Vitamina B12, cunoscută și sub numele de cobalamină, este o clasă de corinoizi care conțin un ion de cobalt în mijlocul inelului și doi liganzi axiali, liganzii inferior și superior, care sunt coordonați de ionul de cobalt [1]. Ligandul inferior al vitaminei B12 active este 5,6-dimetilbenzimidazolul (DMBI) și este critic pentru absorbția B12 la om, deoarece permite vitaminei să se lege de factorul intrinsec selectiv. Doar câteva bacterii produc vitamina B12, în timp ce principala sursă alimentară este de origine animală incluzand alimente precum laptele, carnea, ouăle și peștele [2]. Anemia megaloblastică, tulburările cognitive, pierderea memoriei, stupoarea și psihoza sunt toate simptome ale deficienței de vitamina B12 [3]. Deficitul subclinic de vitamina B12 este frecvent, în special în rândul persoanelor care mănâncă carne doar ocazional [4,5]. Malabsorbția și aportul insuficient sunt cele două cauze principale ale insuficienței vitaminei B12 [6]. În plus, tendința actuală în creștere de a înlocui alimentele de origine animală cu alimente de origine vegetală au ca rezultat o reducere a aportului alimentar global de vitamina B12 [7], în timp ce produsele alimentare pe bază de plante fortificate cu vitamina B12 sunt limitate, deoarece această direcție de cercetare este înca in stadiu timpuriu. Mai mult de jumătate dintre vegani au deficit de vitamina B12, iar acestia pot fi în continuare expusi riscului de insuficiență chiar dacă iau suplimente [8]. Deficitul de vitamina B12 este frecvent în rândul vegetarienilor, în special în rândul vârstnicilor (până la 90%), femeilor însărcinate (până la 62%) și copiilor (până la 86%) [9]. Potrivit Institutului Național de Sănătate, adulții ar trebui să consume 2,4 g de vitamina B12 în fiecare zi [10]. Prin urmare, din punct de vedere social, producerea de alimente vegetale fortificate in vitamina B12 devine din ce în ce mai importantă, iar fermentația este, de departe, cel mai atractiv domeniu de explorare.
Deoarece sinteza chimică a vitaminei B12 este excesiv de complicată și costisitoare [11], cea industrială utilizată pentru fortificare/suplimente alimentare este produsă exclusiv printr-un proces biotehnologic, insa limitările procesului din aval (extracție, purificare, cristalizarea etc.) precum costuri ridicate, consumatoare de timp și neprietenoase cu mediul, impun gasirea de alternative eco-sustenabile.
Prin urmare, din punct de vedere economic, fortificarea in situ prin fermentatie (producția directă de vitamina B12 în matricele alimentare de către microorganismele de calitate alimentară) reprezinta o alternativă rentabilă, excluzând etapa de purificare/izolare și procesul suplimentar de adăugare a vitaminei în produsele alimentare. În timpul fermentației, sunt introduse beneficii suplimentare, precum termen de valabilitate crescut și o aromă îmbunătățită.
Cerealele reprezinta alimentul de bază cel mai consumat de pe planetă, ceea ce le face vehiculele ideale pentru alimente fortificate. În industria de prelucrare a cerealelor, rata risipei este de 30% (286 milioane de tone) [12], reprezentate în principal de tărâţe. Acestea sunt abundente în compuși valoroși (de exemplu, fibre alimentare, minerale, vitamine [riboflavină], polifenoli sau fitosteroli), cu un impact benefic asupra sănătății [13]. Propionibacterium freudenreichii și Pseudomonas denitrificans sunt bacteriile cel mai frecvent utilizate în producția industrială de vitamina B12 [11]. Acumularea intracelulară a vitaminei B12 în P.freudenreichii în timpul fermentației poate fi explicată prin faptul că în calea de la piruvat spre propionat, enzima originală a bacteriilor acidului propionic, metilmalonil-CoA mutaza, necesită vitamina B12 ca cofactor pentru izomerizarea succinil-CoA la metilmalonil-CoA [19]. Mai recent, enzima de fuziune BluB/CobT2 din P. freudenreichii a fost confirmată a fi responsabilă pentru sinteza DMBI din mononucleotida redusă de flavină (derivată din riboflavină) și activarea acesteia în nucleotidă gata pentru atașare ca ligand inferior al B12 activ [20]. În industria farmaceutică, DMBI este adăugat la fermentațiile bacteriene pentru a crește randamentele de B12 [11]. În fortificațiile naturale, acest proces nu este posibil. Pentru a stimula producția de B12, DMBI ar trebui să fie înlocuit cu substanțe chimice de calitate alimentară (de exemplu, riboflavină) sau componente alimentare care conțin aceste vitamine.
