Enzimas amilolíticas

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Volume 3 - Tecnologia, usos e potencialidades de tuberosas amilceas Latino Americanas

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CULTURAS DE TUBEROSAS AMIL`CEAS LATINO AMERICANAS

Captulo 15Hidrlise do amido.

Rodolphe Surmely1 , Hugo Alvarez1, Marney Pascoli Cereda2 & Olivier F. Vilpoux2

15.1. INTRODUO

Os amidos podem ser hidrolisados por via qumica (cidos, calor e presso) oupor via enzimtica. Os hidrolisados por enzimas so os mais importantes amidosmodificados comerciais. Incluem desde dextrinas at os aucares derivados deamido, passando pelas ciclodextrinas (ver Captulo 17 deste Volume).

O Brasil um dos principais produtores mundiais de mandioca, com transfor-mao industrial da raiz em farinha e fcula. Nos pases Europeus e nos Estados-Unidos, mais de 50% da produo de amido destinada produo de hidrolisadostais como glicose, maltose, dextrinas e maltodextrinas. No Brasil, a Corn Productse a Cargill, duas multinacionais americanas, so as maiores produtoras dehidrolisados e como as demais empresas mundiais do setor, utilizam apenas oamido de milho como matria-prima.

Os hidrolisados, pelas suas propriedades especficas e seus diferentes usos nossetores alimentcios, constituem uma excelente valorizao da fcula. A Tailndia,ndia e China produzem xaropes de glicose a partir de fcula de mandioca emescala industrial, demonstrando a viabilidade do processo com esta matria-pri-ma. No Brasil apenas uma fecularia produz glicose, por processo cido.

Os estudos econmicos realizados por Vilpoux (1996) mostraram que h mer-cado potencial para os hidrolisados no Brasil, sobretudo para atender clientes pe-quenos e mdios. Apesar da pouca literatura disponvel os hidrolisados produzi-dos a partir de fculas, incluindo os de mandioca, tm as mesmas propriedadesdos hidrolisados de milho. Uma vantagem competitiva no caso da mandioca, deque os hidrolisados podem ser elaborados atravs de um processo mais simples ecom menor investimento, devido a caractersticas particulares das fculas, taiscomo menor temperatura de gelificao e menores teores de protenas e lipdeos.

1 - Engenheiros de Alimentos Bolsistas do Programa RHAE.

2 - ONG RAZES - Av. Manac, 524 18607-170 Botucatu SP. [email protected] e

[email protected].

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Figura 15.1 Terminais redutores e no redutores de carboidratos, em funo de grupos

funcionais.

Grupos funcionais aldedicos e cetonas aparecem nas molculas doscarboidratos, proporcionando um stio ativo para reaes. Em funo da presenaou no destes radicais, os carboidratos podem ser classificados em redutores e noredutores. A identificao ou determinao dos radicais redutores so feitos comindicadores, o mais conhecido e utilizado deles sendo o cobre. Solues de cobrepodem mudar de cor se estiverem na forma reduzida ou oxidada. A determinaodos carboidratos redutores pode ser feita por reao quente com uma soluoreduzida de cobre (de cor azul), que passa na forma oxidada para a cor laranja-tijolo. Esta reao a base de mtodos de anlise como a de Layne-Einon ouSomogyi-Nelson, entre outros.

Um outro fato a ser destacado que a partir da mandioca podem ser utilizadascomo matrias-primas para produo de hidrolisados a fcula, farinha e farelo,entre outros. Para tornar essa potencialidade em realidade, necessria a avalia-o dessas matrias-primas para permitir a escolha mais adequada.

A obteno de xaropes por via enzimtica requer o controle de uma ou maisreaes enzimticas e a integrao industrial da etapa enzimtica com o restantedo processo. Como so disponveis no comrcio muitas enzimas comerciais, aseleo de enzimas especficas, a escolha do substrato e as determinaes dascondies operacionais so primordiais.

O processo enzimtico permite a fabricao de uma ampla gama de hidrolisadocom a mesma linha de equipamentos, enquanto que por via cida possvel ape-nas a produo de glicose e dextrina. Entretanto, a produo de cada tipo dehidrolisado requer ajustes de parmetros e condies experimentais especficas.Neste Captulo so apresentados os processos gerais e as etapas de produo comdestaque de glicose DE 38, maltose e maltodextrinas DE 10, na forma lquida,concentrada e desidratada.

As avaliaes de laboratrio foram estabelecidas tendo em conta as condiesindustriais. Um aumento de escala do laboratrio para piloto foi realizado, paraverificar as dificuldades e avaliar as modificaes de comportamento dos equipa-mentos e do processo enzimtico com a mudana de escala.

Na produo de hidrolisados de amido por converso enzimtica as enzimasrepresentam um alto custo. A imobilizao destas enzimas pode ser uma forma deconseguir sua reciclagem e reutilizao, minimizando assim o custo de produo.Um dos mtodos de imobilizao usa membranas de ultrafiltrao e neste caso, o aparelho de ultrafiltrao pode cumprir a funo de reator enzimtico.

15.2. ACARES REDUTORES E DEXTROSE EQUIVALENTE

Para entender as modificaes que ocorrem durante a ao enzimtica, im-portante uma introduo sobre os acares redutores. Os acares redutores vmde carboidratos redutores, que possuem radicais aldedos ou cetonas (Figura 15.1).

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Na Figura 15.3, apresentada a molcula plana de glicose, com as numeraesde carbono. O radical redutor ser sempre o carbono 1 (C1), enquanto que o carbo-no (C4) uma extremidade no redutora.

As molculas orgnicas, embora representadas na sua forma plana, sempreapresentam formas espaciais curvas, em razo dos ngulos das ligaes glicosdicas.No caso da glicose, o ngulo de 107, de forma que nas suas formas espaciais, amolcula da glicose pode estar configurada como na Figura 15.4, em formatocncavo ou convexo. Ainda assim apresenta sempre uma extremidade redutora euma no redutora. A configurao espacial confere maior reatividade entre radi-cais, uma vez que podem ficar mais prximos ou mais expostos.

Figura 15.4Formas espaciais da -D-glicose, cncava (em forma de barco) (A)

e convexa (B).

A Figura 15.5 representa as molculas de glicose, onde a ligao entre duasmolculas de glicose d origem a uma molcula de maltose, com apenas um radi-cal redutor, no C1, uma vez que a ligao glicosdica se d pela reao entre o C1de uma molcula de glicose e o C4 da outra. Desta forma, medida que ocorre apolimerizao das unidades de glicose para sintetizar o amido, as extremidadesredutoras diminuem e o polissacardeo se torna cada vez menos redutor.

