Aplicações da bioquímica na Aplicações da bioquímica na obtenção de enzimas industriais obtenção de enzimas industriais

na produção de alimentosna produção de alimentos

EnzimasEnzimasEnzimas

São ProteínasSão Proteínasembora existam:embora existam:

RibozimasRibozimas –– pequenos pequenos RNAsRNAs catalíticoscatalíticosAbzimasAbzimas –– anticorpos catalíticosanticorpos catalíticos

Eficientes catalisadoresEficientes catalisadoresAceleram as reações por um fator de 10Aceleram as reações por um fator de 1088 a 10a 101010

Atuam em pequenas concentrações: 10Atuam em pequenas concentrações: 10--33 a 10a 10--44 % %

EnzimasEnzimasEnzimas

Não prejudicam o meio ambiente o meio Não prejudicam o meio ambiente o meio ambienteambiente

São completamente biodegradáveisSão completamente biodegradáveis

Atuam sob condições amenas de reaçãoAtuam sob condições amenas de reaçãopH na faixa 5pH na faixa 5--8, geralmente 78, geralmente 7Temperatura: 20Temperatura: 20--4040ooC, existindo também na C, existindo também na faixa de 50faixa de 50--7070ooCC

EnzimasEnzimasEnzimasSeletividadeSeletividade

QuimiseletividadeQuimiseletividade: atua em um único tipo de grupo : atua em um único tipo de grupo funcionalfuncional

Ex. a enzima que hidrolisa ligação éster não Ex. a enzima que hidrolisa ligação éster não mostramostra nenhuma possibilidade de reação com o grupo nenhuma possibilidade de reação com o grupo acetalacetal

O

O

R1 R2 O

O

R1 R2

R3

éster acetal

EnzimasEnzimasEnzimasSeletividadeSeletividade

RegioseletividadeRegioseletividade: devido a sua estrutura : devido a sua estrutura tridimensional, enzimas distinguem os grupos tridimensional, enzimas distinguem os grupos funcionais situados em diferentes regiões da mesma funcionais situados em diferentes regiões da mesma molécula de substratomolécula de substrato

OR1

O R2

O

O

O O

R3 OH

O R2

O

OH

R1 R3+ +lipase 1,3 específica

Classificação de enzimas

Classificação Classificação de enzimasde enzimas

Classe da Enzima Número Tipo de reação

Classificadas Disponíveis

1.oxidoredutases 650 90 Redução-oxidação:

oxigenação de ligações de C-

H, C-C, C=C; ou remoção total

ou adição de equivalentes de

átomos de hidrogênio

2.transferases 720 90 Transferência de grupos:

aldeídico, cetônico, acila,

açúcar, fosfato ou metila

3.hidrolases 636 150 Hidrólise: formação de

ésteres, amidas, lactonas,

lactamas, epóxidos,

nitrilasanidridos, glicosídeos,

organohaletos

4.liases 255 35 Adição-eliminação de

pequenas moléculas nas

ligações C=C, C=N, C=O

5.isomerases 120 6 Isomerização tais como

racemização, epimerização,

re-arranjos

6.ligases 80 5 Formação-clivagem de

ligações C-O, C-S, C-N, C-C

com concomitante clivagem

de trifosfato

Enzimas em AlimentosEnzimas em AlimentosEnzimas em AlimentosPapel destacado : Influem na composição, Papel destacado : Influem na composição, processamento e deterioração dos alimentosprocessamento e deterioração dos alimentos

Portanto, ora são úteis ora são indesejáveisPortanto, ora são úteis ora são indesejáveis

Detecção da atividade em determinado produto pode Detecção da atividade em determinado produto pode servir de indicador da eficiência de uma determinada servir de indicador da eficiência de uma determinada operaçãooperação

Ex. vegetais branqueados Ex. vegetais branqueados –– atividade atividade peroxidasicaperoxidasica = indicador do = indicador do processo térmico empregadoprocesso térmico empregado

Enzimas em Alimentos:Efeito desejáveis

Enzimas em Alimentos:Enzimas em Alimentos:Efeito desejáveisEfeito desejáveis

Modificar matériasModificar matérias--primas e/ou obter produtos primas e/ou obter produtos específicosespecíficos

