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Enzimas alimentícias de origem microbiana

As enzimas microbianas desempenham papel significativo em diferentes processos alimentícios, sendo, em geral, utilizadas como aditivo, como ingrediente e para favorecimento de processos relacionados a laticínios, carnes, panificação, bebidas fermentadas e sucos.

Mais de 55 produtos enzimáticos diferentes são utilizados no processamento de alimentos. Enquanto lactase, lipase, protease, transglutaminase, asparaginase e pectinase são amplamente empregadas para remover a lactose, amadurecer o queijo, amaciar a carne, minimizar a formação e a clarificação da acrilamida, outras enzimas, como fitase, lacase, complexo de xilanase e celulase estão ganhando importância em várias tecnologias de processamento de alimentos para melhorar a biodisponibilidade de minerais, minimizar odores, estabilizar bebidas e na produção de nutracêuticos.

A hidrólise da lactose é um importante processo biotecnológico na indústria de alimentos, o qual é realizado pela enzima β-galactosidase, que pertence à família das hidrolases e pode ser obtida de vários sistemas biológicos, incluindo plantas, animais e microrganismos. Sua produção a partir de microrganismos, como bactérias, fungos e leveduras é a escolha preferencial, devido ao maior rendimento e, portanto, ao custo relativamente baixo da enzima, sendo a escolha da fonte dependente da aplicação final da enzima. A β-galactosidase de leveduras com pH ótimo de 6,5 a 7,0 é geralmente usada para a hidrólise da lactose no soro de leite. No caso da hidrólise ácida do soro de leite, a β-galactosidase fúngica com pH ótimo de 3,0 a 5,0 é adequada.

Em aplicações industriais, duas classes principais de β-galactosidase são de importância primordial: a β-galactosidase termoestável e a β-galactosidase ativa a frio.

Em escala comercial, é produzida a partir de microrganismos com status GRAS para aplicação em leite e laticínios.

As lipases são enzimas que catalisam a hidrólise de triglicerídeos de cadeia longa, sendo as de origem microbiana são produzidas por bactérias, fungos e leveduras. Encontram grande aplicação nas indústrias de laticínios, panificação, suco de frutas, cerveja e vinho, sendo usadas principalmente para o desenvolvimento de sabor em produtos lácteos e processamento de outros alimentos que contêm gordura. Podem melhorar o sabor característico do queijo, agindo sobre as gorduras do leite para produzir ácidos graxos livres após a hidrólise. Também são usadas como agentes de desenvolvimento de sabor em manteiga e margarina, bem como para prolongar a vida útil de vários produtos de panificação. Em bebidas alcoólicas, como o vinho, o aroma pode ser modificado usando lipase.

As proteases representam 60% das enzimas industriais do mercado. Catalisam a hidrólise de ligações peptídicas presentes em proteínas e polipeptídeos e podem ser classificadas com base em sua origem, atividade catalítica e natureza do grupo reativo no sítio catalítico. As principais fontes são animais, plantas e microrganismos (bacterianos e fúngicos). São divididas em dois grupos: exopeptidases e endopeptidases, com base no local de ação nas cadeias polipeptídicas. As exopeptidases agem nas extremidades das cadeias polipeptídicas e as endopeptidases agem aleatoriamente nas regiões internas das cadeias polipeptídicas. As proteases vegetais, como a bromelaína, ficina e papaína, são amplamente utilizadas na indústria de alimentos para várias aplicações, como cerveja, amaciamento de carne, coagulação do leite e como auxiliar digestivo. Além disso, de forma geral, são utilizadas para melhorar o sabor, valor nutricional, solubilidade e digestibilidade das proteínas dos alimentos, bem como para modificar suas propriedades funcionais, incluindo coagulação e emulsificação. Uma aplicação importante está associada à indústria de laticínios; as proteases de ocorrência natural contribuem significativamente para as características de sabor do queijo. São utilizados para acelerar o amadurecimento, modificar as propriedades funcionais e reduzir as propriedades alergênicas dos produtos lácteos. Na fabricação de queijo, também são usadas para hidrolisar a ligação peptídica específica para gerar paracaseína e macropeptídeos.

As glucoamilases, também chamadas de sacarificantes, são enzimas exo-atuantes que catalisam a hidrólise do polissacarídeo da extremidade não redutora, liberando β-glicose. São produzidas principalmente por Aspergillus niger e Aspergillus awamori, sendo a produzida por Rhizopus oryzae amplamente utilizada para aplicações industriais. A maioria é estável em baixas temperaturas, perdendo atividade em temperaturas mais altas devido a mudança conformacional. Encontram ampla gama de aplicações na produção de xaropes com alto teor de glicose e de frutose e, na indústria de panificação, melhoram a qualidade da farinha, reduzem o endurecimento da massa, bem como melhoram a cor da crosta do pão e a qualidade de produtos de panificação com alto teor de fibra. Também desempenham papel importante na produção de saquê e molho de soja, bem como na produção de cerveja light, onde metabolizam as dextrinas e as convertem em açúcares fermentáveis com valor calórico e teor alcoólico reduzidos na cerveja.

