que a ingestão de proteína não é o principal fator limitante para o crescimento e desenvolvimento das crianças. Assim, pouco benefício seria esperado ao aumentar a ingestão de aminoácidos como lisina e triptofano. No entanto, esta afirmação não se estende às populações com limitado acesso a alimentos com proteína de alta qualidade. Gunaratna et al. (2010) citam estudos que comparam o milho comum com o QPM, e em geral, a proteína do QPM está mais biodisponível do que a proteína do milho comum. Os resultados sugerem que o QPM tem efeito sobre o crescimento e ganho de massa em lactentes e crianças com leve a moderada desnutrição. O milho QPM além de trazer benefícios para a saúde humana também traz melhorias para a nutrição animal, já que no Brasil cerca de 70% do milho produzido é direcionado para ração animal (PAES, 2006). Castro et al. (2009) realizaram um estudo comparando o milho QPM com os milhos híbridos comerciais e concluíram que o milho QPM apresentou menor rendimento de endosperma e maior rendimento de gérmen. Também obtiveram teores similares de proteína, lipídios e cinzas e maiores teores de fibra alimentar e de ferro no milho QPM, em relação aos híbridos de milho comum. Sendo assim, o milho QPM tem potencial para uso na indústria de alimentos. Segundo Prasanna et al. (2001), outros benefícios nutricionais do milho QPM são: a maior disponibilidade de niacina, cálcio e carboidratos. O milho QPM é um exemplo de como a biofortificação enriquece o valor nutritivo de um alimento e é classificado por Prasanna et al. (2001) como uma biofortificação por melhoramento convencional. Já as pesquisas que objetivam aumentar o conteúdo de proteína de culturas alimentares com o uso da adubação, utilizam-se da biofortificação agronômica. Com o uso da adubação nitrogenada obtém-se um aumento no teor de proteína do milho que, na maioria das vezes, está ligado ao aumento da zeína, uma proteína do grupo das prolaminas presente no endosperma. A zeína é uma proteína de baixa qualidade nutritiva, portanto neste caso, o aumento da quantidade de proteína não significa necessariamente em 30 aumento da qualidade proteica. A adubação nitrogenada aumenta a produtividade e o teor de proteína, mas por outro lado, altera as proporções de aminoácidos essenciais em milhos comuns. Comportamento contrário tem o milho QPM, que após a aplicação de fertilizantes nitrogenados mantém ou aumenta os teores de lisina e triptofano (GRANT; BRUULSEMA, 2012). 3.2.3.2 Mandioca biofortificada A mandioca é uma fonte de carboidrato capaz de resistir às doenças, à seca e às pragas, além de ser flexível quanto à época de colheita (MONTAGNAC; DAVIS; TANUMIHARDJO, 2009). A composição química da mandioca varia não somente para cultivar, mas também com a idade e condições ambientais durante o desenvolvimento da cultura e no período da colheita (CENI et al., 2009). A raiz tem conteúdo elevado de carboidratos, que variam de 32 a 35%, o amido representa 80% dos carboidratos e o restante são pequenas quantidades de sacarose, glicose, frutose e maltose. O conteúdo de lipídios varia de 0,1 a 0,3% e o de proteína de 1 a 3%. As raízes de mandioca contêm pequenas quantidades de tiamina, riboflavina e niacina e parte destas é perdida durante o processamento (MONTAGNAC; DAVIS; TANUMIHARDJO, 2009). A mandioca é classificada quanto ao teor de ácido cianídrico como: mandioca brava, com teor acima de 100 mg/kg ou mandioca mansa com teor inferior a 100 mg/kg (também conhecida como macaxeira, aipim ou mandioca de mesa) (ALVES; SILVA, 2003). Em 2005, a Embrapa Mandioca e Fruticultura Tropical (Cruz das Almas BA) lançou duas variedades de mandioca biofortificadas em β-caroteno (precursor de vitamina A): BRS Gema de Ovo e BRS Dourada que contêm 4 µg de β-caroteno /g nas raízes frescas. A colheita destas variedades é recomendada de 8 a 13 meses após o plantio, são culturas com tempo de cozimento de 20 minutos e com teor de ácido cianídrico de 50 mg/kg nas raízes cruas. A variedade BRS Gema de Ovo é ideal para consumo na forma de farinha ou cozida e a BRS Dourada não tem restrições (FUKUDA et al., 2005; FUKUDA; PEREIRA, 2005). Em 2009, foi lançada a mandioca de mesa BRS Jari que