Figura 15.5Tipos de ligaes entre molculas de glicose para formao de maltose e amido.

Legenda: forma reduzida (A); oxidada (D); intermedirios (B e C); testemunha (T) sem acarredutor.Fonte: http://web.ukonline.co.uk/webwise/spinneret/nutrition/benedt.htm (2003).

Figura 15.2Colorao de solues de acares redutores com soluo de cobre diluda.

Carboidratos como a glicose e frutose, apresentam terminais redutores, sendoaldedicos na glicose e cetnico na frutose. A Figura 15.3 apresenta a molcula deglicose e suas formas, reduzida (D-glicose) e oxidada (D-gluconato).

Figura 15.3Molcula de glicose e suas formas reduzida e oxidada.

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15.3. HIDRLISE DO AMIDO

Entre os hidrolisados de amido, as modificaes enzimticas so as mais valo-rizadas. No entanto, possvel obter alguns tipos de amido por hidrlise qumica.Surmely (1996) relata as vantagens da hidrlise enzimtica em comparao hidrlise cida: A neutralizao de uma hidrlise cida produz quantidade significativa de sal,

enquanto que na hidrlise enzimtica, os teores de minerais so mnimos, per-mitindo o uso de resinas trocadoras de ons para remover os sais formados eobter xarope de condutncia leve;

Na hidrlise enzimtica, o volume de carvo ativado usado para remover com-postos coloridos e compostos responsveis de odores e sabores indesejveis menor;

Simplificao da linha de produo, com reatores unitrios de liquefao, saca-rificao e descolorao;

Ganho de energia, pois a liquefao cida tradicional, em processo por batela-da, exige cozimento sob presso com temperatura alta. A liquefao enzimticada fcula de mandioca pode ser realizada em temperatura de 85C, durante al-guns minutos;

A hidrlise enzimtica possibilita a fabricao de uma gama completa de hidro-lisados, com a mesma linha de equipamentos.

Apesar de todas essas vantagens, os custos elevados da linha de processamentoenzimtico e das enzimas so fatores restritivos para a aplicao desta tecnologia.Alm do investimento inicial, a tecnologia enzimtica exige mo de obra maisespecializada, assim como laboratrios e anlises mais sofisticados.

15.3.1. HIDRLISE QUMICA DO AMIDO

A hidrlise qumica do amido bastante utilizada no Brasil, em razo do seubaixo investimento. O principal produto a pirodextrina, descrita com maioresdetalhes no Captulo 12 sobre Amidos Modificados, neste Volume.

Alm da pirodextrina, a hidrlise cida permite a produo de glicose. Esseprocesso utilizado nas empresas brasileiras para produo de xarope de glicose.Entre os acares produzidos como hidrolisados do amido, mais difcil obterprodutos de boa qualidade com processo cido e calor.

O nmero de extremidades redutoras d uma idia da polimerizao da mol-cula de amido. Por conveno, considera-se que o valor redutor da glicose de100%. Ao se medir as extremidades redutoras do amido e seus produtos dehidrlise, os resultados sero expressos em glicose equivalente ou Dextrose Equi-valente (DE). Quanto maior o valor de DE, maior o efeito de hidrlise oudespolimerizao do amido. possvel caracterizar os hidrolisados de amido peloequivalente dextrose (DE): DE tem valor de 100 quando a proporo das molculas de glicose de 100%; DE tem valor de 52,6 quando a proporo das molculas de maltose de 100%; DE tem valor prximo de 0 quando o amido no hidrolisado.

Dois hidrolisados preparados em condies diferentes, podem ter a mesma DEe apresentar um perfil completamente diferente de acares (Figura 15.6). Conse-qentemente, as propriedades dos dois hidrolisados sero diferentes.

Legenda: GP: Grau de polimerizao; GP1:glicose, GP2:maltose, GP3:maltotriose e GP>7:dextrinas.Fonte: Alvarez (1997).

Figura 15.6Perfil em sacardeos de xarope de glicose DE 42 (processo cido)

e de maltose DE 42.

Os dois hidrolisados de amido da Figura 15.6 apresentam o mesmo DE 42. Noentanto um xarope de glicose com quantidade decrescente de produtos depolimerizao (expressos em DE) de glicose e maltose (GP1 e GP2) e produtos de3 a 7 resduos de glicose. O restante (DE > 7) de dextrina. Com o mesmo DE, operfil do xarope de maltose bem diferente, com predominncia de maltose, teo-res baixos de glicose, maltotriose (GP1 e GP3) e dextrinas.

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Os grnulos de amido so insolveis na gua fria. A gua, quando penetra nasreas amorfas do grnulo, forma ligaes de hidrognio com os grupos hidrfiloslivres da molcula de amido. Estas ligaes so uma fora fraca, mas o nmero deligaes no grnulo to alto que impede sua dissoluo (Swinkels, 1985). Por-tanto, os grnulos de amido incham levemente na gua fria (10 a 15 % do dime-tro), mas o inchamento reversvel por secagem. Quando a temperatura da sus-penso maior que a fora de ligao de hidrognio, o grnulo de amido comeaa inchar irreversivelmente e ocorre a gelificao. Na gelificao ocorre formaode ligaes entre molculas de gua e grupos hidroxilas, liberados pela entrada degua (Thiebault e Colonna, 1988). A gelificao de um amido o primeiro passopara o processo de hidrlise, pois as enzimas atacam muito lentamente o amidogranular.

Embora hajam diferenas pronunciadas entre amidos e fculas, no que dizrespeito as suas propriedades funcionais (Volume 1 desta Coleo), os produtosde hidrlise sero muito semelhantes, principalmente os hidrolisados de mais bai-xo peso molecular.

15.4. AS ENZIMAS

Alm do amido, as enzimas so os agentes mais importantes nas reaes dehidrlise. Aquelas usadas no processo de hidrlise so tambm chamadas dediastases, ou enzimas amilolticas. So compostos de natureza protica que atuamcomo catalisadores biolgicos em todas as reaes metablicas energeticamentepossveis e aceleram essas reaes por ativao especfica (Chaplin e Bucke, 1990).As enzimas permitem tambm alcanar rapidamente o estado de equilbrio dareao, por diminuir a energia de ativao e aumentar assim a velocidade. Asenzimas no sofrem modificao durante reao e ao final de cada ciclo voltam aapresentar a mesma atividade (Lehninger, 1985).

