Enzimas aplicadas na indústria de alimentos

Transcrição

1 Enzimas aplicadas na indústria de alimentos

2 Álcool e derivados Amidos e açúcares Cervejaria Sucos de frutas Aplicações das enzimas no setor alimentício Latícinios e derivados Vinicultura Panificação e biscoitaria Óleos e gorduras

3 Enzimas provenientes de animais e plantas utilizadas na fabricação de alimentos

4 Enzimas provenientes de animais e plantas utilizadas na fabricação de alimentos

5 Enzimas provenientes de microrganismos utilizadas na fabricação de alimentos

6 Enzimas provenientes de microrganismos utilizadas na fabricação de alimentos

7 Enzimas provenientes de microrganismos utilizadas na fabricação de alimentos

8 Enzimas Componentes da Reação Enzimática E + S E S P + E Substrato se liga ao SÍTIO ATIVO da enzima

9 Energia de ativação Enzimas Diferença entre os níveis de energia do estado basal e do estado de transição Energia de ativação sem enzima Diferença entre a energia livre de S e P S P Energia de ativação com enzima Caminho da Reação

10 Modelo do encaixe induzido Uma enzima complementar ao estado de transição da reação ajudará a desestabilizar o bastão, resultando em catálise da reação. As interações entre substrato e enzima fornecem a energia que compensa o aumento de energia livre necessária para dobrar o bastão.

11 Modelo do encaixe induzido a) Aproximação entre substrato e enzima induz a formação do sítio ativo. b) Tensão no substrato induzida pela ligação do substrato à enzima, contorce os ângulos normais de ligação e ativa o substrato.

12 Modelo do encaixe induzido

13 Encaixe induzido: enzima e o substrato sofrem conformação para o encaixe. O substrato é distorcido para conformação exata do estado de transição.

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15 CARBOIDRASES Catalisam a degradação de carboidratos: hidrólise das ligações glicosídicas entre monossacarídeos formadores de oligo ou polissacarídeos.

16 Características gerais e modo de ação das carboidrases Clivagem da ligação glicosídica: especificidade Configuração do substrato: D-sacarídeos, α ou β anômeros Tamanho da molécula ou substrato Padrões de endo- e exo- atividade

17 Amilases Hidrolisam ligações α-1,4 e/ou α-1,6 presentes no amido, glicogênio e sacarídeos derivados. Amido: amilose e amilopectina Gelatinização do amido para ataque das enzimas

18 Extremidade não-redutora Ligação 1,6 Extremidade redutora Estrutura geral e Ramificações da amilopectina Proporção de ligações 1,6 e 1,4 é de 1:20 (a cada 21 ligações glicosídicas teremos uma ligação 1-6)

19 GLICOGÊNIO Polímero de -D-glicose ramificado Fígado e músculos esqueléticos Similar à amilopectina, porém mais densamente ramificado: cada ramo 8-12 resíduos Fígado: 7% do peso úmido 0,01 M (glicose livre = 0,4M)

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21 Enzimas que agem sobre o amido e glicogênio Endoenzimas Enzima Ligação preferencial para hidrólise Substrato preferencial Produto α- amilase α- 1,4 Amido Dextrinas e maltose isoamilase α-1,6 Amilopectina Amilose (dextrinas lineares) isomaltase α-1,6 Dextrinas-limite Maltose, maltotriose ciclomaltodextrinase α- 1,4 Ciclodextrinas e dextrinas lineares Maltose e maltotriose Pululunase α-1,6 Pululana e amilopectina Maltotriose e dextrinas lineares

22 Enzimas que agem sobre o amido e glicogênio Exoenzimas Enzima Ligação preferencial para hidrólise Substrato preferencial Produto β- amilase α- 1,4 Amido β-maltoses, dextrinas glicoamilase α- 1,4 e α-1,6 Amido β-glicoses α-glicosidase α-1,4 Diversos α-glicoses Ciclomaltodextrina -glucanotransferase α- 1,4 Amido Ciclodextrinas

23 Dextrina α-amilases (EC ) Hidrolisam ligações α- 1,4 existentes na amilose e amilopectina de forma aleatória, na porção central das moléculas. Produtos: mistura de oligossacarídeos de diferentes pesos moleculares dextrina ou maltodextrina.

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25 Maltodextrina é uma mistura de carboidratos provenientes da conversão enzimática do amido do milho, sendo de fácil dissolução em água, tornando-se assim, uma excelente fonte de carboidratos.

