aula 7
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BiotecnologiaIndustrial e Alimentar
2008/2009
Transformações por
Catálise Enzimática
Teóricas:
Clélia Neves Afonso [[email protected])
Biotecnologia Industrial e Alimentar As transformações biotecnológicas dos alimentos podem
dividir-se em 3 grupos:
� Transformações por catálise microbiana (requer
microrganismos viáveis)
� Transformações por catálise enzimática (a qual requer a
intervenção de enzimas produzidas por organismos vivos)
� Transformação genética (implica alterações deliberadas
dos ácidos nucleicos das células do próprio alimento ou de
microrganismos a adicionar ao alimento)
Biotecnologia dos Alimentos
Biotecnologia Industrial e Alimentar
Outras utilizações de microrganismos na industria alimentar
Para além de intervirem nas fermentações vários microrganismos
podem ser utilizados como fonte de enzimas ou outros compostos que
servem como ADITIVOS ALIMENTARES.
Estes aditivos são substâncias químicas estranhas a um alimento (não
fazem parte dos ingredientes base) e cuja adição tem como finalidade
melhorar as qualidades organolépticas, o aspecto ou o período de
conservação.
Biotecnologia dos Alimentos
Biotecnologia Industrial e Alimentar
Outras utilizações de microrganismos na industria alimentar
Até há alguns anos a maioria dos aditivos era derivada de síntese
química a partir de subprodutos petrolíferos – os receios dos
consumidores forçaram os industriais a procurar alternativas de
aditivos naturais produzidos por organismos vivos (nomeadamente
microrganismos).
Biotecnologia dos Alimentos
Biotecnologia Industrial e Alimentar
Biotecnologia dos Alimentos
Biotecnologia Industrial e Alimentar
Biotecnologia dos Alimentos
Biotecnologia Industrial e Alimentar
As ENZIMAS são proteínas que catalisam reacções químicas sem
alterar o eventual estado de equilíbrio da reacção e sem sofrer
modificações químicas permanentes na escala de tempo
característica dessa reacção.
As enzimas podem ser classificadas de acordo com o tipo de
reacção que catalisam, havendo seis classes oficialmente aceites:
Oxidoredutases (oxigenações e hidrogenações)
Transferases (transferência de grupos químicos)
Hidrolases (hidrólises C-C, C-O, C-N, constituem 75% das 75% das
enzimas utilizadas pela industria alimentarenzimas utilizadas pela industria alimentar)
Ligases (ligações com quebra de ATP)
Isomerases (isomerizações)
Liases (formação de ligações duplas)
Biotecnologia dos Alimentos
Biotecnologia Industrial e Alimentar
A média europeia de consumo semanal de alimentos ronda
os 11 kg.
As enzimas ou seja as proteínas que permitem que os processos
bioquímicos que ocorrem nos seres vivos se desenvolvam, estão
presentes em todas as matérias primas alimentares. A utilização
de enzimas puras na preparação de alimentos pode trazer
incrementos a nível de sabor, textura ou digestibilidade.
Hoje em dia, as enzimas são amplamente utilizadas na industria
alimentar de panificação, fabrico de queijos, processamento de
amido e produção de sumos de fruta e outras bebidas. Os
objectivos da sua utilização relacionam-se com melhoria de
textura, aparência e valor nutricional, mas também podem
originar sabores e aromas desejáveis.
Biotecnologia dos Alimentos
Biotecnologia Industrial e Alimentar As enzimas utilizadas para o processamento de alimentos podem
ser derivadas de plantas ou animais (ex. a amilase, enzima que
degrada amido pode ser obtida de sementes de cevada em
germinação), no entanto a maioria deriva de microrganismos.
A escolha da fonte enzimática está relacionada com a sua
disponibilidade (por exemplo muitas enzimas só se encontram em
células animais), a sua aplicabilidade (por exemplo, enzimas
resistentes a temperaturas elevadas), o seu custo (derivado, por
exemplo, da morosidade do processo ou fraco rendimento da
extracção) e as leis de mercado (procura de determinados
produtos).
Biotecnologia dos Alimentos
Biotecnologia Industrial e Alimentar Os microrganismos mais utilizados como fontes de enzimas são dos
géneros Bacillus, Aspergillus, Streptomyces e Kluyveromyces.
No entanto, com o desenvolvimento da engenharia genética,
muitas enzimas são produzidas por via recombinante, usando
como hospedeiros microrganismos.
A vantagens da utilização de microrganismos relacionam-se com:
Facilidade de scale-up do processo produtivo
Tempo de duplicação celular reduzido
Biotecnologia dos Alimentos
Biotecnologia Industrial e Alimentar
Estes organismos crescem em larga escala em fermentadores que
podem ir até aos 150 000 litros de capacidade.