PanificaçãoPanificaçãoModificação enzimática de materiais Modificação enzimática de materiais amiláceosamiláceosFabricação de sucos de frutasFabricação de sucos de frutasModificação de proteínasModificação de proteínasFabricação de bebidas alcoólicasFabricação de bebidas alcoólicasFabricação de Fabricação de latícinioslatícinios

Enzimas em Alimentos:Efeito indesejáveis

Enzimas em Alimentos:Enzimas em Alimentos:Efeito indesejáveisEfeito indesejáveis

Escurecimento de frutas e vegetais causado pelas Escurecimento de frutas e vegetais causado pelas polifenoloxidasespolifenoloxidasesRancidezRancidez de farinhas causada pela ação de de farinhas causada pela ação de lipaseslipasese e lipoxigenaseslipoxigenasesAmolecimento de tecidos vegetais provocado Amolecimento de tecidos vegetais provocado pelas enzimas pécticaspelas enzimas pécticas

Produção de AcilgliceroisProdução de Produção de AcilgliceroisAcilglicerois

ÚLTIMOS 20 ANOSÚLTIMOS 20 ANOS

Modificação de lipídeosModificação de lipídeos ⇒⇒ lipaselipase

PRODUÇÃO DE MG/DG/TG PRODUÇÃO DE MG/DG/TG & ÉSTERES DE ÁCIDOS GRAXOS& ÉSTERES DE ÁCIDOS GRAXOS

Especificidade de lipases e sua aplicaçõesEspecificidade de lipases e sua aplicaçõesEspecificidade de lipases e sua aplicações

Especificidade Lipase Produção de: RReeggiioo eessppeecciiffiicciiddaaddee 1,3 regio específica Rhizomucor miehei Síntese de TG Rhizopus oryzae Rhizopus arrhizus DG 1,2 (2,3) por hidrólise de TG Rhizopus delemar DG 1,3 por esterificação direta

com AG Rhizopius niveus Lipase pancreática

de porco 2-MG por hidrólise de TG 1(3)-MG por esterificação com AG

Não específica Cândida rugosa Produção de AG por hidrólise Chromabcterium

viscosum

Pseudomonas fluorescens

MG e DG por glicerólise direta

Pseudomonas cepacia

Especificidade de lipases e suas aplicaçõesEspecificidade de lipases e suas aplicações

Especificidade Lipase Produção de: EEssppeecciiffiicciiddaaddee ppeelloo AAGG

ÁG poli-insaturados de cadeia longa

Geotrichun candidum hidrólise seletiva

Cândida rugosa Ácidos saturados Fusarium oxysporum Hidrólise seletiva Ácidos insaturados cis-∆9

Geotrichum candidum B Hidrólise seletiva

Ácidos pequenos Cuphea sp. Hidrólise seletiva

Especificidade de lipases e sua aplicaçõesEspecificidade de lipases e sua aplicaçõesEspecificidade de lipases e sua aplicaçõesEspecificidade Lipase Produção de: AAcciillgglliicceerrooll eessppeeccííffiiccoo

MG Acilhidrolase de batata (patatin)

MG por esterificação direta com AG

MG e DG Penicillium camembertii MG e DG por esterificação direta com AG

Penicillium cyclopium M1 Fusarium sp. TG Penicillium roquefortii 1,2 DG por

hidrolase ou alcoolise de TG

Penicillium cyclopium M1 Penicillium expansum

Ácidos Graxos: PUFAÁcidos Graxos: PUFAÁcidos Graxos: PUFA

Papel essencial na nutrição humanaPapel essencial na nutrição humana

Propriedades BiomédicasPropriedades Biomédicas

Nutricionistas recomendam a ingestão de Nutricionistas recomendam a ingestão de DHA e EPA DHA e EPA

MonoglicerídeosMonoglicerídeosMonoglicerídeos

Emulsificadores ou surfactantes em Emulsificadores ou surfactantes em alimentos e indústria farmacêuticaalimentos e indústria farmacêuticaExcelentes propriedade emulsificantes:Excelentes propriedade emulsificantes:

Odor e gosto fracoOdor e gosto fracoBiodegradáveisBiodegradáveis

GRASGRAS(“(“generallygenerally recognizedrecognized as safe”)as safe”)

Processo de síntese de monoacilglicerolProcesso de síntese de Processo de síntese de monoacilglicerolmonoacilglicerol

OH

OH

OH

OH

OH O2CR

+ 1 equiv. acildoador + glicerídeos

1(3)-sn-monoacilglicerol

resfriamento

lipaselipaserecicloreciclo

DIGLICERÍDEOSDIGLICERÍDEOSDIGLICERÍDEOS

Retarda o efeito da cristalização da gorduraRetarda o efeito da cristalização da gordura

Síntese de Síntese de fosfolípideosfosfolípideos, , glicolípideosglicolípideos e drogase drogas

GlicerofosfolípideosGlicerofosfolípideosGlicerofosfolípideos

Presente em quase todos os organismos vivosPresente em quase todos os organismos vivosConstituem os principais componentes de Constituem os principais componentes de membranamembranaEssas membranas são barreiras seletivas Essas membranas são barreiras seletivas permeáveis em volta das célulaspermeáveis em volta das célulasSão usadas como emulsificantes em alimentos e São usadas como emulsificantes em alimentos e cosméticoscosméticosConstituintes de Constituintes de lipossomaslipossomas os quais são os quais são carreadores de aromas para a indústria alimentíciacarreadores de aromas para a indústria alimentícia

GlicerofosfolípideosGlicerofosfolípideosGlicerofosfolípideos

FosfolipaseFosfolipase A1A1

FosfolipaseFosfolipase CC

O

O

R

O R2

O

O P

O

O X

OH FosfolipaseFosfolipase DD

FosfolipaseFosfolipase A2A2

Aplicação das fosfolipasesAplicação das Aplicação das fosfolipasesfosfolipases

Enzima Reação Produto/Propriedades Fosfolipase A2 Hidrólise Lisofosfolipídeos /

aumento da capacidade emulsificante

Fosfolipase D Hidrólise Ácido fosfatídico/oculta o sabor amargo de alimentos

Transesterificação Produtos tais como o fosfatidilglicerol / fosfatidilserina aumentam a capacidade de emulsão e a estabilidade a temperatura

Aplicação das Fosfolipases A2Aplicação das Fosfolipases A2ÁÁcciiddooss ggrraaxxooss

iinnttrroodduuzziiddooss

““eedduucctt”” FFoonnttee ddee PPLLAA22

SSiisstteemmaa ddee ssoollvveennttee

EPA e DHA Liso-PC Pâncreas de porco

Tampão/isooctano, AOT

AG saturados e insaturados

Glicerofosfo-lipideos

Veneno de abelha e cobra,

pâncreas de porco (PLA2 imobilizada)

Hexano,heptano, éter de petroleo, hidrocarbonetos

clorados

Ácido palmítico Liso-PC Veneno de cobra

Clorofórmio 1%

AG poliinsaturados

Liso-PC (gema de

ovo)

Pâncreas de porco (PLA2

imob.)

Isooctano/ETOH

EPA e DHA Liso-PC (semente de

soja)

Pancreas de porco

Glicerol/formamida

ProteasesProteasesProteases

Enzimas proteolíticas Enzimas proteolíticas –– hidrolisam ligações hidrolisam ligações peptidicaspeptidicas

PepsinaPepsinaTripsinaTripsinaQuimiotripsinaQuimiotripsinaCarboxipeptidasesCarboxipeptidasesAminopeptidasesAminopeptidases

Proteases – Aplicações Proteases Proteases –– Aplicações Aplicações

FermentadosFermentadosdesenvolvimento de aroma e nutrientes durante a desenvolvimento de aroma e nutrientes durante a

fermentaçãofermentação

CereaisCereaismodificação de proteínas para aumentar a taxa de modificação de proteínas para aumentar a taxa de

secagem, aumenta as características de manuseiosecagem, aumenta as características de manuseio

Chocolate/cacauChocolate/cacauação nos grãos durante a fermentaçãoação nos grãos durante a fermentação

Proteases – Aplicações Proteases Proteases –– Aplicações Aplicações

LeiteLeitena preparação do leite de sojana preparação do leite de soja

Carnes e PeixesCarnes e PeixesLiberação de óleos. Recuperação de proteínas do Liberação de óleos. Recuperação de proteínas do osso ou espinha.osso ou espinha.