Prin urmare, inovațiile propuse de actualul proiect implică utilizarea Propionibacterium freudenreichii ca singura tulpină alimentară capabilă să sintetizeze DMBI pornind de la riboflavina prezentă în mod natural în tărâțele de grâu și de ovăz pentru a produce forma activa de vitamina B12 în condiții de fermentație în stare solidă și pentru a livra potențialul neexploatat anterior in ceea ce priveste fortificarea naturală a alimentelor cu vitamina B12, valorificând și oferind în același timp o abordare eco-durabilă pentru subprodusele din industria cerealiera.
Originalitatea și elementele de inovație ale proiectului actual acoperă cunoștințele precum
biofortificarea vitaminei B12 active în subprodusele cerealelor, optimizarea procesului biotehnologic pentru producția de vitamina B12 în condiții SSF pe substrat de tărâțe de grâu și ovăz, si noua abordare eco-sustenabilă de livrare a vitaminei B12 in alimentatie prin produse de origine vegetala.
Rezultatele B12 vor influența semnificativ domeniile științific și tehnologic prin noul concept de fortificare in situ a vitaminei B12 activa in subprodusele cerealiere utilizand P. freudenreichii, microorganism de calitate alimentară, intr-o fermentatie pe substrat solid, si excluzând etapa de purificare (atât de costisitoare, consumatoare de timp și neprietenoasă cu mediul) și adăugare ulterioară în produsele alimentare. B12 va oferi cadrul pentru o mai bună înțelegere și îmbunătățire a fermentatiei in situ pentru obtinerea de produse alimentare vegetale fortificate cu vitamina B12.
Referinte:
1. Combs, G.F.; McClung, J.P. Chapter 18 – Vitamin B12. In The Vitamins (Fifth Edition); Combs, G.F., McClung, J.P., Eds.; Academic Press, 2017; pp. 431–452 ISBN 978-0-12-802965-7
2. Martens, J.-H.; Barg, H.; Warren, M.; Jahn, D. Microbial Production of Vitamin B12. Appl Microbiol Biotechnol 2002, 58, 275–285, doi:10.1007/s00253-001-0902-7.
3. Hunt, A.; Harrington, D.; Robinson, S. Vitamin B12 Deficiency. BMJ 2014, 349, g5226, doi:10.1136/bmj.g5226.
4. Green, R.; Allen, L.H.; Bjørke-Monsen, A.-L.; Brito, A.; Guéant, J.-L.; Miller, J.W.; Molloy, A.M.; Nexo, E.; Stabler, S.; Toh, B.-H.; et al. Vitamin B 12 Deficiency. Nat Rev Dis Primers 2017, 3, 1–20, doi:10.1038/nrdp.2017.40.
5. Smith, A.D.; Warren, M.J.; Refsum, H. Chapter Six – Vitamin B12. In Advances in Food and Nutrition Research; Eskin, N.A.M., Ed.; New Research and Developments of Water-Soluble Vitamins; Academic Press, 2018; Vol. 83, pp. 215–279.
6. Allen, L.H. How Common Is Vitamin B-12 Deficiency? The American Journal of Clinical Nutrition 2009, 89, 693S-696S, doi:10.3945/ajcn.2008.26947A.
7. Päivärinta, E.; Itkonen, S.T.; Pellinen, T.; Lehtovirta, M.; Erkkola, M.; Pajari, A.-M. Replacing Animal-Based Proteins with Plant-Based Proteins Changes the Composition of a Whole Nordic Diet—A Randomised Clinical Trial in Healthy Finnish Adults. Nutrients 2020, 12, 943, doi:10.3390/nu12040943.
8. Rizzo, G.; Laganà, A.S.; Rapisarda, A.M.C.; La Ferrera, G.M.G.; Buscema, M.; Rossetti, P.; Nigro, A.; Muscia, V.; Valenti, G.; Sapia, F.; et al. Vitamin B12 among Vegetarians: Status, Assessment and Supplementation. Nutrients 2016, 8, 767, doi:10.3390/nu8120767.
9. Pawlak, R.; Parrott, S.J.; Raj, S.; Cullum-Dugan, D.; Lucus, D. How Prevalent Is Vitamin B(12) Deficiency among Vegetarians? Nutr Rev 2013, 71, 110–117, doi:10.1111/nure.12001.
10. Office of Dietary Supplements – Vitamin B12 Available online: https://ods.od.nih.gov/factsheets/VitaminB12-HealthProfessional/ (accessed on 5 July 2021).
11. Balabanova, L.; Averianova, L.; Marchenok, M.; Son, O.; Tekutyeva, L. Microbial and Genetic Resources for Cobalamin (Vitamin B12) Biosynthesis: From Ecosystems to Industrial Biotechnology. International Journal of Molecular Sciences 2021, 22, 4522, doi:10.3390/ijms22094522.
Fii primul care evalueaza proiectul.