26 α-amilases Tipo ph ótimo Temperatura ótima Mamíferos 7,0 40 o C Cereais 5,0 40 o C Bacillus subtilis Bacillus licheniformis Aspergillus oryzae Aspergillus niger 5,0-7, o C 5,0-7, o C 5,0 50 o C 5,0 50 o C Termorresistentes

27 Vantagens do uso de enzimas termorresistentes O uso de altas temperaturas de reação reduz consideravelmente o risco de contaminação microbiana do meio reacional; O amido da maior parte das fontes gelatiniza em temperaturas superiores a 50 o C. Evita-se a necessidade de gelatinização prévia do amido e subsequente resfriamento do meio reacional.

28 β-amilases (EC ) Hidrolisam ligações α- 1,4 existentes na amilose e amilopectina a partir da extremidade não-redutora. β-maltose Produtos: 90% maltose, 10% glicose e maltotriose (amilose), dextrinas; Ocorre inversão da configuração do carbono C1 de α para β. Produzidas principalmente por vegetais: soja é considerada boa fonte pois tem reduzida produção de α-amilases. Bacillus polimeria é produtor de beta amilases. Enzimas vegetais: ph 5,0 a 6,0, temp ótima 30 o C. Não são enzimas termoestáveis, perdem atividade a 70 o C por 30 min

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30 Glicoamilase ou amiloglicosidase (EC ) Exoenzimas que removem unidades de glicose a partir da extremidade não-redutora de amilose e amilopectina. Clivam ligações α-1,4; α-1,3 e α-1,6. Teoricamente, convertem amido em glicose. Prática: requerem a presença de alfa-amilases. Quando a concentração de glicose é muito alta: catalisam a formação de isomaltoses (dissacarídeo Glc(α-1,6)Glc). Produzidas por microrganismos: Aspergillus e Rhizopus ph 4,0 e temp. ótima 50 a 60 o C.

31 Enzimas desramificantes Possuem mais afinidade pela ligação α-1,6. Isoamilase: age em dextrinas de tamanho médio (não age na amilopectina nativa, nem hidrolisa isomaltose). Produzida por vegetais (feijões) e bactérias (Flavobacterium). Pululunase: tipo especial de isoamilase, degrada a pululana (polímero de maltotrioses ligadas por ligações alfa 1,6). Produzida por bactérias (Aerobacter e Klebsiella).

32 Aplicação industrial 1. Bebidas alcoólicas: Leveduras alcoólicas não são capazes de degradar o amido pois não produzem amilases. O amido deve ser sacarificado: hidrólise do amido a glicose e maltose e maltodextrina esses açúcares são fermentáveis pelas leveduras.

33 Europa e países andinos: uso de malte (amilases vegetais) para produção de cerveja, uísque etc. Oriente e América do Sul: uso de amilases fúngicas para produção de saquê e tiquira. Índios da Amazônia: uso de amilases animais (da saliva humana) para produção do caxiri (bebida à base de mandioca).

34 Preparação do malte Malte é o grão de cevada submetido a um processo de germinação controlada para desenvolver enzimas e modificar o amido. A principal função do malte é fornecer açúcares e nutrientes que servirão de alimento ao fermento, produzindo álcool, gás carbônico e outros subprodutos. Além disso, a composição de maltes utilizados na formulação da cerveja vai proporcionar aromas e sabores característicos, além de influenciar na cor da bebida.

35 Sementes descacadas e selecionadas Submersas em água por 2 a 3 dias Estes grãos são adicionados aos cereais que serão sacarificados para fermentação Câmara de germinação (15 o C) Germinação (fitohormônios - giberelinas) Secagem e moagem dos gãos Alta concentração de enzimas (1000 x)

36 Aplicação industrial 2. Panificação A massa do pão também é fermentada por leveduras. O importante é a geração de CO 2 para a massa crescer. A adição de açúcares na massa pode apresentar o problema de grande disponibilidade de substrato e acelerada produção de CO 2, fazendo com que massa não consiga absorver o gás liberado, que escapa.

37 Adição de enzimas à massa: nas proporções corretas as enzimas liberam glicose, maltose e dextrinas de forma lenta e gradual durante os períodos de mistura e descanso da massa. As leveduras fermentam na taxa ideal. Pequenas quantidades de glicose livre auxiliam na formação da cor do pão (reação de Maillard). Aumento da vida de prateleira do pão: reduz endurecimento causado pela retrogradação do amido.

