ENZIMAS NA INDÚSTRIA ALIMENTÍCIA: APLICAÇÕES

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ENZIMAS NA INDÚSTRIA ALIMENTÍCIA: APLICAÇÕES

Profª Drª Ariela Veloso de Paula

Araraquara, 2018

1. Introdução

        Enzimas são proteínas catalisadoras de reações químicas de origem biológica que promovem um caminho alternativo para a reação, no qual a quantidade de energia para que a reação aconteça, a energia de ativação, seja menor. [2] As enzimas não alteram o equilíbrio da reação e são específicas [1], muitas vezes formando produtos mais puros. [2] As enzimas possuem diferentes origens, alguns microrganismo já produzem a enzima de interesse, bastando apenas fazer os procedimentos de purificação. [1] Mas também se pode utilizar a tecnologia do DNA recombinante para aperfeiçoamento ou expressão das enzimas em outros hospedeiros. [1]

        A catálise da reação, de maneira geral, ocorre com a junção do substrato com a enzima, formando o complexo enzima-substrato, no qual haverá a transformação, e depois a formação do produto. [4] Isso é demonstrado esquematicamente abaixo:

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Fonte: Wikipedia

        Um conceito muito importante em relação a mecanismos de catálise é o sítio de ligação, que corresponde à região pequena e específica que ocorre a ligação ao substrato. [1]  Há dois mecanismos de catálise principais aceitos atualmente: o modelo chave-fechadura e o modelo ajuste induzido. O modelo chave-fechadura foi proposto por Emil Fischer, em 1894, [4] e, de acordo com sua teoria, o encaixe entre a enzima e o substrato seria perfeito, tal qual a analogia que o nome do modelo sugere. Já o modelo ajuste induzido foi proposto por Daniel Koshland, em 1958, [5] e sua teoria previa que o sítio de ligação da enzima não estaria completamente formado, necessitando da presença do substrato para isso. [3]

        Uma enzima pode ser livre ou imobilizada. Uma enzima livre é aquela que está em seu estado natural [6],  já a enzima imobilizada está confinada em algum material ou mesmo ligada a alguma molécula, o suporte [6]. A escolha de um suporte ou matriz para imobilização da enzima, assim como o método de imobilização, deve ser analisada de acordo com a estrutura da enzima, condições de atuação e toxicidade do suporte e é uma etapa muito importante.[1]

Na indústria alimentícia, as enzimas imobilizadas são importantes, pois tem bons resultados tanto em preservação de atividade catalítica, toxicidade e regenerabilidade, que é quanto podemos reutilizar essa enzima até que a mesma perca a função. [1] Além disso, dependendo do método, a imobilização da enzima pode trazer aumento da faixa de temperatura e pH de trabalho da enzima e uma maior estabilidade, um fator importante para atuação de enzimas na indústria. [6] Por outro lado, um confinamento, por exemplo, pode levar a enzima a ter problemas de transferência de massa, limitando o acesso ao substrato, ou mesmo uma mudança conformacional significativa, que pode diminuir o rendimento da reação. [6]

Outro tipo de enzima de interesse para indústria são as extremozimas, que são enzimas produzidas por microrganismos que vivem em condições de temperaturas extremas. [11] Esses microrganismos possuem adaptações em suas membranas e no dobramento de suas enzimas permitindo viver tanto em ambientes como a neve, como em fontes termais.[12] Devido a essa alta estabilidade em temperaturas extremas, essas enzimas são de grande interesse industrial, podendo ser armazenadas em temperatura ambiente[11] ou mesmo aumentando sua vida útil. [12]

O mercado de enzimas na indústria alimentícia já alcançou 1,6 bilhões de dólares em 2017 e espera-se que em 2024 alcance a marca de 2.6 bilhões [9], Novozymes, DSM e DuPont são nomes de grandes empresas da área de enzimas. [10] Além disso, como dito anteriormente, as enzimas geram produtos com pouco ou nenhum resíduo, um dos motivos do aumento de interesse nessa área. [9] Há interesse de melhoramento do produto, como características químicas ou reológicas, controlar atividade enzimática no alimento (como escurecimento de sucos, por exemplo) ou mesmo usar a própria enzima como produto (a venda da enzima lactase para permitir que as pessoas possam consumir laticínios).[10] Existem diversas enzimas que têm aplicabilidade na indústria alimentícia, e algumas delas serão mostradas a seguir.

2. Aplicações de enzimas na indústria alimentícia

2.1 Amilase (Nicoly)

As amilases são enzimas de grande importância na indústria alimentícia por sua capacidade de romper as ligações glicosídicas no amido. Elas podem ser provenientes de plantas ou mesmo derivadas de microrganismos.

As principais amilases usadas na indústria alimentícia são a α-amilase que, se for de origem vegetal, extraída de sementes de cereais como trigo e cevada, por exemplo, realizam a hidrólise do amido de oligossacarídeos, sendo assim utilizada na panificação e produção de cervejas, porém, se for proveniente de microrganismos, a α-amilase pode ter três fontes, Aspergillus spp., Bacillus spp. ou Mycobacterium imperiale, ela realiza a hidrólise do amido de trigo, e sua aplicação na indústria alimentícia varia para amolecimento da massa, aumento do volume do pão, e pode também ajudar na produção de açúcares para a fermentação de leveduras, há também a β-amilase, que é extraída da batata doce e realiza a hidrólise do amido em maltose, sendo aplicada para a produção de xaropes de alta maltose. [18]

2.2 Catalase (Samuel)

A enzima catalase é encontrada nos microrganismos Aspergillus niger e Micrococcus luteu. Ela tem como função a decomposição do peróxido de hidrogênio (H2O2) em água e oxigênio nos alimentos. Ela pode atuar em conjunto com a glicose oxidase que em sua ação acaba gerando H2O2 que é decomposto pela catalase. [7]

Imagem 1: Reação da decomposição do peróxido de hidrogênio pela catalase.

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Fonte: Stressmarq [18]

2.3 Ciclodextrina glicosiltransferase (Samuel)

        A ciclodextrina glicosiltransferase que degradam o amido e produzem a ciclodextrina, carboidrato complexo responsável por modificar propriedades químicas e físicas de compostos na indústria alimentícia. Tal capacidade se deve à presença de uma cavidade que garante a formação do complexo de inclusão. Este, gera um aumento estabilidade de componentes deixando-os menos susceptíveis à luz, temperatura e oxidação, garantindo uma maior estabilidade do aroma, das vitaminas e gorduras; e por consequência, uma maior durabilidade dos mesmos. [8]  

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