Tal como noutros componentes da cadeia de produção alimentar,
também aqui se devem observar regras estritas de higiene.
No final da fermentação obtém-se uma mistura que inclui não só
as enzimas, mas também nutrientes e os microrganismos.
A enzima é regra geral extraída e purificada por filtração
sequencial.
Em processos alimentares apenas são legalmente permitidos
microrganismos certificados como inocúos para a saúde humana.
Biotecnologia dos Alimentos
Biotecnologia Industrial e Alimentar
A utilização de enzimas durante a produção de alimentos tem uma
série de VANTAGENS:
• Fornecem uma alternativa aos processos tradicionais de
tecnologia química e podem em muitos processos substituir os
compostos químicos de síntese; este facto permite melhorar a
performance ambiental de muitos processos produtivos através da
redução do consumo energético e bio-degradação dos resíduos
(não recorrem a temperaturas elevadas, pH extremo ou pressão
elevada)
• Permitem a uniformização das matérias primas de fontes
diversas, as quais são obtidas em localizações diferentes e sob
condições climatéricas não uniformes
Biotecnologia dos Alimentos
Biotecnologia Industrial e Alimentar
• Possuem um modo de acção mais específico que os compostos de
síntese; consequentemente ocorrem menos reacções secundárias
e menor formação de subprodutos, o que origina um produto final
de qualidade superior e menor impacto ambiental.
• Realizam alguns processos para os quais não existem alternativas
tecnológicas, um exemplo é a clarificação de sumo de maça
concentrado utilizando pectinase.
• Podem ser produzidas em larga escala e sem variação na
qualidade final ou seja de forma uniforme
• Aceleram o processo produtivo sem alterar significativamente a
qualidade final do produto
Biotecnologia dos Alimentos
Biotecnologia Industrial e Alimentar
Desde o inicio da década de 80 que as companhias que produzem
enzimas de aplicação industrial recorrem a técnicas de engenharia
genética com o objectivo de:
aumentar a eficiência do processo produtivo
aumentar a qualidade dos produtos já existentes
desenvolver novos produtos
Os benefícios parecem ser evidentes quer para o produtor quer
para o consumidor.
No entanto, o progresso nesta área tem vindo a ser travado devido
ao debate sobre outras aplicação da biotecnologia em áreas
controversas como seja a modificação genética de animais.
Biotecnologia dos Alimentos
Biotecnologia Industrial e Alimentar
A biotecnologia permitiu e permite uma série de avanços na
tecnologia de produção enzimática:
Aumentos na produtividade e eficiência dos processos
produtivos já existentes. Ao utilizar enzimas derivadas de
organismos geneticamente modificados reduz-se a quantidade de
matéria prima consumida, assim como a água e energia até 50%,
quando comparado com a utilização de estirpes tradicionais.
As companhias fabricantes conseguem modelar as enzimas de
forma a ir ao encontro das exigências do consumidor.
Biotecnologia dos Alimentos
Biotecnologia Industrial e Alimentar
A biotecnologia permitiu e permite uma série de avanços na
tecnologia de produção enzimática:
Os fabricantes podem fornecer enzimas em quantidades
suficientemente grandes, fornecendo ao consumidor o acesso a
uma larga gama de produtos, como por exemplo os produtos
baseados na amilase que permitem que o pão se mantenha fresco
durante mais tempo
Biotecnologia dos Alimentos
Biotecnologia Industrial e Alimentar Breve História das Enzimas
800 BC
Estômagos de vitelo e consequentemente a sua enzima quimosina
(chymosin) foram utilizados no fabrico de queijos.
1878
Os componentes de levedura causadores do processos fermentativo
foram identificados e o termo “enzima” utilizado pela primeira vez.
1926
Demonstrado que as enzimas são proteínas.
1980s
As preparações enzimáticas foram desenvolvidas com o objectivo de
aumentar a digestibilidade e disponibilidade de nutrientes em
alimentos para animais.
Biotecnologia dos Alimentos
Biotecnologia Industrial e Alimentar Breve História das Enzimas
1982
Um produto da engenharia genética, uma alfa-amilase, foi utilizada
pela primeira vez num produto .
1988
A quimosina recombinante foi autorizada e introduzida no processo
produtivo de queijos na Suiça, marcando o inicio da autorização para
a utilização de ferramentas genéticas nos processos enzimáticos da
industria alimentar.
1990
A tecnologia de engenharia genética foi utilizada na melhoria de
processos de produção alimentar: uma enzima utilizada no fabrico de
queijo (USA) e uma enzima utilizada na industria de panificação (UK).