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39 α-amilases de A. oryzae + β-amilase farinha trigo: bons resultados de volume. São entretanto termolábeis: atingem apenas o amido que foi danificado durante a obtenção da farinha. Pouca manutenção do frescor ao longo da vida de prateleira. α-amilases termorresistentes: origem bacteriana, resistem a temperatura do forno e entram em contato com o amido gelatinizado. Aumentam a vida de prateleira, mas apresenta risco de superdosagem.

40 Aparência e Ingredientes: Pó branco a levemente amarelo. Farinha de trigo enriquecida com ferro e ácido fólico, flocos debatata, açúcar, fécula de batata, gordura vegetal, gema de ovo, leite em pó modificado, sal, condimento preparado sabor batata, enzima hemicelulase, emulsificante estearoil-2-lactil lactato de cálcio, MELHORADORES DE FARINHA ALFA AMILASE e ácido ascórbico.

41 Aplicação industrial 3. Amido hidrolisado Ciclodextrina Ciclo-maltodextrina-glucano-transferase Amido α-amilase Liquefação Glicoamilase + pululunase Xarope de glicose Maltodextrina Sacarificação β-amilase + pululunase Xarope de maltose Glicose isomerase Isomerização HFCS

42 Principais aplicações dos xaropes de maltose, glicose e frutose Maltose (%) Glicose (%) Frutose (%) Aplicação Produtos de panificação, confeitaria, congelados e cervejas Efeito Controle da textura, umidade e características congelamento, melhora cor Sorvetes e balas Controle da higroscopicidade e cristalização Geléias, refrigerante, panificação Alimentos infantis e para atletas, geléias, panificação Doces, refrigerante, condimentos, molhos, cereais, sorvetes, panificação Controle da doçura, da viscosidade e higroscopicidade, estabilização flavor Fonte de energia instantânea, controle doçura, confere brilho e caramelização Substituição da sacarose, umectante, evita a cristalização e promove reações de escurecimento

43 O Gli-INSTAN é elaborado a partir do açúcar de cana, este produto contém glicose para consumo via oral, nos casos emergenciais de hipoglicemia.

44 INGREDIENTES: XAROPE DE GLICOSE, COBERTURA SABOR CHOCOLATE (20%) (AÇÚCAR, GORDURA VEGETAL, CACAU EM PÓ, SORO DE LEITE, LEITE DESNATADO EM PÓ, SAL, ESTABILIZANTES LECITINA DE SOJA E322, TRIESTEARATO DE SORBITANA E492 E ÉSTER DE POLIGLICEROL DE ÁCIDO RICINOLÉICO E475 E AROMATIZANTE), FLOCOS DE CEREAIS (16%) (FARINHAS DE ARROZ E DE MILHO, AÇÚCAR, MALTODEXTRINA, EXTRATO DE MALTE E SAL), POLIDEXTROSE, BISCOITOS SABOR CHOCOLATE (12%) [FARINHA DE TRIGO RICA COM FERRO E ÁCIDO FÓLICO, AÇÚCAR, GORDURA DE PALMA, CACAU, SAL, CORANTE CARAMELO E150d, FERMENTO QUÍMICO (BICARBONATO DE SÓDIO E500ii E PIROFOSFATO DE SÓDIO E450iii) E ESTABILIZANTE LECITINA DE SOJA E322], AVEIA EM FLOCOS (9,8%), CREME (6%) (XAROPE DE GLICOSE, GORDURA VEGETAL, SORBITOL, CORANTE DIÓXIDO DE TITÂNIO E171 E EMULSIFICANTE MONO E DIGLICERÍDIOS DE ÁCIDOS GRAXOS E471), AÇÚCAR INVERTIDO E AROMA NATURAL CHOCOLATE. CONTÉM GLÚTEN.

45 Xarope de glicose

46 Produção de ciclodextrinas Oligossacarídeos cíclicos produzidos pela ação da enzima Ciclomaltodextrina-glucano-transferase (CGTase) sobre o amido. Reação: hidrólise das cadeias do amido, separando oligossacarídeos de 6, 7, 8 unidades de glicose e subsequente formação de oligossacarídeos cíclicos.

47 Hidroxilas projetam-se para fora do anel formado, deixando uma cavidade hidrofóbica interna capaz de complexar com diversos compostos

48 Servem como veículos para dispersão de compostos hidrofóbicos (aromas, pigmentos, fármacos) Cavidade apolar Hidroxilas secundárias Hidroxilas primárias