As enzimas so macromolculas da categoria das protenas globulares. Algu-mas so holoprotenas, constitudas somente de uma cadeia de aminocidos en-quanto que outras so heteroprotenas, contendo uma parte no protica. Essaparte no protica o co-fator, que pode ser inorgnico como um metal ou orgni-co como uma coenzima. As enzimas apresentam dupla especificidade (Lehninger,1985): Especificidade reacional: uma enzima s pode catalisar um tipo de reao, como

por exemplo a hidrlise das ligaes -1,4 glicosdicas do amido. Esta especi-ficidade serve de base classificao das enzimas (Tabela 15.1);

A hidrlise do amido tem por base o fato de que a ligao glicdica estvelem condies alcalinas mas hidrolisada em condies cidas. Se o amido fortratado por cidos minerais ou enzimas especficas, o resultado um fracionamentodo polmero com liberao de molculas menores (French, 1984). Esse processo chamado hidrlise e se for completa, dar origem apenas a glicose.

15.3.2. HIDRLISE ENZIM`TICA DO AMIDO

Os produtos de converso enzimtica do amido vo da glicose a dextrinas depeso molecular elevado. A matria-prima para obteno dos hidrolisados o ami-do, polissacardeo constitudo de cadeias retas e ramificadas onde cada molcula formada de vrias centenas de unidades glicose, ligadas entre si. Maiores deta-lhes sobre a estrutura do amido podem ser encontrados no Volume 1 desta Srie.

O amido um hidrato de carbono, composto por carbono, hidrognio e oxig-nio na proporo de 6:10:5 de formula geral (C6H10O5)n. As unidades de glicoseesto ligadas entre si pelo C1 e C4 atravs de oxignio (Figura 15.7), formandouma ligao glicdica (Whister e Daniel, 1984). O amido composto principal-mente de amilose e amilopectina. A amilose um polmero linear constitudo porem torno de 6.000 unidades de glicose, conectadas por ligaes (1,4) (Figura15.5). Seu grau de polimerizao depende da fonte do amido.

A amilopectina tem uma estrutura altamente ramificada, constituda por ca-deias de amilose, de grau de polimerizao entre 10 e 60 unidades de glicose.Estas cadeias so conectadas entre si por ligaes (1,6) (Figura 15.7). As unida-des de glicose com ligaes (1,6) da amilopectina, representam apenas 5 % dototal das ligaes da amilopectina (Whister e Daniel, 1984). A amilopectina apre-senta grau mdio de polimerizao superior a um milho.

Fonte: Alvarez (1997) ; Surmely (1997) Figura 15.7

Estrutura da molcula de amilopectina.

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15.4.1. PROPRIEDADES DAS ENZIMAS

Mouranche (1985) cita algumas condies para que as enzimas possam serempregadas com o mximo de desempenho: Especificidade: para cada fase da reao, h necessidade de apenas um tipo de

enzima; Otimizao do pH: todas as enzimas so sensveis s variaes da concentrao

hidrogeninica (H+) do meio. Existe um pH para qual a atividade enzimtica mxima, que pode ser bsico ou cido em funo da enzima. O pH timo deuma enzima no obrigatoriamente igual ao pH do seu meio natural;

Otimizao da temperatura: como para o pH, as enzimas tm uma temperaturaou uma faixa de temperatura na qual a atividade mxima. Em geral, prefer-vel usar enzimas que suportam alta temperatura para permitir aumento da cin-tica da reao e proteger o meio contra eventuais contaminaes microbianas;

Unidade da atividade enzimtica: a unidade internacional de atividade enzim-tica, o katal (kat), foi definido como a quantidade de enzima que transforma umMol de substrato por segundo, sob condies experimentais padres. Para umaunidade menor usa-se a quantidade de enzima que transforma um Mol de subs-trato por minuto. Apesar desta normatizao internacional, cada fabricante deenzima define as prprias unidades em condies experimentais particulares.

15.4.2. ENZIMAS AMILOLTICAS

As enzimas amilolticas pertencem categoria das enzimas que catalisam asreaes de hidrlises (hidrolases) e mais particularmente, categoria das enzimasque catalisam as reaes de amido (Mercier, 1985). Elas podem ser classificadaspelo mecanismo de ao ou pela ao em si (Robyt, 1984; Forgarty, 1983). Classificao das enzimas amilolticas de acordo com o mecanismo de ao: Endo enzimas: -amilase, CGTase e pululanase, que cortam ao acaso as liga-

es glicdicas no interior da molcula; Exo enzimas: -amilase, amiloglicosidase, que hidrolisam a molcula a par-

tir de uma extremidade no redutora.

Especificidade do substrato: algumas enzimas tm especificidade restrita a umsubstrato e no podem atacar molculas diferentes, mesmo com estrutura seme-lhante. Entretanto, outras possuem especificidade mais ampla e atuam sobrevrios substratos.

Tabela 15.1Classificao das enzimas em funo das reaes que catalisam.

Categorias Tipo de reao catalisadaOxiredutases Transfere eltronsTransferases Reao de transferncia de grupoHidrolases Reao de hidrliseLiases Adio de grupo a ligaes duplasIsomerases Transferncia de grupo no interior de uma molcula

com formao de ismerosLigases Formao de ligaes C-C, C-S, C-O, C-N

e clivagem do APTFonte : Lehninger (1985)

Segundo Cuvelier (1993), a origem das enzimas pode ser: Vegetal: as enzimas desta origem usadas pela bio-indstria podem ser protea-

ses, como a papana do mamo, a bromelina do abacaxi e a ficina do figo. Umcomplexo amilottico muito usado na indstria cervejeira o malte de cereais.

Animal: somente uma categoria de enzimas apresenta atualmente interesse in-dustrial, so as pepsinas bovinas e do porco.

Microbiana: o processo fermentativo a fonte quase que exclusiva de obtenode enzimas comerciais. As vantagens desta fonte so numerosas, como umaindependncia geogrfica e de estao, a utilizao de um substrato barato, ren-dimentos de produo aumentados por seleo de cepas microbianas e uma pro-duo de enzimas com propriedades e especificidades diversas.

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Fonte: Alvarez (1997).Legenda: as setas representam os pontos de clivagem.

Figura 15.8Possibilidades de modificaes do amido por via enzimtica.

15.4.3. ENZIMAS AMILOLTICAS COMERCIAIS NO BRASIL

Antes de proceder ao processamento de hidrolisados com matrias-primas poucoconhecidas, importante estabelecer os perfis das principais enzimas comerciaisdisponveis no Brasil. As preparaes enzimticas de grau alimentcio apresen-tam-se na forma de um lquido no viscoso, de cor marrom escura. As prepara-es de enzimas usadas na produo de hidrolisados podem ser divididas em 3categorias, devido s caractersticas das preparaes:

-amilase termoresistente, cuja temperatura de ao superior a 90C; -amilase termosensvel, cuja temperatura de ao situa-se entre 70 a 80C; Enzimas de sacarificao de tipo amiloglicosidase e -amilase.