Biotecnologia dos Alimentos
Biotecnologia Industrial e Alimentar Enzimas e reacções alérgicas
Até à data não se registaram quaisquer tipos de alergias alimentares
devidas à presença de resíduos enzimáticos nos alimentos.
Aparentemente os reduzidos níveis enzimáticos presentes nos
alimentos tornam altamente improvável a ocorrência de reacções
alérgicas.
No entanto, como acontece com outras proteínas a reacção alérgica
pode surgir se o individuo for exposto a níveis elevados do composto.
Por esta razão, as companhias que fazem a produção destas enzimas
têm adoptado métodos de produção em líquido, grânulos, cápsulas
ou na forma imobilizada de modo e reduzir a exposição dos
trabalhadores.
Biotecnologia dos Alimentos
Biotecnologia Industrial e Alimentar
Controlo das Reacções Enzimáticas
Os parâmetros processuais mais comuns que influenciam a
actividade enzimática são:
Inibidores
pH
Temperatura
Biotecnologia dos Alimentos
Biotecnologia Industrial e Alimentar Inibidores
Qualquer agente químico cuja presença reduza a actividade de
uma enzima é denominado INIBIDOR
Esta redução de actividade pode ocorrer:
Por alteração da permeabilidade da célula facilitando o
mecanismo de transporte
Por interferência na formação de compostos altamente
energéticos (ex. ATP)
Por interacção com as reacções de síntese que envolvem a
formação de constituintes celulares
Por intervenção ao nível do DNA, RNA ou ribossomas, afectando
a biossíntese da enzima
Por inibição competitiva ou não-competitiva
Biotecnologia dos Alimentos
Biotecnologia Industrial e Alimentar pH
As enzimas, como proteínas que são, possuem no seus
aminoácidos grupos laterais básicos ou acídicos os quais para um
dado pH estão negativa ou positivamente carregados.
Alguns destes grupos ionizáveis afectam a capacidade catalítica da
enzima, ou porque fazem parte do sítio activo, ou porque
interferem com a arquitectura tridimensional deste, pelo que cada
enzima apresenta um pH óptimo de funcionamento.
À medida que o pH se afasta deste valor, a actividade da enzima
diminui, podendo no extremo ocorrer desnaturação ou seja
destruição da estrutura.
Biotecnologia dos Alimentos
Biotecnologia Industrial e Alimentar Temperatura
A actividade enzimática é máxima para uma temperatura
específica, ficando reduzida quando a temperatura se afasta desse
óptimo, ocorrendo em casos extremos a desnaturação da proteína.
As mudanças de temperatura afectam as reacções enzimáticas
alterando:
• a estabilidade da enzima• o pH da solução tampão• a afinidade entre a enzima e os inibidores• a taxa de ocorrência de reacções competitivas• a ionização de grupos do sistema• a afinidade entre enzima e substrato• a velocidade de quebra do complexo enzima-substrato• o grau de associação entre domínios, no caso de proteínas oligoméricas
Biotecnologia dos Alimentos
Biotecnologia Industrial e Alimentar
Biotecnologia dos Alimentos
Biotecnologia Industrial e Alimentar
Biotecnologia dos Alimentos
Biotecnologia Industrial e Alimentar Industria de lacticínios
Enzimas de origem Animal
Enzimas de origem Vegetal
Utilização de Enzimas na Produção de Alimentos
AplicaAplicaAplicaAplicaççççãoãoãoãoEnzimaEnzimaEnzimaEnzimaFonteFonteFonteFonte
Estômagos deEstômagos deEstômagos deEstômagos deruminantesruminantesruminantesruminantes
PâncreasPâncreasPâncreasPâncreas Desenvolvimento de sabor em produtos Desenvolvimento de sabor em produtos Desenvolvimento de sabor em produtos Desenvolvimento de sabor em produtos lllláááácteoscteoscteoscteos
LipaseLipaseLipaseLipase
Fabrico de queijoFabrico de queijoFabrico de queijoFabrico de queijoProteaseProteaseProteaseProtease
AplicaAplicaAplicaAplicaççççãoãoãoãoEnzimaEnzimaEnzimaEnzimaFonteFonteFonteFonte
CynaraCynaraCynaraCynaracardunculuscardunculuscardunculuscardunculus
Fabrico de queijoFabrico de queijoFabrico de queijoFabrico de queijoProteaseProteaseProteaseProtease
Biotecnologia Industrial e Alimentar Industria de lacticínios
Enzimas de origem Microbiana
Utilização de Enzimas na Produção de Alimentos
AplicaAplicaAplicaAplicaççççãoãoãoãoEnzimaEnzimaEnzimaEnzimaFonteFonteFonteFonte
CandidaCandidaCandidaCandida spspspsp....AspergillusAspergillusAspergillusAspergillus nigernigernigerniger