VinhosVinhosclarificaçãoclarificação

QueijoQueijoCoagulação da caseína. Coagulação da caseína.

LactaseLactaseLactaseΒΒ--galactosidasegalactosidase

Catalisa a hidrCatalisa a hidróólise da lactose em galactose e lise da lactose em galactose e glicoseglicose

A galactose e glicose sA galactose e glicose sãão mais doces do que a o mais doces do que a lactose lactose –– um dos principais interesse em um dos principais interesse em alimentosalimentos

LactaseLactaseLactaseSorveteSorvete

Prevenção da cristalização da lactose, o qual Prevenção da cristalização da lactose, o qual resulta na textura de fibraresulta na textura de fibra

LeiteLeiteEstabilização das proteínas do leite em leites Estabilização das proteínas do leite em leites congelados por remoção da lactose. Hidrólise da congelados por remoção da lactose. Hidrólise da lactose, permitindo o uso por adultos deficientes lactose, permitindo o uso por adultos deficientes na na lactaselactase intestinal eintestinal e em crianças com em crianças com deficiência em deficiência em lactaselactase congênitacongênita

RaçãoRaçãoConversão da lactose em galactose e glicoseConversão da lactose em galactose e glicose

α-amilaseαα--amilaseamilaseAtua sobre o amido, degradandoAtua sobre o amido, degradando--o o aleatoriamente a partir de posições aleatoriamente a partir de posições internas da cadeia poliméricainternas da cadeia polimérica

AmiloseAmiloseAtaque aleatório Ataque aleatório –– produção de maltose produção de maltose Ataque lento Ataque lento –– fomaçãofomação de glicose e maltosede glicose e maltose

AmilopectinaAmilopectinaProdutos finais: glicose, maltose e Produtos finais: glicose, maltose e αα--dextrinasdextrinaslimites (oligossacarlimites (oligossacaríídeos contendo 4 ou mais deos contendo 4 ou mais unidades de glicose unidas por ligaunidades de glicose unidas por ligaçõções es glicosglicosíídicasdicas do tipo do tipo αα--1,6)1,6)

α-amilaseαα--amilaseamilaseFermentadosFermentados

Conversão do amido a maltose por fermentação. Conversão do amido a maltose por fermentação. Remoção da Remoção da turbidezturbidez do amidodo amido

Sucos de frutas e GelatinasSucos de frutas e GelatinasRemoção do amido para o aumento das Remoção do amido para o aumento das propriedades espumantespropriedades espumantes

CereaisCereaisConversão do amido a Conversão do amido a dextrinasdextrinas e maltose. e maltose. Aumento na absorção de águaAumento na absorção de água

Chocolate/cacauChocolate/cacauLiquefação do amidoLiquefação do amido

PeroxidasePeroxidasePeroxidaseAplicaçõesAplicações

Vegetais e FrutasVegetais e FrutasMonitoramento do progresso de branqueamentoMonitoramento do progresso de branqueamento

DeterioraçãoDeterioraçãoFrutasFrutas

Contribui na reação de escurecimentoContribui na reação de escurecimento

PolifenoloxidasePolifenoloxidasePolifenoloxidaseConhecida também como: Conhecida também como: tirosinasetirosinase, , fenolasefenolase, , catecolcatecol oxidase e oxidase e polifenolasepolifenolase

Reação envolve a Reação envolve a hidroxilaçãohidroxilação de de monofenóismonofenóis

PolifenoloxidasePolifenoloxidasePolifenoloxidaseAplicaçõesAplicações

Chá/CaféChá/CaféDesenvolvimento do escurecimento durante o Desenvolvimento do escurecimento durante o amadurecimento, fermentação e/ou idade do amadurecimento, fermentação e/ou idade do processoprocesso

DeterioraçãoDeterioraçãoFrutas e VegetaisFrutas e Vegetais

Escurecimento, desenvolvimento de Escurecimento, desenvolvimento de offoff--flavorflavor, , perda de vitaminasperda de vitaminas