Apesar das tentativas de padronizao internacional, a atividade das prepara-es especfica de cada produtor ou comerciante. As unidades exigem substratos,temperaturas e pH diferentes, dificultando a comparao das atividades a partirdas fichas tcnicas dos produtos.

Em condies fora dos parmetros timos, as atividades das preparaesenzimticas e por conseqncia o perfil de hidrlise, mudam totalmente. Parapoder uniformizar as atividades enzimticas de cada enzima, adotou-se neste ca-ptulo expressar como atividade enzimtica o aumento do DE em relao ao valor

Classificao das enzimas amilolticas de acordo com a ao: -amilase: uma enzima que catalisa especificamente e ao acaso (endo

enzima) a hidrlise das ligaes (1-4) do amido, mas no pode catalisar ahidrlise das ligaes (1-6). Esta enzima transforma o amido em -dextrinasde alto peso molecular. A ao da -amilase sobre a amilose produz apenasdextrinas. A -amilase considerada uma enzima liquidificante, porque re-duz drasticamente a viscosidade de pastas gelificadas de amido.

-amilase: catalisa especificamente a hidrlise das (1-4) do amido a partirde uma extremidade no redutora (exo enzima) produzindo apenas maltose,acar composto de duas unidades de glicose unidas por ligao (1-4),com apenas uma extremidade redutora. A ao da -amilase sobre a amiloseproduz apenas maltose. Glicose pode aparecer apenas se o nmero de unida-des de glicose mpar, de forma que ao cortar maltose, sobra uma glicose. A-amilase considerada uma enzima sacarificante porque produz acares apartir do amido.A ao conjunta de e -amilases sobre a amilopectina, com a impossibili-dade de hidrolisar as ligaes (1-6), produz as dextrinas-limites, designa-o genrica para um conjunto de dextrinas de diferentes pesos moleculares,nas quais todas as extremidades possuem uma unidade de glicose ou umaunidade de maltose, ligadas por (1-6).

Glucoamilase ou amilo-1,6-glicosidase: uma enzima liquidificante esacarificante, que hidrolisa completamente o amido em glicose a partir deuma extremidade no redutora. a nica capaz de hidrolisar ao mesmo tem-po as ligaes (1-4) e (1-6). O resultado da converso enzimtica do ami-do por glucoamilase a transformao total em unidades de glicose.

As enzimas desramificantes: incluem diversas enzimas deste tipo, como aR-enzima, pululanase, isoamilase e oligo-1,6-glicosidase. Estas enzimas socapazes de hidrolisar apenas as ligaes (1-6) do amido. Elas tm caracte-rsticas e especialidades diferentes, mas no geral removem as ramificaes,transformando o amido em dextrinas retas.

Ciclicizantes ou CGTases: diversos microrganismos produzem estas endo-enzimas capazes ao mesmo tempo, de cortar dextrinas de 7, 8 e 9 molculasde glicose e promover sua ciclizao para formar ciclodextrinas. Os deriva-dos enzimticos do tipo ciclodextrinas so abordados no Captulo 17 desteVolume.

A Figura 15.8 apresenta as diversas possibilidades de modificao do amidopor via enzimtica, com enzimas que promovem a liquefao, sacarificao eciclizao.

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principalmente em relao ao calor. O nvel de concentrao de clcio foi ajusta-do em cada ensaio, de acordo com as recomendaes que constavam da fichatcnica.

TERMAMYL 120 LThermamyl um preparado enzimtico liquido e concentrado, a base de

-amilase termo-estvel, produzido a partir de uma cepa selecionada de Bacilluslicheniformes. A enzima hidrolisa as ligaes -1,4 do amilose e da amilopectina,convertendo rapidamente o amido em dextrinas e oligossacardeos solveis.Thermamyl foi especialmente desenvolvido para promover a liquefao(dextrinizao) do amido e produo de maltodextrinas. A ficha tcnica destaenzima : Aplicaes: Indstriaalimentcia: acares, lcool, bebidas e cerveja. Indstriade fermentao: vitaminas, aminocidos, antibiticos, etc. Indstria txtil e adesivos.

Caractersticas: Aparncia: Lquido no viscoso de grau alimentcio. Cor: marrom escuro. Densidade: 1,2 g/mL.

Propriedades segundo o fornecedor: Atividade: 120 KNU / g (1 KNU: quantidade de enzimas que hidrolisa 5,26g

de amido por hora, avaliado pelo o mtodo standard da Novozymes A/S). Parmetros timos: pH: 6 8. Temperatura: 90 - 105C. Clcio: 30 60 mg/kg.

O aumento do DE inicial em funo do tempo, para uma determinada concen-trao enzimtica, com 35% de fcula e temperatura de reao de 90 C, apre-sentado na Figura 15.9.

inicial, para uma concentrao enzimtica de 1 e 3 mL de enzima / kg de fculaseca. As quantidades de enzimas, dentro da faixa recomendada, foram as das fi-chas tcnicas.

Os principais produtores e comerciantes de enzimas esto relacionados na ta-bela seguinte. As informaes foram obtidas a partir das fichas tcnicas dos pro-dutos enviados pelas indstrias.

Tabela 15.2Produtores e comerciantes de enzimas amilolticas no Brasil.

Empresas Amilases AmiloglicosidaseDanisco Ingredientes xGenencor x xGranotec x xGrunau (Henkel) xHuls do Brasil xProzyn x xWGM Gist Brocades x xNovozymes A/S x x

Fonte: Surmely (1997).

As -amilases e amiloglicosidases vendidas por Danisco, Granotec, Prozyn,Grunau e Huls so mais dirigidas ao setor de panificao. A principal empresa aNovozymes A/S, localizada no Paran. A Novozymes A/S a maior produtora deenzimas em nvel mundial e possui uma filial no Brasil. Produz uma gama com-pleta de catalisadores. A Genencor International tem uma planta industrial naArgentina e um escritrio de representao em So Paulo. A Prozyn apenascomercializa enzimas e a lder das vendas de enzimas para panificao. Final-mente a W.G.M.(Gist Brocades) comercializa enzimas direcionadas para fabrica-o de lcool.