MucorMucorMucorMucor spspspsp....AspergillusAspergillusAspergillusAspergillus nigernigernigerniger
AspergillusAspergillusAspergillusAspergillus nigernigernigernigerAspergillusAspergillusAspergillusAspergillus oryzaeoryzaeoryzaeoryzae
Leite com lactose hidrolisadaLeite com lactose hidrolisadaLeite com lactose hidrolisadaLeite com lactose hidrolisadaPastilhas para intolerantes Pastilhas para intolerantes Pastilhas para intolerantes Pastilhas para intolerantes àààà lactoselactoselactoselactoseXaropes adoXaropes adoXaropes adoXaropes adoççççantesantesantesantes
LactaseLactaseLactaseLactase
RemoRemoRemoRemoçççção de perão de perão de perão de peróóóóxido de hidrogxido de hidrogxido de hidrogxido de hidrogéééénio nio nio nio usado na esterilizausado na esterilizausado na esterilizausado na esterilizaçççção de leiteão de leiteão de leiteão de leite
CatalaseCatalaseCatalaseCatalase
Fabrico de queijoFabrico de queijoFabrico de queijoFabrico de queijoProteaseProteaseProteaseProtease
Biotecnologia Industrial e Alimentar Lactase
A lactose, um dissacárido constituinte do leite, é um produto pouco
doce e cerca de quatro vezes menos solúvel do que os
monossacáridos que a constituem, a glucose e a galactose.
Transformação Enzimática de Leite - Hidrolases
Biotecnologia Industrial e Alimentar Lactase
A lactase (nome comum desta ββββ-galactosidase) cataliza o
desdobramento ou hidrólise da lactose em glucose e galactose. Esta
enzima encontra-se no intestino dos mamíferos jovens e em alguns
microrganismos, como os Lactococcus.
A lactase utilizada a nível industrial tem normalmente origem
microbiana, por exemplo, Aspergillus oryzae:
Transformação Enzimática de Leite - Hidrolases
Biotecnologia Industrial e Alimentar Lactase
Inicialmente a lactase era utilizada na formulação de rações animais;
no entanto a partir da década de 60 virou-se sobretudo para a
obtenção de preparados enzimáticos destinados a serem adicionados
ao leite para consumo humano.
Transformação Enzimática de Leite - Hidrolases
Biotecnologia Industrial e Alimentar Lactase
Estes preparados são adicionados ao leite, após o que se promove
uma incubação durante a noite, tornando assim o leite susceptível de
ser digerido por indivíduos intolerantes à lactose.
Habitualmente o leite já se encontra na forma hidrolisada quando é
colocado no mercado.
Transformação Enzimática de Leite - Hidrolases
Biotecnologia Industrial e Alimentar Lactase
O custo elevado da enzima pura tem conduzido à sua utilização na
forma imobilizada (ex. em Itália a industria utiliza ββββ-galactosidase de
Saccharomyces lactis imobilizada em fibras de triacetato de
celulose).
Também se pode encontrar no mercado americano pastilhas de
lactase liofilizada que podem ser ingeridas pelos indivíduos
intolerantes à lactose antes do consumo de produtos lácteos.
Transformação Enzimática de Leite - Hidrolases
Biotecnologia Industrial e Alimentar Lactase
A lactase é também utilizada na produção, a partir de soro de leite,
de um xarope de lactose hidrolisada (rico em glucose e galactose)
utilizado como alternativa ao adoçante tradicional (sacarose). Na
Holanda e Finlândia são comercializados estes tipos de xaropes para
o fabrico de gelados, doces, molhos e bebidas. Estes xaropes podem
ainda ser utilizados na produção de etanol.
Transformação Enzimática de Leite - Hidrolases
Biotecnologia Industrial e Alimentar Proteases
As proteases têm ampla aplicação no fabrico de Queijos, o qual
consiste de uma forma simplista, no aumento da concentração global
das proteínas do leite (principalmente as caseínas).
Por exemplo, as proteases hidrolisam a ligação peptídica Phe105-
Met106 da κκκκ-caseína formando dois polipéptidos.
Um dos polipéptidos (1-105) é insolúvel e na presença de iões Ca2+
forma uma rede
proteica designada por coágulo.
O segundo fragmento é um
glico-macropéptido (106-169) que
é solúvel e eliminado aquando da
dessora e prensagem do coágulo.
Transformação Enzimática de Leite - Hidrolases
Biotecnologia Industrial e Alimentar Proteases
As proteases adequadas ao fabrico de queijo foram inicialmente de
origem animal (provenientes do estômago de vitelos) ou vegetal (por
exemplo, as flores do cardo, Cynara cardunculus). Actualmente
recorre-se também a fontes microbianas como por exemplo, o
Aspergillus niger.