tem cerca de 9 µg de β- caroteno/g nas raízes frescas. A massa cozida da Jari apresenta coloração amarela intensa, ausência de fibras e tempo de cozimento de 25 minutos. A cultivar é recomendada para colheitas entre 10 e 12 meses após o plantio. Com o uso de adubação e irrigação, a colheita pode ocorrer a partir dos seis meses de idade. Pesquisadores e produtores estão cultivando 31 esta mandioca em pequenas áreas dos Estados da Bahia, Sergipe, Pernambuco, Ceará, Maranhão e Minas Gerais (FUKUDA et al., 2009). O Projeto de Melhoramento de Mandioca para Biofortificação, liderado pela Embrapa Mandioca e Fruticultura Tropical, tem como meta alcançar altos teores de β-caroteno nas raízes, baixos teores de ácido cianídrico, boa qualidade para o consumo de mesa e boas características agronômicas por meio de biofortificação pelo melhoramento convencional (FUKUDA et al., 2005). A vitamina A é uma vitamina lipossolúvel que desempenha importante papel em diversos processos vitais como: manutenção da visão, integridade do sistema imunológico, está envolvida na formação de estruturas ósseas e dentes, na reprodução e no crescimento (DAMODARAN; PARKIN; FENNEMA, 2010). A vitamina A não é produzida pelo organismo humano, portanto, deve ser adquirida na alimentação. É encontrada como retinol, que é a vitamina pré-formada, presente em alimentos de origem animal, tendo como melhores fontes: o fígado, ovos e leite; ou na forma de retinóides, que são alguns carotenoides que são metabolizados a retinol, por exemplo: β- caroteno, α-caroteno e criptoxantina presentes em alimentos de origem vegetal (ALLEN et al., 2006). Os carotenoides pró-vitamina A de frutas e vegetais contribuem para dois terços da ingestão dietética de vitamina A em todo o mundo e mais de 80% do consumo em países em desenvolvimento (CHÁVEZ et al., 2007). A deficiência de vitamina A tem impacto na saúde pública, afetando populações do mundo inteiro e é causada por uma dieta pobre em fontes de vitamina A ou estado nutricional deficiente. As consequências desta deficiência são significativas em crianças menores de 6 anos que necessitam da vitamina para seu crescimento, e para as gestantes e lactantes que a utilizam para manter o crescimento dos tecidos maternos e fetais e para repor as perdas com a lactação. Nas crianças, a deficiência causa cegueira infantil, aumento da morbidade e mortalidade por infecções. Nas mulheres gestantes e lactantes, leva à cegueira noturna e contribui para elevar as taxas de morbidade e mortalidade materna (GIORI, 2010). Várias técnicas de preparação de alimentos como cozimento, moagem e adição de óleo, influenciam na absorção de precursores de vitamina A nos alimentos. Em experimento sobre a retenção de vitamina A durante o processamento da mandioca, observou-se que na mandioca cozida, a perda de carotenoides foi menor do que quando as raízes foram transformadas em farinha, na qual se teve uma perda de 50% no processamento (OLIVEIRA et al., 2010). Análises de retenção de nutrientes mostram que a mandioca cozida mantém grande parte dos nutrientes, exceto a riboflavina e o ferro, em contraste com as raízes 32 processadas que perdem grande parte da matéria seca, carboidratos e proteína (MONTAGNAC; DAVIS; TANUMIHARDJO, 2009). 4 COMPOSTOS BIOATIVOS Os alimentos apresentam compostos com atividades biológicas promotoras de saúde como atividade antioxidante, anti-inflamatória e hipocolesterolêmica sendo capazes de atuar na prevenção de doenças. Estes compostos são chamados de bioativos e normalmente são produzidos como metabólitos secundários pelas plantas. Os metabólitos primários são as substâncias para o crescimento e desenvolvimento, tais como carboidratos, proteínas e lipídios, já os metabólitos secundários, são compostos que ajudam a planta a aumentar a sua capacidade para sobreviver e superar os desafios locais (BERNHOFT, 2010). 4.1 CAROTENOIDES Os carotenoides são pigmentos naturais divididos em dois grupos: carotenos que são hidrocarbonetos, ou seja, são constituídos de átomos de carbono e hidrogênio e as xantofilas que são derivadas dos carotenos pela adição de várias funções oxigenadas, sendo consideradas como produtos de oxidação dos carotenos (DAMODARAN; PARKIN; FENNEMA, 2010). O β-caroteno e o licopeno são exemplos de carotenos, enquanto a luteína e a β- criptoxantina são xantofilas (Figura 1). Figura 1. Estrutura de caroteno e xantofila. Fonte: Damodaran; Parkin; Fennema (2010). 