Apesar das informaes de uso que normalmente constam das fichas tcnicas muito importante contar com detalhes sobre os perfis dos hidrolisados para cadaenzima. Essas informaes so ainda mais importantes pelo fato dos dados tcni-cos da ao das enzimas comerciais sobre amidos de tuberosas tropicais no se-rem freqentes. A seguir, as principais enzimas amilolticas comerciais dispon-veis no Brasil so descritas. Como estabelecido, para melhor comparar a ativida-de das enzimas, foi adotado o aumento de DE em um intervalo de tempo, emcondies padronizadas para todas elas. A presena de clcio estabiliza as enzimas,

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BAN 120 LA BAN - Bacterial Amylase da Novozymes A/S uma -amilase produzida

por fermentao submersa de uma cepa selecionada de Bacillus amyloliquefaciens.A enzima hidrolisa as ligaes -1,4 da amilose e amilopectina, o que resulta emreduo rpida da viscosidade do amido gelificado. Os produtos provenientes dadecomposio so dextrinas e oligossacardeos solveis, como as maltodextrinas.A ficha tcnica desta enzima : Aplicaes: Indstriaalimentcia: acares, lcool, bebidas e cerveja. Indstriade fermentao: vitaminas, aminocidos, antibiticos, etc. Indstriapapeleira.

Caractersticas: Aparncia: Lquido no viscoso de grau alimentcio. Cor: marrom escuro. Densidade: 1,2 g/mL.

Propriedades segundo o fornecedor: Atividade: 120 KNU / g (a BAN tambm disponvel com atividades de

240, 480 e 800 KNU / g). Parmetros timos: pH: 5 7. Temperatura: 70 - 80C. Clcio: 250 mg/kg.

Fonte: Alvarez (1997).Figura 15.11

Evoluo do DE com duas concentraes da enzima BAN, em funo do tempode reao para fcula de mandioca (35% p/v) a 80C.


Evoluo do DE com o tempo de reao para fcula de mandioca (35% p/v) a90C, com duas concentraes da enzima Thermamyl.

A DE mxima atingida pela enzima Thermamyl foi de 26, com estabilizaoda DE prximo desse valor, para concentraes de 3 mL de enzima por kg deamido, depois de 60 minutos. Para concentrao de enzima de 1 mL/kg, a reao mais lenta e no atingiu o DE mximo depois de 120 minutos, tempo do experi-mento.

Fonte: Alvarez (1997). Legenda: Gp1: Glicose; Gp2: Maltose; Gp3: Maltotriose; Gp4: Maltotetraose; GGp5: Maltopentaose;Gp6: Maltohexaose; Gp7: Maltoheptaose e Gp>7: dextrinas (de grau de polimerizao superior a 7).

Figura 15.10Perfil de hidrlise de fcula (35% p/v) incubada com duas concentraes

Thermamyl a 90C, por 60 minutos.

A Figura 15.10 apresenta o perfil dos carboidratos da fcula hidrolisada. Aconcentrao de Thermamyl de 3 mL/kg gera 30,6% de carboidratos de Gp>7(dextrinas), enquanto com concentrao de 1 mL/kg sobram cerca de 62% dessescarboidratos, indicando uma atividade incompleta.

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Densidade: 1,2 g/mL. Propriedades segundo o fornecedor: Atividade: 120 AGU / g. A AMG disponvel com atividades de 300 e 100

AGU / g. (1 AGU: concentrao de enzima que hidrolisa um micromol demaltose por minuto, segundo o padro da Novozymes A/S).

Parmetros timos: pH: 4 4,5. Temperatura: 58 - 70C. Livre de atividade transglicosidase.

O aumento do DE inicial para uma determinada concentrao enzimtica, emfuno do tempo, com 35% de fcula e temperatura de reao de 60 C apresen-tado na Figura 15.13.

Fonte: Alvarez (1997). Figura 15.13

Evoluo do DE com o tempo de reao para fcula de mandioca (35% p/v) a60C, para duas concentraes da enzima AMG.

A atividade da enzima AMG permite obteno de DE maiores que nas enzimasdescritas anteriormente, o que explica sua recomendao para produo de glicose.A evoluo do DE similar entre as duas concentraes de enzimas, com umatendncia a estabilizao depois de 4 horas.

O aumento do DE em funo do tempo, para uma determinada concentraoenzimtica, com 35% de fcula e temperatura de reao de 80C, apresentadona Figura 15.11. O perfil das duas concentraes de BAN similar e continuacrescendo depois de 120 minutos.

Fonte: Alvarez (1997). Legenda: Gp1: Glicose; Gp2: Maltose; Gp3: Maltotriose; Gp4: Maltotetraose; Gp5: Maltopentaose;Gp6: Maltohexaose; Gp7: Maltoheptaose e Gp>7: dextrinas (de grau de polimerizao > 7).

Figura 15.12Perfil de hidrlise de fcula (35% p/v) incubada com duas concentraes da

enzima Ban a 80C por 60 minutos.

A Figura 15.12 identifica um perfil similar para os dois teores de Ban, mascom maior quantidade de dextrinas para a concentrao 1 mL/kg.

AMG 300 LA AMG uma amiloglicosidase de grau alimentcio, produzido a partir de

uma cepa selecionada de Aspergillus niger. A enzima hidrolisa as ligaes -1,4e -1,6 do amido liquefeito. Durante a hidrlise, eliminam-se gradualmente asunidades de glicose da extremidade no redutora do sacardeo. A velocidade dehidrlise depende do tipo de ligao e do comprimento da cadeia. A AMG reco-mendada para sacarificao do amido na produo de glicose. A ficha tcnicadesta enzima : Aplicaes: Indstriaalimentcia: acares, lcool, bebidas e cerveja. Indstriade fermentao: vitaminas, aminocidos, antibiticos, etc. Indstriade fermentao.

Caractersticas: Aparncia: Lquido no viscoso de grau alimentcio. Cor: marrom claro.

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Cor: marrom escuro. Densidade: 1,3 g/mL.

Propriedades segundo o fornecedor: Atividade: no mencionada. A Prozin comercializa a enzima Thermamyl da

Novozymes A/S com o nome de Termolase. A densidade um pouco maiore a empresa no fornece informaes sobre as condies ideais de pH, tem-peratura ou teores de clcio.


Evoluo do DE com o tempo de reao para fcula de mandioca(35% p/v) a90C, para duas concentraes da enzima Termolase.

A evoluo do DE para determinada concentrao enzimtica de Termolase,em funo do tempo de reao, com 35% de fcula e temperatura de reao de90C apresentada na Figura 15.15. Com concentrao de 3 mL/kg de fcula, aenzima atinge seu mximo de DE em 40 minutos, em temperatura de 90C. Comconcentrao de 1 mL/kg, o DE continuou subindo depois de 120 minutos. Operfil foi diferente daquele da Thermamyl que precisou de 60 minutos de reao.Embora mais rpida, apresentou perfil de hidrolisado semelhante.