Transformação Enzimática de Leite - Hidrolases
Biotecnologia Industrial e Alimentar Proteases
O coagulante animal é ainda o mais utilizado, porém a sua escassez
tem conduzido a elevado preço, e os problemas éticos (abate de
animais) ou dietéticos (dietas vegetarianas) tem conduzido à sua
crescente substituição por coagulantes microbianos.
O coagulante vegetal
é muito pouco usado,
estando restrito a
alguns queijos ibéricos
de fabrico tradicional.
Transformação Enzimática de Leite - Hidrolases
Biotecnologia Industrial e Alimentar Lipases
A hidrólise da gordura do leite catalisada por lipases (hidrolisam
ligações éster em substratos insolúveis em água) tem aplicação em:
Produtos à base de chocolate (chocolates de leite, bebidas
achocolatadas, coberturas de chocolate para bolos)
Produtos com sabor amanteigado (margarinas, cremes
amanteigados)
Sabores de leite e nata (sucedâneos de leite e nata ácidos,
clarificadores de café)
Aditivos para queijos (por ex. queijos azuis)
Transformação Enzimática de Leite - Hidrolases
Biotecnologia Industrial e Alimentar Lipases
As lipases podem ser extraídas de animais (vitelo, cordeiro, cabrito)
ou de microrganismos (Aspergillus niger, Rhizomucor miehei).
Existem basicamente dois processos de hidrólise da gordura do leite:
Adição da lipase ao substrato, seguida de desnaturação da enzima
por tratamento térmico, após a reacção ter tido lugar;
Imobilização da enzima em reactor de fibras ocas, em que o
substrato é hidrolisado durante a sua passagem pelo reactor. A
possibilidade de reutilização da enzima torna este método mais
económico.
Transformação Enzimática de Leite - Hidrolases
Biotecnologia Industrial e Alimentar Catalases
As catalases catalizam e decomposição de peróxido de hidrogénio,
produzindo água e oxigénio gasoso.
Estas enzimas estão disponíveis comercialmente na forma líquida e
são obtidas a partir de Aspergillus niger. A fonte primordial de
catalase era o fígado bovino, mas devido ao problema da BSA, tal
fonte foi abandonada.
Transformação Enzimática de Leite - Oxidoredutases
O peróxido de hidrogénio é utilizado como
agente químico eficaz na conservação de
leite, num processo designado por
pasteurização fria. As catalases servem para
eliminar o excesso de peróxido de hidrogénio
presente no leite tratado desta forma.
Biotecnologia Industrial e Alimentar Industria de Produção de Sumos e Vinhos
Enzimas de origem Microbiana
Utilização de Enzimas na Produção de Alimentos
AplicaAplicaAplicaAplicaççççãoãoãoãoEnzimaEnzimaEnzimaEnzimaFonteFonteFonteFonte
AspergillusAspergillusAspergillusAspergillus nigernigernigernigerAspergillusAspergillusAspergillusAspergillus flavusflavusflavusflavusAspergillusAspergillusAspergillusAspergillus oryzaeoryzaeoryzaeoryzaeSclerotinaSclerotinaSclerotinaSclerotina libertinalibertinalibertinalibertinaConiothyriumConiothyriumConiothyriumConiothyrium diplodielladiplodielladiplodielladiplodiella
Aumento do rendimento e Aumento do rendimento e Aumento do rendimento e Aumento do rendimento e clarificaclarificaclarificaclarificaçççção do produto, ão do produto, ão do produto, ão do produto, remoremoremoremoçççção de pectinasão de pectinasão de pectinasão de pectinas
PectinasesPectinasesPectinasesPectinases
Biotecnologia Industrial e Alimentar Pectinases
As pectinases são enzimas hidrolíticas que degradam moléculas de
pectina. As pectinas são polissacáridos constituintes da parede
celular dos frutos. Quimicamente são compostas por cadeias lineares
de ácido galacturónico, cujos resíduos se encontram esterificados
com metanol, sendo as cadeias laterais compostas por arabinose e
galactose.
Transformação Enzimática de Frutos - Hidrolases
Biotecnologia Industrial e Alimentar Pectinases
As pectinases são produzidas e vendidas por diversas empresas
industriais sendo, quase sempre obtidas por via microbiana.
São utilizadas no fabrico de sumos (ex. tomate ou citrinos) em que é
necessário proceder à hidrólise parcial da pectina, de forma a obter-
se um produto fluido, mas com a viscosidade suficiente para que não
haja deposição das partículas em suspensão.