Das várias enzimas derivadas de microrganismos, as asparaginases formam uma classe importante de enzimas nutracêuticas e industrialmente significativas. Como o próprio nome indica, a asparaginase catalisa a degradação da asparagina em ácido aspártico derivado de ácido subsequente e NH3 e pode ser considerada como a enzima depletora de asparagina, um aminoácido não essencial para os humanos, ao passo que é um aminoácido essencial para as células cancerosas. Assim, a depleção da asparagina afeta criticamente o crescimento das células cancerosas, que constituem a base dessa enzima como agente anticâncer. Vários métodos de processamento de alimentos, como fritar em óleo e assar, causam a conversão da asparagina em acrilamida, um conhecido agente cancerígeno. Entre os vários métodos que tentam superar a formação de acrilamida, o esgotamento das asparaginas por tratamento enzimático foi considerado eficaz na redução da formação de acrilamidas a partir das asparaginas em 97%.

As pectinases são enzimas que catalisam a hidrólise de ligações glicosídicas em polímeros pécticos. Substâncias pécticas encontradas no tomate, abacaxi, laranja, maçã, polpa de limão, casca de laranja e outras frutas cítricas atuam como substrato natural para esta enzima. Funcionalmente, podem ser categorizadas como poligalacturonases, que hidrolisam as ligações glicosídicas α- (1-4); pectina esterases, que removem os grupos acetil e metoxil da pectina;, pectina liase; e pectato liase. Podem ser produzidas a partir de microrganismos naturais e também recombinantes. Com base no pH, existem pectinases ácidas e alcalinas, também agrupadas em endopectinases quando a enzima cliva aleatoriamente; e exopectinases, quando as extremidades terminais são direcionadas. Encontram uma infinidade de aplicações industriais, sendo a sua maior área de atuação a de sucos de frutas, os quais quando adicionados com pectinase, apresentam aparência mais clara e capacidade de filtração. Além de reduzir a turbidez e a geração de névoa de sucos de frutas de origem natural, também melhoram a cor e o sabor das bebidas.

As fitases são enzimas utilizadas para aumentar o volume e melhorar a textura do pão. Além disso, reduzem o conteúdo de fitatos, bem como o tempo de fermentação da massa, sem afetar o pH, a viscosidade e a mastigabilidade. Também são usadas como melhoradores alimentícios, especialmente em produtos originários de leguminosas e cereais.

As lacases são um agrupamento de oxidases que representam o maior subgrupo de enzimas multicobre. Comumente conhecidas como oxidases azuis, são utilizadas para estudar seu potencial de oxidação de compostos fenólicos e, portanto, aplicadas em diversos setores industriais. Essas enzimas atuam como um biocatalisador potente para aplicação em síntese química, bio-branqueamento de polpa de papel, biorremediação, biossensor e estabilização de vinhos. Possuem especificidade diferente para substrato e uma ampla gama de substratos oxidáveis, que depende ainda do tipo de fontes microbianas que produzem a enzima. É usada para modificar a aparência da cor em alimentos e bebidas ou para estabilizar o vinho, como alternativa aos adsorventes físicos e químicos; e, na indústria de panificação, é usada devido a capacidade de se reticular com biopolímeros. Sua aplicação aumenta a estabilidade, resistência e diminui a viscosidade, o que aumenta ainda mais a usinabilidade da massa de pão. Além disso, aumenta o volume e a suavidade do produto.

As xilanases são produzidas por microrganismos para clivar as xilanas, um dos principais constituintes da hemicelulose. Três enzimas principais agem sinergicamente e são necessárias para a quebra da estrutura do xilano na hemicelulose: endoxilanases, que clivam as ligações β-1,4 da estrutura de xilano; exoxilanases, que hidrolisam as ligações β-1,4 do xilano das extremidades não redutoras e liberam xilooligossacarídeos; e β-xilosidases, que clivam a xilobiose e os xilooligossacarídeos para liberar xilose. As principais funções das xilanases são desempenhadas por um módulo catalítico e poucas classes possuem um módulo de ligação a carboidratos adicional para ligação aos substratos. Geralmente, são usadas na indústria de panificação para melhorar as propriedades reológicas da massa, por meio da hidrólise enzimática de polissacarídeos não amiláceos. Também são usadas para melhorar a textura, sabor e palatabilidade em biscoitos e desempenham papel importante na produção de sucos, melhorando a extração, clarificação e estabilização.

As celulases são enzimas que atuam na celulose polimérica e hidrolisam as ligações β-1,4 para liberar unidades de glicose. As três classes principais são endo- (1,4) -β-d-glucanase, exo- (1,4) -β-d-glucanase e β-glucosidases. A fabricação industrial é principalmente a partir de fontes microbianas, bactérias e fungos. Na indústria de sucos, são aplicadas em combinação com outras enzimas maceradoras para aumentar o desempenho e rendimento do processo, melhorando os métodos de extração, clarificação e estabilização dos sucos. Também podem reduzir a viscosidade do néctar e do purê de frutas, como damasco, manga, ameixa, mamão papaia, pera e pêssego, e são usados para a extração de flavonóides de flores e sementes. Na produção de vinho, são usadas em combinação com outras enzimas para aumentar o rendimento e a qualidade, sendo as principais vantagens do uso dessas enzimas, a maceração melhorada, melhor desenvolvimento da cor, clarificação do mosto e, finalmente, estabilidade e qualidade do vinho.




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