Fonte: Alvarez (1997). Legenda: Gp1: Glicose; Gp2: Maltose; Gp3: Maltotriose; Gp4: Maltotetraose; Gp5: Maltopentaose;Gp6: Maltohexaose; Gp7: Maltoheptaose e Gp>7: dextrinas (de grau de polimerizao > 7).


enzima AMG por 2 horas, com temperatura de 60C.

A Figura 15.14 apresenta o perfil dos carboidratos da fcula hidrolisada. Osoligossacardeos Gp1 (glicose) e Gp2 (maltose) so predominantemente produzi-dos. Neste caso a duplicao da concentrao da enzima alterou o perfil dohidrolisado. Com 2mL/kg predominaram glicose e maltose e os teores deoligossacardeos intermedirios (Gp3 a Gp 6) foram menores que com a metadeda concentrao. Os teores de dextrinas Gp>7 foi apenas 8% maior com a quanti-dade maior de enzima.

TERMOLASEA Termolase um preparado enzimtico liquido e concentrado a base de

-amilase termo-estvel, produzido a partir de uma cepa selecionada de Bacilluslicheniformis. A enzima hidrolisa as ligaes -1,4 do amilose e da amilopectina,convertendo rapidamente o amido em dextrinas e oligossacardeos solveis. Atermolase foi especialmente desenvolvida para promover a liquefao(dextrinizao) do amido, para produo de maltodextrinas. A ficha tcnica destaenzima : Aplicaes: Indstriaalimentcia: acares, lcool, bebidas e cerveja. Indstriade fermentao: vitaminas, aminocidos, antibiticos, etc. Indstrias txtil e de adesivos.

Caractersticas: Aparncia: Lquido no viscoso de grau alimentcio.

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A evoluo do DE para determinada concentrao enzimtica de Prolase, emfuno do tempo de reao, com 35% de fcula e temperatura de reao de 80 C apresentada na Figura 15.17.


Evoluo do DE, em funo do tempo de reao, para fcula de mandioca(35% p/v) a 80C, com duas concentraes da enzima Prolase.

A evoluo do DE com diferentes concentraes de Prolase similar quelaregistrada para a Termolase, apresentada na Figura 15.15 e mais ainda com aThermamyl (figura 15.9).

Fonte: Alvarez (1997). Legenda: Gp1: Glicose; Gp2: Maltose; Gp3: Maltotriose; Gp4: Maltotetraose; Gp5: Maltopentaose;Gp6: Maltohexaose; Gp7: Maltoheptaose; Gp>7: dextrinas (de grau de polimerizao > 7).

Figura 15.18Perfil de hidrlise de fcula (35% p/v) com duas concentraes da enzima

Prolase a 80C, por 60 minutos.

A Figura 15.18 apresenta o perfil dos carboidratos da fcula hidrolisada. Osoligossacardeos de Gp 2 a 6 so predominantemente produzidos em relao aosdemais, com perfil similar aquele obtido com a Termolase, mas com DE inferior emaior quantidade de dextrinas.


Figura 15.16Perfil de hidrlise de fcula (35% p/v), com duas concentraes da enzima

Termolase a 90C por 60 minutos.

A Figura 15.16 apresenta o perfil dos carboidratos da fcula hidrolisada pelaenzima Termolase. Os oligossacardeos com Gp entre 2 e 6 so predominante-mente produzidos em relao aos demais. Uma concentrao de Termolase de3 mL/kg gera 29% de carboidratos de Gp>7 enquanto uma concentrao de1 mL/kg gera cerca de 51%, depois de 60 minutos de reao, indicando uma rea-o mais rpida com maior quantidade de enzima.

PROLASEA Prolase uma preparao enzimtica a base de -amilase para desengomagem

de tecidos, sendo capaz de hidrolisar o amido em temperaturas de at 75C. Essaenzima recomendada para liquefao do amido e produo de maltodextrinas. Aficha tcnica desta enzima : Aplicaes: Indstria txtil: melhora a flexibilidade de tecidos.

Caractersticas: Aparncia: lquido no viscoso. Cor: castanha. Densidade: 1,2 g/mL.

Propriedades segundo o fornecedor: Atividade: no comunicada - A prolase disponvel nas concentraes de

200, 400 e 800 BAU.

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enzima Panzyn GA a 60C, por 2 horas.

A Figura 15.20 confirma a produo quase que exclusiva de glicose com PanzynGA, num perodo de apenas 2 horas, com concentrao de enzima de 2 g/kg. Nocaso da concentrao de 1 g/kg de enzima, a glicose contm um pouco de maltose,mas com um tempo maior de reao, a maltose tambm transformada em glicose.

PANZYN FA 100Panzyn FA 100 uma preparao enzimtica base de amilases fngicas de

grau alimentcio, que converte o amido em dextrina e acares fermentveis. Essaenzima usada na liquefao do amido. Aplicaes: Indstriade panificao: aumento do volume dos pes, melhora da cor e do

brilho da casca, maior volume e maciez do miolo, maior uniformidade eintensidade da fermentao.

Caractersticas: Aparncia: p fino. Cor: creme.

Propriedades segundo o fornecedor: Atividade: mnima de 100.000 SKB / g.

Parmetros timos: pH: 4 6,5. Temperatura 25 - 55C.

PANZYN GAA Panzyn GA uma linha de produtos que contm amiloglicosidase de grau

alimentcio. A ficha tcnica desta enzima : Aplicaes: Indstria de panificao: aumento do volume dos pes, melhora a cor e o

brilho da casca, aumento da maciez do miolo, confere maior uniformidade eintensidade de fermentao.

Caractersticas: Aparncia: produto lquido encapsulado, livre de p; Cor: creme.

Propriedades segundo o fornecedor: Atividade: no informada.


Evoluo do DE , em funo do tempo de reao, para fcula de mandioca(35% p/v) a 60C, tratada com duas concentraes de enzima Panzyn GA.

A diferena de DE produzida entre as duas concentraes de Panzyn GA pequena e praticamente desaparece depois de 4 horas. Apesar de ser utilizadaprincipalmente em panificao, a Panzyn GA permite a obteno de um DE maiorque a AMG, mesmo em concentraes menores (Figura 15.13).

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OPTITHERM L-340A enzima Optitherm uma -amilase termo-estvel, produzida a partir de

uma cepa selecionada de Bacillus licheniformes. A enzima hidrolisa as ligaes-1,4 da amilose e da amilopectina, reduzindo rapidamente a viscosidade do ami-do gelificado. A enzima converte o amido em dextrinas e oligossacardeos sol-veis. Optitherm est essencialmente livre de atividade proteoltica. Esta enzima recomendada para liquefao do amido e produo de maltodextrina. Aplicaes: Indstriaalimentcia: acares, lcool, bebidas e cerveja. Indstriade fermentao: vitaminas, aminocidos, antibiticos, etc. Indstria txtil, adesivos e fermentao industrial.

