Processos Bioquímicos ENZIMAS

1. Universidade do Estado do Rio de JaneiroFaculdade de TecnologiaCampus Regional de ResendeDepartamento de Química e Ambiental Processos Bioquímicos ENZIMAS Profa: Denise Godoy E-mail: denisegodoy@uerj.br

2. Produção de Enzimas Microbianas • O metabolismo celular dos animais, vegetais e microrganismos é comandado por uma série de reações bioquímicas que, por sua vez, dependem da ação contínua de catalisadores (as enzimas). • Enzimas são proteínas especiais que têm ação catalisadora e são produzidas pelas células, estimulando ou desencadeando reações químicas importantíssimas para a vida, que dificilmente se realizariam sem a presença delas. Esses biocatalisadores orgânicos são produzidos pelas células, mas podem evidenciar a sua atividade intra ou extracelularmente.

3. Obtenção industrial de enzimas ORIGEM VEGETAL: sementes, sucos, polpas, raízes (por trituração de tecidos) ORIGEM ANIMAL: mucosa gástrica, pâncreas, fígado, sangue (por trituração de tecidos) ORIGEM MICROBIANA: bactérias, fungos, leveduras (por cultura) • mais empregadas; • menor custo de produção; • menor tempo de produção; • provêm de microrganismos selecionados; • apresentam maior especificidade.

4. Produção de Enzimas Microbianas • Atualmente as enzimas são empregadas em diversos setores industriais (químico, farmacêutico, alimentício, têxtil, papel-celulose, curtume), em dispositivos analíticos (eletrodos enzimáticos, por exemplo) e em métodos analíticos e de diagnóstico (por exemplo, enzimaimunoensaio). • A produção de enzimas em escala industrial se faz por fermentação submersa, embora nos países orientais haja uma tradição estabelecida de utilização da fermentação semi-sólida. • Avanços tecnológicos estão sendo gradualmente incorporados a esse processo, podendo torná-lo interessante para países que dispõem de resíduos agroindustriais de baixo custo.

5. Produção de Enzimas Microbianas Cultura Semi-sólida Cultura Submersa • Desvantagens: • Necessidade de maior espaço • Maior risco de contaminação • Menor rendimento • Vantagens: • Resíduos industriais de baixo custo • Vantagens: • Maior controle do processo • Menor risco de contaminação • Maior rendimento • Adequada para mo recombinantes

6. Cultura estoque Crescimento em frascos agitados Cultura estoque “upstream” Pré-inóculo em fermentador Esterilização Fermentador Principal Separação Purificação Concentação Acabamento “downstream” Processo Fermentativo Genérico

7. Fermentadores de 10.000 a 100.000 l • Descontínuo • 30 a 150 h • Controle: atividade enzimática

8. Produção de Enzimas Microbianas • Linhagem microbiana – melhoramento genético (sigiloso) • Meio sintético ou matérias-primas naturais • Fontes de carbono e energia – farinhas amiláceas, licores de milho, soja, cereais, melaços • Fontes de nitrogênio – farinha de peixe, gelatinas, licores de milho e de soja • Fatores de crescimento e micronutrientes – extrato de levedura, licor de milho, farinhas de sementes oleaginosas • Enzimas indutíveis: indutor (xilose para xilose isomerase; uréia para urease) • Separação: depende da localização da enzima endoenzimas (intracelulares) exoenzimas (extracelulares)

9. Enzimas Origem Indústria Aplicação Amilase Aspergillus niger, A. oryzae, Bacillus subtilis, Rhizophus spp, Mucor rouxii Panificação Suplemento de farinha, preparação de massa, alimentos pré-cozinhados, elaboração de xaropes. Celulase Aspergillus niger, Trichoderma viride Cerveja Preparação de concentrados líquidos de café, clarificação sucos. Dextrano-sacarose Leuconostoc mens. Alimentar Dextrano para diversos usos. Glucosioxidase Aspergillus niger Alimentar Eliminação da glicose dos sólidos do ovo. Invertase Sacharomyces cereviase Alimentar Mel artificial. Lactase Sacharomyces fragilis Láctea Hidrólise da lactose. Lipase Aspergillus niger, Rhizophus spp, Mucor spp Láctea Sabor ao queijo. Pectinase Aspergillus niger, Rhizophus spp, Penicillium Alimentar Clarificação de vi-nho e de sucos de frutas. Protease Aspergillus oryzae, Bacillus subtilis Cerveja, Panificação, Alimentar Impede que a cerveja se enturva ao esfriar, abranda as carnes. Enzimas parecidas a renina Mucor Alimentar Coalhada do leite para fabricação de queijo.

10. Enzimas animais Principais enzimas animais: Pancreatina, tripsina, pepsina, quimotripsina e catalase Ocorrência: Tecidos animais Obtenção geral de enzimas animais: • Trituração por moinhos ou homogeinizadores • Extração com água ou solução tampão • Filtração ou centrifugação para remoção do resíduo insolúvel

11. Enzimas animais Pancreatina • Ocorrência: pâncreas de porcos • Possui atividade amilolítica, proteolítica e lipolítica • Contém tripsina cristalina e quimotripsina Pepsina • Ocorrência: mucosa do estômago de porcos • Tratamento com ácido para ativação do pepsinogênio a pepsina • Precipitação com etanol • Secagem em baixa temperatura

12. Enzimas animais Renina (Coalho) • É uma protease gástrica ácida • Ocorrência: suco gástrico do abomaso de bezerros • Extraída principalmente de fetos bovinos nos últimos meses de gestação • Comercializada na forma líquida, em pó ou em pastas • Aplicação: fabricação de queijos e preparação de pudins

13. Enzimas animais Catalase • Ocorrência: fígado e sangue de boi e porco; fungos e bactérias • Precipitada pela adição de até 50% de acetona • Comercializada na forma de preparação líquida padronizada, na forma de pó seco amorfo (liofilizado) ou na forma cristalizada (diálise contra água destilada) • Aplicação: na indústria de alimentos para decomposição da água oxigenada (sabor e cor do alimento); inibir o desenvolvimento microbiano em vinhos; como antioxidante em alimentos líquidos ou viscosos (maionese, manteiga, etc.)

14. Enzimas vegetais • Principais enzimas: papaína, bromelina, ficina e enzimas do malte • Ocorrência: tecidos vegetais (caule, folhas e frutos

15. Enzimas vegetais Papaína • Ocorrência: látex do fruto verde do mamão (Carica papaya), além de suas folhas e talos • Possui alta atividade proteolítica • É facilmente inativada por oxidação (necessidade de agentes redutores como sulfeto de hidrogênio, cianeto de hidrogênio, etc) • Extraída principalmente como fruto prensado das folhas e talos • Aplicações: clarificação da cerveja, amaciamento de carnes, auxiliar da digestão

16. Enzimas vegetais Bromelina • Ocorrência: talo e fruto do abacaxi (Ananas comosus) • Composição: mistura de 4 proteases com ações distintas, dependentes do pH • Aplicação: amaciamento de carnes e clarificação da cerveja

17. Enzimas vegetais • Malte • Ocorrência: cevada • Composição: amilases, diastases, proteases, lipases, oxirredutases e hemicelulases • Preparo: • Pré-germinação: umedecimento dos grãos a 10 – 15oC por 2 a 3 dias. • Germinação: formação das enzimas que compõem o malte (amilases, proteases, lipases e hemicelulases) • Secagem: paralização da atividade biológica do grão (aumento gradual da temperatura e redução do teor de umidade).

18. As fosfatases estão entre as mais caras: 100 miligramas de um dos tipos, a alcalina, custam US$ 300.