33 A principal característica dos carotenoides é um sistema de ligações duplas conjugadas que permite a estes compostos absorver luz na região do visível e resulta no poder corante dos carotenoides. Pelo menos sete duplas ligações conjugadas são necessárias para que um carotenoide seja colorido e à medida que as duplas aumentam a cor também se intensifica, como o licopeno com 11 duplas e de coloração avermelhada. A estrutura de cadeia longa com duplas conjugadas também os torna muito suscetíveis à oxidação, daí a função de antioxidantes. Por outro lado, também são suscetíveis à isomerização levando à perda ou diminuição de sua cor e demais funções biológicas (SAINI; NILE; PARK, 2015). A maioria dos carotenoides existe na forma trans mais estável em comparação com a forma cis. A isomerização de trans para cis promovida pelo contato com ácidos, tratamento térmico e exposição à luz, diminui a cor e altera sua atividade biológica. A degradação dos carotenoides durante processamento e estocagem dos alimentos aumenta com a destruição da estrutura celular dos alimentos, aumento da área superficial ou porosidade, severidade das condições de processamento, tempo e temperatura de estocagem, exposição à luz e permeabilidade da embalagem ao oxigênio. Reduzindo o tempo e a temperatura de processamento e o tempo entre descascamento, corte e processamento tem-se uma melhora significativa da retenção (RODRIGUEZ-AMAYA, 2001). Alguns carotenoides são precursores da vitamina A e dentre eles estão: α-caroteno, γ- caroteno, criptoxantina e β-caroteno. Os carotenoides têm benefícios que vão além de precursores de vitamina A, como fortalecimento do sistema imunológico, manutenção da integridade dos tecidos epiteliais, no processo visual, no crescimento e reprodução (SAINI; NILE; PARK, 2015). Alguns fatores afetam a absorção de vitamina A pelo indivíduo, dentre eles encontram-se: o tipo e a quantidade de carotenoide ingerido na dieta, matriz na qual se encontra o carotenoide, presença de fatores inibidores ou facilitadores da absorção, estado nutricional do indivíduo e fatores genéticos. Outros fatores afetam a composição e o conteúdo de carotenoides nos alimentos, como variedade, estágio de maturação, clima, práticas agrícolas e condições de armazenamento (RODRIGUEZ-AMAYA, 2016). A degeneração macular é uma doença que acarreta cegueira e está relacionada à: idade, fatores genéticos, dieta e uso de cigarro. Estudos indicam que os carotenoides: luteína e zeaxantina protegem contra a perda visual. A luteína é encontrada em milho, vegetais verdes e várias frutas. Já a zeaxantina está presente em gema de ovo, caqui, pimentas alaranjadas, milho e também vegetais verdes. Um aumento na ingestão de luteína e zeaxantina aumentaria 34 a densidade óptica do pigmento macular e proporcionaria uma melhor proteção contra a foto- oxidação (BIAN et al., 2012). O licopeno não é precursor da vitamina A, mas revela-se com ação antioxidante. A oxidação do LDL é um mecanismo fundamental na iniciação da aterosclerose e o licopeno tem efeito protetor na progressão da doença cardiovascular, além de melhorar o fluxo sanguíneo e reduzir respostas inflamatórias (MULLER et al., 2015). O licopeno confere a cor vermelha aos tomates e produtos à base de tomate, bem como para a melancia e goiaba. Sua absorção é maior quando o tomate é processado em sucos, molhos, pastas ou ketchup, tornando-o mais biodisponível especialmente quando combinados com os lipídios (ROTELLI et al., 2015). Estudos in vitro, in vivo e clínicos têm revelado uma associação inversa entre o consumo alimentar de licopeno e o risco de câncer de próstata. Tem sido proposto que o licopeno tem efeito protetor por meio da redução da oxidação lipídica e da inibição da proliferação de células cancerosas (LEE; FOO, 2013). Erdman Jr., Ford e Lindshield (2009) relatam que há dados insuficientes para afirmar a atividade antioxidante in vivo do licopeno. Estes