Caractersticas: Aparncia: lquido no viscoso de grau alimentcio. Cor: marrom escuro. Densidade: 1,1 g/mL.

Propriedades segundo o fornecedor: Atividade: 340.000 MWU / g (1 MWU = concentrao de enzimas que hidroli-

sa 1mg de amido solvel em 30 min, mediante o mtodo da Gennencor). Parmetros timos: pH: 6 - 8. Temperatura: 90 - 95C. Clcio: 100 mg/kg.


Evoluo do DE, em funo do tempo de reao, para fcula de mandioca(35% p/v) a 90C, com duas concentraes da enzima Optitherm.


Evoluo do DE em funo do tempo de reao, para fcula de mandioca(35% p/v) em temperatura de 60C, com enzima Panzyn FA 100.

Esta enzima foi avaliada com apenas a concentrao de 2g/kg. O DE da fculacom a enzima Panzyn FA 100 atinge 46,8 depois de 2 horas e estabiliza-se em 50depois de 4 horas (Figura 15.21).


Figura 15.22Perfil de hidrlise de fcula (35% p/v) com Panzyn FA 100 a 60C, por 2 horas.

Os oligossacardeos Gp2 (maltose) so produzidos predominantemente pelaenzima Panzyn FA 100, seguidos dos oligossacardeos de Gp3 e de glicoses, per-manecendo uma pequena percentagem de dextrinas.

O perfil obtido com altos teores de maltose e DE perto de 50 indicam a presen-a de -amilases, provavelmente em mistura com -amilases.

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Propriedades segundo o fornecedor: Atividade: 680.000 MWU / g (1 MWU = concentrao de enzimas que hi-

drolisa 1mg de amido solvel em 30 min, mediante o mtodo da Gennencor). Parmetros timos: pH: 5 - 7. Temperatura: 65 - 75C. Clcio: 200 - 400 mg/kg.


Evoluo do DE em funo do tempo de reao, para fcula de mandioca(35% p/v) com duas concentraes da enzima Tenase a 80C, por 120 minutos.

A Tenase apresenta atividade de liquefao semelhante da enzimas Optitherm,Termolase, Prolase, BAN e Thermamyl. Com 40 minutos de reao a atividade jestava prxima ao timo.


Figura 15.26Perfil de hidrlise de fcula (35% p/v) incubada com Tenase a 80C, por 60 minutos.

A enzima Optitherm uma enzima de liquefao, o que explica os baixos DEatingidos. Entretanto a diferena de atividade em funo da concentrao usada mais pronunciada que para as outras -amilases analisadas.

Legenda: Gp1: Glicose; Gp2: Maltose; Gp3: Maltotriose; Gp4: Maltotetraose; Gp5: Maltopentaose;Gp6: Maltohexaose; Gp7: Maltoheptaose; Gp>7: dextrinas (de grau de polimerizao > 7).Fonte: Alvarez (1997).


enzima Optitherm a 90C, por 60 minutos.

A Optitherm, como as demais enzimas de liquefao, produz oligossacardeoscom Gp de 2 a 7, sem muita discriminao, assim como uma grande quantidadede dextrinas com Gp superior a 7.

TENASE L-680A Tenase uma alfa amilase bacteriana, produzida a partir de uma cepa seleci-

onada de Bacillus subtilis. A enzima hidrolisa as ligaes (1,4) da amilose e daamilopectina diminuindo rapidamente a viscosidade do amido gelificado. A enzimaconverte o amido em dextrinas e oligossacardeos solveis e recomendada paraliquefao do amido e produo de maltodextrina. Aplicaes: Indstriaalimentcia: acares, lcool, bebidas e cerveja. Indstriade fermentao: vitaminas, aminocidos, antibiticos, etc. Indstriapapeleira.

Caractersticas: Aparncia: Lquido no viscoso de grau alimentcio. Cor: marrom. Densidade: 1,1 g/mL.

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Evoluo do DE em funo do tempo de reao, para fcula de mandioca(35% p/v) com duas concentraes da enzima Optidex a 60C, por 4 horas.

A Figura 15.27 indica uma pequena diferena de DE entre as concentraes de1 e 2 mL de enzima por kg de fcula, mostrando que com 1 g/kg provavelmente jocorre saturao do substrato. A reao aumenta rapidamente nas duas primeirashoras, antes de estabilizar-se.


Figura 15.28Perfil de hidrlise de fcula (35% p/v) incubada com duas concentraes

da enzima Optitherm a 60C, por 4 horas.

Como para a Figura 15.27, a Figura 15.28 confirma a grande similitude entre aao da Optidex com 1 e 2 mL/kg de fcula. A principal diferena reside na trans-formao dos oligossacardeos de Gp 3 para glicose quando a concentrao deenzima aumenta.

O perfil apresentado na Figura 15.26 tpico dos perfis das enzimas de lique-fao, com produo de oligossacardeos com DP variados e grande quantidadede dextrinas.

OPTIDEX L-300A Optidex uma amiloglicosidase de grau alimentcio, produzida a partir de

uma cepa selecionada de Aspergillus niger. A enzima hidrolisa as ligaes -1,4e -1,6 do amido liquefeito. Durante a hidrlise as unidades de glicose das extre-midades no redutoras do sacardeo so gradualmente removidas. A velocidadede hidrlise depende do tipo da ligao e do comprimento da cadeia. Esta enzima recomendada para sacarificao do amido e produo de glicose. Aplicaes: Indstriaalimentcia: acares, lcool, bebidas e cerveja. Indstriade fermentao: vitaminas, aminocidos, antibiticos, etc.

Caractersticas: Aparncia: lquido no viscoso de grau alimentcio; Cor: marrom claro; Densidade: 1,2 g/mL.

Propriedades segundo o fornecedor: Atividade: 300 GAU / mL (1 GAU: produo de 1 g de glicose por hora,

mediante o mtodo da Gennencor). Parmetros timos: pH: 4 4,5. Temperatura: 58 - 65C. Outras atividades: protease cida, celulase, hemicelulase, livre de transgli-

cosidase.

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hidrolisa as ligaes -1,4 e -1,6 do amido liquefeito. A hidrlise das ligaes-1,6 muito mais rpida com Dextrozyme que com AMG. Esta preparao usada nas indstrias de xarope para a produo de xarope de alto teor de glicose.Na Figura 15.30, a fcula de mandioca na proporo de 35% (p/v) foi acrescenta-da da preparao de enzima Ban na proporo de 3 mL/kg de fcula seca. A lique-fao ocorreu em 45 minutos a 80C. A sacarificao foi feita com Dextrozyme,na proporo de 1 e 2 mL/kg, a 60C por 24 horas.