Transformação Enzimática de Frutos - Hidrolases
Biotecnologia Industrial e Alimentar Pectinases
No caso do sumo de maça, a hidrólise é mais
extensa para que haja uma precipitação da maior
parte das partículas o que facilita a filtração do
produto.
Outra aplicação importante destas enzimas é na
produção de vinho, permitindo aumentar o
rendimento da extracção do sumo e dos
corantes da casca da uva.
Após a fermentação também
são utilizadas para clarificar o
mosto antes de ser filtrado.
Transformação Enzimática de Frutos - Hidrolases
Biotecnologia Industrial e Alimentar Industria de Produção Xaropes Edulcorantes e
Glucose
Enzimas de origem Vegetal
Enzimas de origem Microbiana
Utilização de Enzimas na Produção de Alimentos
AplicaAplicaAplicaAplicaççççãoãoãoãoEnzimaEnzimaEnzimaEnzimaFonteFonteFonteFonte
Malte de cevadaMalte de cevadaMalte de cevadaMalte de cevada Fabrico de Xarope Fabrico de Xarope Fabrico de Xarope Fabrico de Xarope edulcoranteedulcoranteedulcoranteedulcoranteAmilaseAmilaseAmilaseAmilase
Fabrico de Xarope Fabrico de Xarope Fabrico de Xarope Fabrico de Xarope edulcoranteedulcoranteedulcoranteedulcoranteFabrico de glucoseFabrico de glucoseFabrico de glucoseFabrico de glucose
AmilaseAmilaseAmilaseAmilaseAspergillusAspergillusAspergillusAspergillus oryzaeoryzaeoryzaeoryzaeBacillusBacillusBacillusBacillus subtilissubtilissubtilissubtilis
AplicaAplicaAplicaAplicaççççãoãoãoãoEnzimaEnzimaEnzimaEnzimaFonteFonteFonteFonte
Biotecnologia Industrial e Alimentar Industria de Produção Xaropes Edulcorantes e
Glucose
Enzimas de origem Microbiana
Utilização de Enzimas na Produção de Alimentos
Fabrico de glucoseFabrico de glucoseFabrico de glucoseFabrico de glucoseAmiloglucosidaseAmiloglucosidaseAmiloglucosidaseAmiloglucosidaseRhizopusRhizopusRhizopusRhizopus niveusniveusniveusniveusAspergillusAspergillusAspergillusAspergillus nigernigernigernigerEndomycopisEndomycopisEndomycopisEndomycopis fibuligerfibuligerfibuligerfibuliger
AplicaAplicaAplicaAplicaççççãoãoãoãoEnzimaEnzimaEnzimaEnzimaFonteFonteFonteFonte
LactobacillusLactobacillusLactobacillusLactobacillus brevisbrevisbrevisbrevisBacillusBacillusBacillusBacillus coagulanscoagulanscoagulanscoagulansArthrobacterArthrobacterArthrobacterArthrobacter simplexsimplexsimplexsimplexActinoplanesActinoplanesActinoplanesActinoplanes missourensismissourensismissourensismissourensis
Conversão de glucose a Conversão de glucose a Conversão de glucose a Conversão de glucose a frutosefrutosefrutosefrutose
Glucose Glucose Glucose Glucose isomeraseisomeraseisomeraseisomerase
Biotecnologia Industrial e Alimentar Amilases
O amido é um polissacárido natural com duas componentes: a αααα-
amilose, um polímero linear de D-glucose não ramificado, e a
amilopectina, um polímero muito ramificado com cerca de um milhão
de unidades de D-glucose unidas por ligações αααα-1,4 e por ligações αααα-
1,6 no pontos de ramificação.
A amilopectina é mais solúvel, sendo responsável pela viscosidade
aquando da dissolução do amido.
Transformação Enzimática de Cereais - Hidrolases
Biotecnologia Industrial e Alimentar
Transformação Enzimática de Cereais - Hidrolases
Biotecnologia Industrial e Alimentar
Transformação Enzimática de Cereais - Hidrolases
Biotecnologia Industrial e Alimentar Amilases
As amilases hidrolisam as ligações do amido e de compostos
relacionados que contenham glucose.
Existem diversas fontes naturais de amilases, o que se deve ao facto
de o amido ser um hidrato de carbono de reserva sendo armazenado
pelas plantas como fonte de energia.
Transformação Enzimática de Cereais - Hidrolases
Biotecnologia Industrial e Alimentar Gelatinização do amido
As amilases industriais não possuem a capacidade de hidrolisar
rapidamente o amido, tal como se encontra nas plantas; de facto para
que o amido fique disponível ao ataque enzimático tem de sofrer uma
gelatinização prévia, conseguida através de um aumento da
temperatura (superior a 60ºC) de uma pasta aquosa de amido com pelo
menos 70% (m/m) de água.