autores citam trabalhos em que o licopeno não teve efeito sobre o câncer de próstata e apontam que os resultados positivos podem ter sofrido influência de um grupo controle inadequado. Ressaltam ainda que nos estudos com tomate e seus derivados, talvez sejam outros compostos bioativos presentes no tomate ou a interação entre eles que resultem em efeitos benéficos. Entretanto, McEneny et al. (2013) realizaram experimento com indivíduos de meia- idade moderadamente acima do peso divididos em três grupos: controle, dieta rica em licopeno e suplementação com licopeno e afirmam que foi o licopeno, independentemente de outros constituintes presentes no tomate, o responsável pela proteção cardiovascular. O β-caroteno é um potente antioxidante com ação protetora contra doenças que se desenvolvem a partir do estresse oxidativo. É encontrado em frutas e vegetais, como acerola, damasco, abacaxi, pêssego, chicória, cenoura, coentro e abóbora (SAINI; NILE; PARK, 2015). Estudo realizado por Sluijs et al. (2015), mostrou que dietas com altos teores de α- e β- caroteno (aproximadamente 10 mg/dia) estão associadas com a redução de incidência de diabetes tipo 2 em homens e mulheres saudáveis. Por causa da ação antioxidante, estes carotenoides reduzem o estresse oxidativo que está relacionado ao desenvolvimento da diabetes. Kasperczyk et al. (2014) mostraram resultados que indicam uma redução do estresse oxidativo após a suplementação com β-caroteno em casos de intoxicação crônica com 35 chumbo. Este metal mesmo em pequenas quantidades é prejudicial e o mecanismo ligado à sua toxicidade está relacionado à indução do estresse oxidativo. No entanto, existem evidências da atividade pró-oxidante do β-caroteno e de outros carotenoides, tanto in vitro como in vivo, estando ligada a vários fatores, como alta pressão parcial de oxigênio, a alta concentração do carotenoide e a interação com outros antioxidantes (JOMOVA; VALKO, 2013). Vrolijk et al. (2015) ressaltam que a relação entre risco e benefício deve ser determinada para cada antioxidante e cada indivíduo, considerando-se também a dose. Este mesmo estudo cita o exemplo da suplementação com β-caroteno que foi associada ao aumento da incidência de câncer de pulmão em fumantes. Rutkowski e Grzegorczyk (2012) explicam que o β-caroteno é um antioxidante ativo em baixas pressões parciais de oxigênio que são encontradas, por exemplo, nos tecidos periféricos. No caso dos alvéolos pulmonares, a pressão é maior e o β-caroteno se torna instável, assim os produtos de oxidação deste carotenoide dão continuidade ao processo de oxidação. Além disso, a suplementação com β-caroteno faz com que sua ingestão seja maior que em concentrações encontradas na dieta causando efeitos adversos à saúde devido à alta concentração. 4.2 ÁCIDOS GRAXOS ESSENCIAIS Os ácidos graxos são compostos que contêm uma cadeia alifática e um grupo ácido carboxílico. A maioria dos ácidos graxos na natureza apresenta de 4 a 24 átomos de carbono. Os ácidos graxos saturados não possuem nenhuma dupla ligação entre os átomos de carbono, os insaturados são classificados como monoinsaturados (MUFAs) quando se tem apenas uma dupla ligação e poli-insaturados (PUFAs) quando contêm duas ou mais duplas ligações (DAMODARAN; PARKIN; FENNEMA, 2010). Os ácidos graxos saturados são conhecidos por elevarem o LDL, aumentarem a concentração de colesterol sanguíneo e o risco de doenças coronarianas. No entanto, a afirmação de que os ácidos graxos saturados são prejudiciais está sendo questionada, pois um grupo destes compostos não apresenta efeitos prejudiciais e até manifestam propriedades benéficas. Por exemplo, o ácido láurico aumenta a concentração de HDL e tem efeito favorável sobre a relação colesterol total/HDL. Outro exemplo é o ácido esteárico que não tem impacto negativo sobre os teores de colesterol (VANNICE; RASMUSSEN, 2014). 