Cheese whey wastewater-derived Chlorella biomass promotes growth and β-galactosidase activity of Pediococcus sp. isolated from Gundurk

No mundo da produção de alimentos, o desperdício é frequentemente um subproduto inevitável, mas para os cientistas, ele pode ser um recurso oculto. Um desses subprodutos é o soro do queijo, o líquido restante após o leite ser transformado em queijo. Embora seja rico em nutrientes como açúcar e proteína, esse líquido é difícil de descartar porque pode esgotar o oxigênio nos cursos de água se for liberado sem tratamento. Para resolver isso, os pesquisadores recorrem aos pequenos recicladores da natureza: as microalgas. Estas são organismos microscópicos, semelhantes a plantas, que utilizam a luz solar para crescer, mas também podem se alimentar dos nutrientes orgânicos encontrados em fluxos de resíduos. Quando essas algas crescem, elas transformam o desperdício em uma biomassa sólida e densa em nutrientes. Esta biomassa não é apenas tratamento de resíduos; é um potencial ingrediente alimentar repleto de proteínas e gorduras. Do outro lado da equação estão as bactérias do ácido láctico, as trabalhadoras por trás de alimentos fermentados como iogurte e chucrute. Essas bactérias são essenciais para a saúde humana e preservação de alimentos, mas requerem condições específicas para prosperar e produzir enzimas benéficas. A questão que impulsionou esta pesquisa foi se as algas cultivadas no desperdício poderiam realmente ajudar essas bactérias a desempenharem melhor o seu trabalho, criando um ciclo onde o desperdice se torna uma ferramenta para fazer alimentos mais saudáveis.

Uma equipe de pesquisadores do Instituto de Pesquisa em Biosciência e Biotecnologia no Nepal estabeleceu-se para testar essa ideia usando dois tipos específicos de microrganismos locais. Primeiro, eles coletaram água de um lago de água doce em Banepa para encontrar uma linhagem selvagem de Chlorella, um tipo comum de microalga verde. Eles também coletaram amostras de Gundurk, um prato de vegetais fermentados tradicional feito de folhas de mostarda, para isolar uma linhagem específica de bactéria do ácido láctico chamada Pediococcus. Os pesquisadores então criaram dois ambientes diferentes para o crescimento das algas. Um era uma solução nutritiva padrão de laboratório, e o outro era uma mistura de águas residuais de soro de queijo e água. Eles permitiram que as algas crescessem durante oito dias em ambos os ambientes. Os resultados mostraram que as algas cresceram tão bem no soro do queijo quanto no padrão de solução de laboratório. Na verdade, ao final do experimento, as algas no soro do queijo produziram um número ligeiramente maior de células, atingindo uma densidade de 17,3 milhões de células por mililitro, comparado a 15,9 milhões na solução padrão. Mais importante ainda, as algas cultivadas no resíduo produziram significativamente mais material sólido, rendendo 1,40 gramas de biomassa seca por litro, enquanto a solução padrão produziu apenas 0,30 gramas.

Os pesquisadores então examinaram o que havia dentro das células das algas para ver se o resíduo alterava sua composição. Usando uma técnica que mede como a luz rebate nas moléculas, descobriram que as algas cultivadas em soro do queijo tinham uma composição química diferente das cultivadas em laboratório. Especificamente, as algas cultivadas no resíduo continham mais lipídios, que são gorduras e óleos, enquanto as algas cultivadas em laboratório pareciam ter uma assinatura proteica mais forte. Isso sugere que os nutrientes no soro do queijo, como a lactose e outros compostos orgânicos, impulsionaram as algas a armazenar mais energia na forma de gorduras. A equipe então pegou essa biomassa de alga seca e a adicionou ao meio alimentar para as bactérias Pediococcus. Eles queriam ver se alimentar as bactérias com esta alga ajudaria essas a crescer mais rápido ou trabalhar mais arduamente. Os resultados foram claros: adicionar a biomassa de alga ajudou as bactérias a se multiplicarem mais rapidamente durante sua fase de crescimento ativo. As bactérias cresceram significativamente melhor na presença da alga do que sem ela, particularmente após 18 a 24 horas de crescimento.

Além de apenas ajudar o crescimento das bactérias, as algas também impulsionaram uma função específica que é altamente valiosa para a saúde humana: a capacidade de quebrar a lactose. As bactérias Pediococcus produzem naturalmente uma enzima chamada beta-galactosidase, que ajuda a digerir o açúcar encontrado no leite. Isso é crucial porque uma grande parte da população adulta não consegue digerir a lactose adequadamente. Quando os pesquisadores mediram a atividade dessa enzima, descobriram que as bactérias alimentadas com algas produziram muito mais dela do que aquelas em uma dieta padrão. As bactérias alimentadas com algas cultivadas no soro do queijo produziram um nível de atividade enzimática de 49,33 unidades, enquanto aquelas alimentadas com as algas cultivadas no soro do queijo produziram 38,82 unidades. Ambos os números foram significativamente superiores às 18,34 unidades produzidas pelo grupo de controle sem algas. Isso indica que a biomassa de alga atua como um poderoso impulsionador para o desempenho enzimático das bactérias, mesmo que as algas cultivadas no resíduo tenham produzido um pouco menos de atividade enzimática do que as cultivadas em laboratório.

O estudo conclui que esta abordagem oferece um benefício duplo para o meio ambiente e para a ciência dos alimentos. Ao usar o soro do queijo para cultivar algas, os pesquisadores demonstraram uma maneira de limpar um fluxo de resíduos problemático enquanto simultaneamente criam uma biomassa de alto valor. Esta biomassa, por sua vez, serve como um aditivo alimentar funcional que melhora o desempenho de bactérias benéficas. As descobertas sugerem que microrganismos selvagens de ambientes locais, como lagos de água doce e alimentos fermentados tradicionais, podem ser combinados em um sistema unificado. Este sistema não apenas recupera nutrientes de resíduos lácteos, mas também gera um produto que pode melhorar a qualidade dos alimentos fermentados e potencialmente auxiliar na digestão de laticínios para aqueles que são intolerantes à lactose. Embora o processo tenha mostrado que as algas cultivadas no resíduo tiveram um efeito ligeiramente diferente na produção de enzimas em comparação com as cultivadas em laboratório, o resultado geral confirma que a biomassa derivada de resíduos é uma ferramenta viável e eficaz para apoiar o crescimento e a função de bactérias benéficas.