A gelatinização conduz ao rebentamento dos grãos de amido, expondo
deste modo o composto à acção da enzima. Este processo conduz a um
aumento significativo da viscosidade, o que acarreta dificuldades
processuais, tornando necessário proceder paralelamente à
liquefacção da pasta.
Transformação Enzimática de Cereais - Hidrolases
Biotecnologia Industrial e Alimentar Gelatinização do amido de milho
Transformação Enzimática de Cereais - Hidrolases
Biotecnologia Industrial e Alimentar Sacarificação do amido
A αααα-amilase ataca ao acaso as ligações glicosídicas αααα-1,4, produzindo
oligossacáridos (dextrinas).
Consequentemente a solução inicial de amido reduz a viscosidade,
razão pela qual esta enzima também se designa como enzima
liquidificadora.
Finalmente a αααα-amilase assim como a amiloglucosidase são
responsáveis pelo processo de sacarificação do amido ou seja a
hidrólise sucessiva dos oligossacáridos até ao monossacárido glucose.
A ββββ-amilase consegue hidrolisar ligações ββββ-1,4 no entanto só o
consegue fazer nas extremidades não redutoras do polissacárido,
produzindo sempre maltose em vez de glucose.
Transformação Enzimática de Cereais - Hidrolases
Biotecnologia Industrial e Alimentar
Transformação Enzimática de Cereais - Hidrolases
Biotecnologia Industrial e Alimentar Amilases
Estas enzimas são, em termos de volume, um dos grupos mais
importantes na indústria alimentar. As aplicações mais comuns são:
Hidrólise total ou parcial de amido de milho para produção de
glucose, utilizada no fabrico de edulcorantes e bebidas alcóolicas.
Conversão de amido a maltose, que é o substrato para a
fermentação alcoólica no fabrico da cerveja
Conversão de amido a glucose durante a fermentação do pão
Eliminação do amido nos sumos e extractos de frutas, o que os
clareia e facilita a sua filtração
Transformação Enzimática de Cereais - Hidrolases
Biotecnologia Industrial e Alimentar Glucose Isomerase
A glucose pode ser obtida a partir de amidos vegetais, como o do
milho, no entanto em diversas aplicações não substitui a sacarose. A
glucose é menos doce e quando em soluções concentradas tem
tendência para cristalizar, o que dificulta o processamento.
Estes problemas podem ser ultrapassados se se proceder à
isomerização parcial da glucose a frutose através da glucose
isomerase. No equilíbrio obtém-se uma mistura equimolar de glucose e
frutose, a qual exibe doçura superior e substitui a sacarose no fabrico
de bebidas, pastelaria, chocolates e outros.
Transformação Enzimática de Cereais - Isomerases
Biotecnologia Industrial e Alimentar Xarope de frutose
Transformação Enzimática de Cereais - Isomerases
Biotecnologia Industrial e Alimentar Glucose Isomerase
Normalmente, o processo comercial utiliza a enzima produzida por
Bacillus coagulans imobilizada em suporte, permitindo a sua
reutilização durante um período relativamente longo.
Transformação Enzimática de Cereais - Isomerases
A glucose isomerase é ainda produzida
industrialmente por bactérias do género
Streptomyces, Arthrobacter,
Microbacterium e Actinoplanes.
Biotecnologia Industrial e Alimentar Industria de Carnes
Enzimas de origem Animal
Enzimas de origem Vegetal
Utilização de Enzimas na Produção de Alimentos
AplicaAplicaAplicaAplicaççççãoãoãoãoEnzimaEnzimaEnzimaEnzimaFonteFonteFonteFonte
Estômagos deEstômagos deEstômagos deEstômagos deruminantesruminantesruminantesruminantes
TenderizaTenderizaTenderizaTenderizaççççãoãoãoão da carneda carneda carneda carneProteaseProteaseProteaseProtease
AplicaAplicaAplicaAplicaççççãoãoãoãoEnzimaEnzimaEnzimaEnzimaFonteFonteFonteFonte
PapaiaPapaiaPapaiaPapaiaananananananananáááássssfigofigofigofigo
TenderizaTenderizaTenderizaTenderizaççççãoãoãoão da carneda carneda carneda carnePapaPapaPapaPapaíííínananana, , , , BromelaBromelaBromelaBromelaíííínananana, , , , FicinaFicinaFicinaFicina
Biotecnologia Industrial e Alimentar Industria de Carnes
Enzimas de origem Microbiana
Utilização de Enzimas na Produção de Alimentos
AplicaAplicaAplicaAplicaççççãoãoãoãoEnzimaEnzimaEnzimaEnzimaFonteFonteFonteFonte
BacillusBacillusBacillusBacillus subtilissubtilissubtilissubtilisStreptomycesStreptomycesStreptomycesStreptomyces griseusgriseusgriseusgriseusAspergillusAspergillusAspergillusAspergillus nigernigernigerniger
TenderizaTenderizaTenderizaTenderizaççççãoãoãoão da carneda carneda carneda carneProteaseProteaseProteaseProtease
Biotecnologia Industrial e Alimentar Proteases
Após o abate a carne deve repousar algum tempo (condicionamento)
para que as proteases endógenas do músculo possam actuar sobre
proteínas e tornar a carne mais tenra; contudo o processo pode ser
acelerado pela adição deliberada de proteases.