36 Em revisão sistemática e meta-análise realizada por Souza et al. (2015), não foi encontrada nenhuma associação clara entre maior ingestão de saturados e acidente vascular cerebral, diabetes tipo 2 e doença arterial coronariana. Também se discute o efeito de um alimento específico (exemplo: a carne bovina) no aumento de doenças cardiovasculares analisando apenas o seu perfil lipídico, pois este alimento apresenta outros componentes que talvez tenham influência sobre este aumento (ASTRUP et al., 2011). Alimentos com teores consideráveis de ácidos graxos saturados como a carne bovina quando preparada em altas temperaturas são induzidos à oxidação lipídica das pequenas quantidades de poli-insaturados presentes. Os produtos da oxidação lipídica são conhecidos por promoverem doenças do coração, câncer e outras doenças crônicas. Portanto, produtos da oxidação de monoinsaturados ou poli-insaturados e os conservantes das carnes processadas estão associados às doenças coronarianas (LAWRENCE, 2013). A avaliação dos resultados das pesquisas não deve estar limitada às concentrações de HDL, LDL, triglicérides e pressão arterial. Segundo Astrup et al. (2011), a relação colesterol total/ HDL é mais preditiva que apenas a concentração de LDL. Devem ser incluídos marcadores de inflamação e medidas da incidência de obesidade, diabetes e síndrome metabólica que são fatores de risco para as doenças cardiovasculares (DILDY, 2015). Os MUFAs da dieta humana ocorrem quase que exclusivamente na forma de ácido oleico e pesquisas apontam que a substituição de ácidos graxos saturados por monoinsaturados, diminuem as concentrações de LDL, de triglicérides e da relação colesterol total/HDL, enquanto aumenta o HDL (VANNICE; RASMUSSEN, 2014). De acordo com Astrup et al. (2011), não existem dados suficientes para afirmar que a substituição dos ácidos graxos saturados por monoinsaturados tem efeito sobre o risco de desenvolver doenças cardiovasculares. Para Schwingshackl e Hoffmann (2014), a explicação para os estudos inconclusivos deve-se às diferentes fontes de MUFA, como azeite de oliva, abacate, amendoim, produtos lácteos, carnes e derivados. Apenas o azeite de oliva está associado à redução de risco de doenças cardíacas, no entanto, o azeite não contém só lipídios, também tem polifenois que interferem no aparecimento dessas doenças assim como de câncer (LORGERIL; SALEN, 2012). Os PUFAs são divididos em dois grupos: ômega 3 e ômega 6. O grupo do ômega 3 é formado pelos ácidos graxos que apresentam a primeira dupla ligação localizada no carbono 3 a partir do radical metil (CH3). Já o grupo do ômega 6 é formado por ácidos graxos que 37 apresentam a primeira dupla ligação no sexto carbono da cadeia a partir do mesmo radical (Figura 2). Figura 2. Estrutura dos ácidos graxos: linoleico e α-linolênico. Fonte: Das (2006). Os principais ácidos graxos da família ômega 3 são: o α-linolênico (C18:3), o eicosapentanóico-EPA (C20:5) e o decosahexanóico-DHA (C22:6). Os ácidos graxos da família ômega 6 mais importantes são: o linoleico (C18:2) e o araquidônico (C20:4). São considerados essenciais os ácidos graxos: linoleico e α-linolênico. O ácido araquidônico já foi considerado essencial, mas hoje se sabe que ele é produzido a partir do ácido linoleico. Os ácidos graxos EPA e DHA são sintetizados nos seres humanos a partir do ácido α-linolênico (DAS, 2006). No entanto, apenas uma pequena porção de α-linolênico é convertida em EPA e DHA. É um processo limitado que sofre interferência de fatores como dieta, genética e estado de saúde (VANNICE; RASMUSSEN, 2014). Segundo Patterson et al. (2012), as concentrações protetoras de EPA e DHA não são obtidas apenas com o consumo de α-linolênico. O ácido linoleico está presente nos óleos vegetais como óleo de girassol, milho, soja, algodão, entre outros. O ácido α-linolênico é encontrado em quantidades apreciáveis em sementes oleaginosas como canola, soja e linhaça. EPA e DHA são encontrados em peixes e frutos do mar, embora o peixe não produza EPA e DHA, mas sim os organismos marinhos unicelulares que são comidos pelos peixes (VANNICE; RASMUSSEN, 2014). Os ácidos graxos essenciais são necessários para o crescimento e desenvolvimento do sistema nervoso central e para o funcionamento adequado do sistema cardiovascular. Além disso, estes ácidos graxos se incorporam às membranas celulares, combinando-se com fosfolipídios, tornando-se precursores de eicosanoides (prostaglandinas, tromboxanos e leucotrienos), que são um grupo de