A acção das proteases baseia-se no desdobramento das proteínas da
carne (colagénio e miofibrilas).
A fonte mais comum destas enzimas é vegetal; embora existam
algumas enzimas produzidas por microrganismos e de uso autorizado a
sua comercialização é quase nula.
Transformação Enzimática de Carne - Proteases
Biotecnologia Industrial e Alimentar Proteases
Um dos processos de tornar a carne mais tenra consiste em injectar o
animal vivo com uma dose de papaína oxidada (forma inactiva) poucas
horas antes do abate (na sua forma activa a enzima seria fatal). Só
após o abate a enzima é reactivada, estando vantajosamente
distribuída de forma uniforme pela carne.
Como alternativa pode-se pulverizar com uma solução de enzima as
peças de carne que têm de ser pequenas pois caso contrário uma
fracção importante da carne não fica acessível à enzima.
Transformação Enzimática de Carne - Proteases
Biotecnologia Industrial e Alimentar Industria de Ovos
Enzimas de origem Microbiana
Utilização de Enzimas na Produção de Alimentos
AplicaAplicaAplicaAplicaççççãoãoãoãoEnzimaEnzimaEnzimaEnzimaFonteFonteFonteFonte
AspergillusAspergillusAspergillusAspergillus nigernigernigerniger Fabrico de ovos desidratadosFabrico de ovos desidratadosFabrico de ovos desidratadosFabrico de ovos desidratadosGlucose Glucose Glucose Glucose oxidaseoxidaseoxidaseoxidase
Biotecnologia Industrial e Alimentar Glucose Oxidase
O grupo aldeído da glucose e o grupo amina da albumina, ambos
presentes no ovo, tendem a reagir entre si formando compostos de cor
escura (reacção de Maillard).
Esta coloração é indesejável na obtenção de ovos desidratados em pó,
para uso posterior no fabrico de doces, maionese e molhos.
A glucose oxidase pode ser adicionada aos ovos para evitar esta
reacção, catalizando a oxidação da glucose a ácido glucónico.
A fonte comercial predominante é o Aspergillus niger, mas pode
também ser obtida a partir de Penicillium purpurogenum.
Transformação Enzimática de Ovos - Oxidoredutases
Biotecnologia Industrial e Alimentar Industria de Produção de Cerveja
Enzimas de origem Animal
Enzimas de origem Vegetal
Utilização de Enzimas na Produção de Alimentos
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PâncreasPâncreasPâncreasPâncreas ClarificaClarificaClarificaClarificaçççção da cervejaão da cervejaão da cervejaão da cervejaTripsinaTripsinaTripsinaTripsina
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PapaiaPapaiaPapaiaPapaiaananananananananáááássssfigofigofigofigo
ClarificaClarificaClarificaClarificaçççção da cervejaão da cervejaão da cervejaão da cervejaPapaPapaPapaPapaíííínananana, , , , BromelaBromelaBromelaBromelaíííínananana, , , , FicinaFicinaFicinaFicina
Biotecnologia Industrial e Alimentar Industria de Panificação
Enzimas de origem Vegetal
Enzimas de origem Microbiana
Utilização de Enzimas na Produção de Alimentos
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Malte da cevadaMalte da cevadaMalte da cevadaMalte da cevada Suplemento para pão (adia o Suplemento para pão (adia o Suplemento para pão (adia o Suplemento para pão (adia o endurecimento)endurecimento)endurecimento)endurecimento)
AmilaseAmilaseAmilaseAmilasemaltogmaltogmaltogmaltogéééénicanicanicanica
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AspergillusAspergillusAspergillusAspergillus oryzaeoryzaeoryzaeoryzae Suplemento para pão (adia o Suplemento para pão (adia o Suplemento para pão (adia o Suplemento para pão (adia o endurecimento)endurecimento)endurecimento)endurecimento)
AmilaseAmilaseAmilaseAmilase