substâncias que participam da regulação da pressão 38 sanguínea, frequência cardíaca, dilatação vascular, coagulação sanguínea, lipólise, integridade das membranas celulares, resposta imunológica e sistema nervoso central. A ação destas substâncias no organismo é importante para a prevenção de doenças cardíacas uma vez que elas atuam inibindo a agregação das plaquetas junto às paredes dos vasos sanguíneos, evitando-se assim a trombose (DAS, 2006). O risco de doenças cardiovasculares diminui quando se substitui na alimentação os ácidos graxos saturados por poli-insaturados (ASTRUP et al., 2011; SOUZA et al., 2015). Entretanto, Lawrence (2013) cita estudos que apontam que uma grande abundância de PUFA em relação a saturados e monoinsaturados durante condições de estresse oxidativo pode provocar aterogênese, já que esses ácidos são mais suscetíveis à oxidação devido às insaturações. Os ácidos graxos ômega 3: DHA e EPA têm atividade anti-inflamatória e neuroprotetoras. O DHA é componente estrutural da membrana de glóbulos vermelhos e é encontrado em alta concentração no tecido da retina e nas células neurais. O EPA é precursor de prostaglandinas com funções vasodilatadoras e anti-agregadoras (VANNICE; RASMUSSEN, 2014). Vannice e Rasmussen (2014) observaram que existe uma relação inversa entre concentrações de ômega 3 no sangue e morte cardíaca súbita. Também citam estudos que apontam que o consumo de certos peixes e óleo de peixe reduz inflamação, melhora a função endotelial, reduz sintomas da artrite reumatoide, mas em altas doses limitam a agregação de plaquetas. E que dietas ricas em α-linolênico têm sido relacionadas à redução de inflamação vascular e redução da pressão sanguínea. O ácido graxo ômega 6 linoleico é parcialmente convertido em ácido araquidônico que por sua vez é precursor de prostaglandinas pró-inflamatórias, vasoconstritoras e que estimulam a agregação plaquetária (VANNICE; RASMUSSEN, 2014). Existe uma preocupação que o alto teor de linoleico possa contribuir para maiores quantidades de produtos metabólicos eicosanoides do ácido araquidônico, que se formados em grandes quantidades, favorecem a formação de trombos e ateromas e desordens inflamatórias e alérgicas, particularmente em pessoas suscetíveis. Inclusive alguns fármacos anti-inflamatórios eliminam a inflamação bloqueando a liberação de araquidônico e sua conversão em eicosanoides (LAWRENCE, 2013). Entretanto, o estudo de Vannice e Rasmussen (2014) relata que não foi encontrada correlação significativa entre o aumento da ingestão de linoleico e o aumento de araquidônico. 39 Os mediadores gerados pelo ácido araquidônico (ômega 6), EPA (ômega 3) e DHA (ômega 3) são importantes para regular a imunidade e as inflamações. Patterson et al. (2012) afirmam que o consumo de ômega 6 tem se tornado maior que o de ômega 3 e que o desequilíbrio na proporção de ômega 6: ômega 3 potencializa os processos inflamatórios e agrava doenças devido às diferentes funções dos eicosanoides derivados de cada grupo. Um balanço adequado na proporção de ômega 6: ômega 3 na dieta é muito importante, pois ômega 6 em altos teores promove inflamação, enquanto quantidades moderadas de ômega 3 atenuam as respostas inflamatórias. Uma ingestão ideal ômega 6: ômega 3 deve ser em torno de 1-4:1. Em alguns países, esta proporção está no intervalo de 10:1 a 20:1, coincidindo com aumentos na incidência de doenças que envolvem processos inflamatórios, tais como doenças cardiovasculares, obesidade, artrite reumatoide e câncer (PATTERSON et al., 2012). Existem muitos fatores relacionados à saúde além da proporção de insaturados e saturados, tais como a prática de exercícios físicos e a ingestão de mais fibras e menos açúcares (LAWRENCE, 2013). 4.3 TOCOFERÓIS Vitamina E é o termo genérico usado para os compostos lipossolúveis: tocoferóis e tocotrienóis. Estes compostos são constituídos por um anel fenólico e um heterocíclico, chamado de anel cromanol e também uma cadeia lateral ramificada com 16 carbonos saturados no caso do tocoferol ou com três duplas ligações quando tocotrienol. O número e posição de grupamentos metila no anel aromático diferenciam as formas: α, β, γ e δ (Figura 3) (DAMODARAN; PARKIN; FENNEMA, 2010). Figura 3. Estrutura do tocoferol. Fonte: Miyazawa; Nakagawa; Sookwong (2011). https://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwiGwZjxprHJAhUBqZAKHZzVDYEQjRwIBw&url=http://dx.doi.org/10.1590/s0100-40422006000400023&psig=AFQjCNErLcbCeKcEiFURzsv8XD-wjMqsbQ&ust=1448737753577883 40 Os tocotrienóis estão presentes em menores concentrações que os tocoferóis e são encontrados principalmente em farelo de arroz, óleo de palma, gérmen de trigo, aveia, centeio e cevada (FRANK et al., 2012). Os tocoferóis estão presentes em vários alimentos como óleos vegetais: de milho, de soja, de canola, bem como em castanhas. O α-tocoferol é predominante em amendoim, amêndoas e semente de girassol. O γ-tocoferol é a forma mais abundante em nozes, pistache e semente de gergelim. Boas fontes de δ-tocoferol são: semente de tomate, gérmen de arroz e óleo de soja (YANG et al., 2013; JIANG, 2014). Geralmente, óleos com altos teores de PUFA são boas fontes de γ-tocoferol e os óleos que tendem a ter mais MUFA do que PUFA são ricos em α-tocoferol (JIANG, 2014). O perfil de tocoferóis de um óleo vegetal é característica do genótipo da planta, mas também é influenciado pelo clima e solo, bem como as condições utilizadas para processar e armazenar o óleo (ELISIA et al., 2013). O α-tocoferol tem maior eficácia como vitamina E que os demais isômeros, por ser a forma mais abundante no sangue e nos tecidos não hepáticos. Independentemente disso, todas as formas de vitamina E são capazes de induzir efeitos antioxidantes e atuar como agentes de proteção contra a peroxidação lipídica em alimentos e membranas biológicas (MIYAZAWA; NAKAGAWA; SOOKWONG, 2011). Segundo Elisia et al. (2013) existem resultados contraditórios na literatura sobre as funções dos diferentes isômeros na estabilidade dos lípidios dos óleos vegetais. Esses resultados são influenciados pela fonte de lipídios, composição de tocoferóis e também pelos métodos de análise da oxidação lipídica. No caso do óleo de peixe, a atividade antioxidante segue a ordem: δ > γ > α-tocoferol, já no óleo de soja, a ordem seria: α > γ > δ-tocoferol. A estabilidade de um antioxidante ao calor é uma vantagem na indústria, pois muitos alimentos contendo lipídios são aquecidos durante o processamento, e o calor é, muitas vezes, o iniciador da oxidação lipídica. Na temperatura de 80°C, a atividade antioxidante do γ- tocoferol é duas vezes a do α-tocoferol; no entanto, seu efeito diminui à medida que se aumenta a temperatura de 80°C a 150°C, enquanto a atividade antioxidante de α-tocoferol permanece razoavelmente constante entre 80°C e 110°C, diminuindo apenas em temperaturas superiores a 110°C (BREWER, 2011). As funções fisiológicas da vitamina E compreendem: a estimulação de fertilidade (incluindo a prevenção de abortos espontâneos), participação na biossíntese de colágeno (importante para a estrutura adequada dos músculos e paredes dos vasos sanguíneos) e a ativação do sistema imunológico (RUTKOWSKI; GRZEGORCZYK, 2012). 41 Entre os quatro tocoferóis, o γ-tocoferol tem provado possuir atividade anti- inflamatória in vivo, reduzindo danos oxidativos ao DNA, sendo o α-tocoferol menos eficaz neste sentido (SHEN; JI, 2012). Justamente pelo α-tocoferol ser a forma mais presente no sangue e tecidos, muitos estudos são realizados com suplementos que contêm este isômero na forma de acetato, no entanto, os resultados não têm sido satisfatórios, como no caso do câncer de próstata. Indivíduos que receberam a suplementação apresentaram risco de desenvolver câncer de próstata, o que pode ser explicado pelo fato de que o α-tocoferol do suplemento diminuiu a concentração de γ-tocoferol no plasma. Como se tem sugerido que o isômero γ- tem forte ação anti-inflamatória, sua redução em concentrações teciduais e sanguíneas contribui em parte para o aumento do risco de câncer (YANG et al., 2013). Yang et al. (2013) realizaram experimento com modelos animais e demonstraram a maior atividade preventiva do δ-tocoferol ao câncer de cólon em comparação ao γ-tocoferol e a ineficácia do α-tocoferol. Estes mesmos autores relatam as ações dos isômeros γ- e δ- ao diminuírem a proliferação das células de tumores mamários, a qual o α-tocoferol não teve efeito. É proposto por Yang et al. (2013) que a nível nutricional todas as formas de tocoferóis previnem o câncer, pois a ingestão de alimentos com estes compostos e suas concentrações no plasma estão inversamente relacionados com o risco de câncer. Em concentrações maiores do que encontrados nos alimentos, o α-tocoferol já não tem este efeito. Isso é demonstrado por experimentos realizados por estes autores ou mesmo citados por eles. Os isômeros δ- e γ- apresentaram ações preventivas ao câncer em experimentos com animais e humanos e altas concentrações de α-tocoferol (acima de 400 UI) diminuíram esses efeitos ao competirem pela ligação com proteínas que são importantes para a prevenção do câncer. Quando usada em doses elevadas (acima de 300 mg/dia), a suplementação com α- tocoferol resulta na diminuição da coagulação do sangue, interfere no armazenamento de vitamina A no corpo, limita a absorção de γ-tocoferol, além de se tornar pró-oxidante (RUTKOWSKI; GRZEGORCZYK, 2012). Estudos dos efeitos das diferentes formas do tocoferol sobre as doenças desencadeadas por estresse oxidativo mostram resultados contraditórios: efeitos benéficos, efeitos limitados, nenhum benefício e até mesmo possíveis danos. Essas contradições podem ser explicadas em parte pela seleção inadequada de indivíduos devido ao estado nutricional de vitamina E ou à presença de lesões já avançadas, também pela dosagem ou forma química da vitamina E administrada. Os melhores resultados foram obtidos com uma mistura das diferentes 42 isoformas dos tocoferóis incluindo os tocotrienóis, reduzindo danos no DNA, restaurando a resposta inflamatória e protegendo as células do sistema imunológico (MOCCHEGIANI et al., 2014). Desta forma, a ingestão de alimentos com as diferentes formas de vitamina E é mais benéfica que o uso de suplementos, pois os suplementos apresentam uma alta concentração e contêm apenas a forma sintética do α-tocoferol, enquanto na dieta tem-se uma mistura de isômeros (SHEN; JI, 2012). Os suplementos apresentam benefícios em relação às doenças crônicas quando estas são resultado de um organismo com baixas concentrações de antioxidantes. Quando o indivíduo já se encontra com estado nutricional adequado, a suplementação provavelmente não trará benefícios. Também é importante notar que o efeito benéfico da vitamina E é conseguido em longo prazo (TRABER; STEVENS, 2011; JIANG, 2014). 43 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS No Estado do Maranhão, o índice de insegurança alimentar é alto e especula-se que esteja associado à baixa renda da população, dificultando uma alimentação de boa qualidade e diversificada com a presença de frutas, verduras e carnes. Considerando que a população de baixa renda tem alimentação deficiente em nutrientes e que não tem acesso a alimentos fortificados ou suplementos alimentícios, surgiram pesquisas com biofortificação de alimentos. Incentivar o cultivo de alimentos biofortificados em sistemas de plantio produtivos pode ser uma das formas de aumentar a segurança alimentar daqueles que praticam a agricultura familiar. Existe uma parcela considerável da população maranhense composta por pequenos agricultores que praticam agricultura ineficiente em um solo considerado de baixa fertilidade. Para melhorar as condições de cultivo de alimentos indica-se o sistema de plantio em aleias. Como é de conhecimento geral que a composição de alimentos está relacionada a questões ambientais, como clima e solo, faz-se necessário estudar as melhores condições de plantio dos alimentos biofortificados e como as alterações na fertilidade do solo influenciam na composição química destes alimentos. 44 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AGUIAR, A. C. F.; AMORIM, A. P.; COÊLHO, K. P.; MOURA, E. G. Environmental and agricultural benefits of a management system designed for sandy loam soils of the humid tropics. Revista Brasileira de Ciência do Solo, Campinas, v. 33, p. 1473-1480, 2009. AGUIAR, A. C. F.; BICUDO, S. J.; COSTA SOBRINHO, J. R. S.; MARTINS, A. L. S.; COELHO, K. P.; MOURA, E. G. 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