Fonte : Alvarez (1997) ; Surmely (1997) Figura 15.30

Perfil de hidrlise de fcula de mandioca liquefeita com BAN e sacarificada comduas concentraes da enzima Dextrozyme, depois de 24 horas de reao.

A ao da Dextrozyme situa-se mais em nvel de converso total do amido emglicose. Segundo a Novozymes A/S, esta preparao permite reduzir o tempo desacarificao de 10 a 15% em comparao ao uso apenas da AMG. O perfil dohidrolisado obtido com a Panzym GA em concentrao de 2 mL/kg, depois de 2horas a 60C (Figura 15.20) aproxima-se daquele da Dextrozyme descrito na Fi-gura 15.30, mas depois de 24 horas. O uso deste conjunto de enzimas maisvantajoso mas deve-se encontrar o ponto de equilbrio entre os custos de manter areao por tempo prolongado, envolvendo mo de obra, energia, logstica, quali-dade do produto final, etc. e o custo da enzima. No caso das -amilases, ocorreum limite tecnolgico suplementar devido a maior quantidade de amido residualque permanece aps a liquefao e as conseqncias que isto trs sobre a filtra-o. Alm das enzimas comerciais mais produzidas, outras fontes de enzimas po-dem ser utilizadas.

Fungamyl:As enzimas sacarificantes Fungamyl e Dextrozyme foram avaliadas sobre f-

cula de mandioca gelificada e liquefeita antecipadamente com BAN.A Fungamyl uma amilase produzida pela Novozymes A/S, pela fermentao

por uma cepa selecionada de Aspergillus oryzae. A enzima hidrolisa as ligaes-1,4 do amilose e da amilopectina e tem por resultado uma rpida reduo daviscosidade do amido gelificado. Os produtos finais da reao, depois de um tem-po suficiente so principalmente a maltose, mas tambm maltotriose e glicose. Osresultados da Figura 15.29 foram obtidos a partir de uma concentrao de fculade mandioca na proporo de 35% (p/p), acrescentada da preparao de enzimaBan na proporo de 3 mL/kg de fcula seca. A liquefao ocorreu em 45 minu-tos, em temperatura de 80C. A sacarificao foi feita com Fungamyl, na propor-o de 1 mL/kg, a 50C por 2 horas e 30 minutos. A Fungamyl usada paraproduo de maltose para cervejaria.

Fonte : Alvarez (1997) e Surmely (1997). Figura 15.29

Perfil de hidrlise de fcula de mandioca a 35% (p/p), liquefeita com BAN esacarificada com de 1 mL/kg da enzima Fungamyl, a 50C por 2 horas e 30 minutos.

O perfil obtido na Figura 15.29 similar ao mosto de cervejaria feito a partirde malte e que pode ser substitudo em parte por xarope de maltose, na fabricaoda cerveja. O perfil da Fungamyl apresentado na Figura 15.29 similar ao daPanzyn FA 100 (Figura 15.22), essa ltima produzindo uma percentagem maiorde maltose e menor de maltotriose que a Fungamyl.

Dextrozyme:A Dextrozyme uma mistura equilibrada de amiloglicosidase e pululanase,

produzidos pela Novozymes A/S a partir de cepas selecionadas de Aspergillusniger e Bacillus acidopullulyticus e destinado a produo de glicose. A enzima

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Devido a alta produo de maltose, as atividades enzimticas da batata doceso interessantes e estudos complementares devero ser realizados. O mesmo en-saio foi feito com inhame (Dioscorea sp), tambm citado na literatura como ricoem amilases, mas no foi possvel obter a hidrlise da fcula da mandioca, comoocorreu com a batata doce.

Uma questo a longo tempo discutida, mas no perfeitamente elucidada, apresena de enzimas amilolticas em razes de mandioca. Como toda planta queacumula amido, deve haver um mecanismo de hidrlise para liberao de energia.Matos-Veiga et al. (2002) citam a caracterizao de uma alfa amilase termo-resis-tente em razes da variedade Zolhudinha (EMBRAPA IM 158), que se distinguede outras por sua alta atividade. Segundo os autores a atividade mxima ocorreu a60C em pH 6,2. Por anlise estatstica estabeleceu-se que a atividade tima esta-va em 55,7C e pH 6,2, avaliada com suspenso a 1% de amido solvel de batata.A enzima apresentou inibio a pH menor de 5,0, foi inibida com Cu2+ mas tevesua atividade aumentada pelo suplemento de Ca2+ e Mg2+. Os valores cinticosforam Km 9,24 mg/mL e Vmax 0,45 mg/mL/min. A estabilidade trmica represen-tou um papel fundamental no procedimento de isolamento empregado, aquecen-do o extrato a 70C, durante 10 minutos, passando atravs de matriz de DEAE-celulose.

Essa amilase apresenta menor resistncia temperatura que a BAN (70 a 80C)mas semelhante a Panzyn GA 60 e Optitherm 60, ambas com timo de 60C.

O melhor conhecimento das amilases da mandioca poderia vir a fornecer umnovo enfoque aos melhoristas na seleo de variedades de mandioca paraprocessamento de hidrolisados.

15.4.5. ENZIMAS LIVRES E IMOBILIZADAS

Em geral, apenas enzimas livres so utilizadas nos processamentos de amidoshidrolisados. As enzimas imobilizadas ainda esto em pesquisa ou apenas soaplicadas em algumas reas, onde os produtos so mais valorizados ou as enzimasmuito caras.

Segundo Hebert e Scriban (1973) enzimas imobilizadas so confinadas sobreum suporte mineral ou orgnico, mas apresentam o mesmo modo de ao dasenzimas livres. Uma classificao das enzimas imobilizadas foi estabelecida emfuno do modo de imobilizao (Figura 15.32).

15.4.4. HIDROLISADO DE MANDIOCA COM ENZIMAS DA BATATA DOCE

A atualidade tem valorizado os produtos naturais e os orgnicos. Nos proces-sos de hidrlise com enzimas comerciais praticamente impossvel conseguirrastreabilidade e certificao de produto orgnico. O uso de enzimas vegetais podeser uma forma mais fcil de conseguir uma certificao. Maltodextrinas com cer-tificado de orgnicas tm sido importadas da Europa para mercados especficos.

A literatura (Walter e Purcell, 1973) relata a presena de e -amilase nabatata doce, com resistncia temperaturas altas. O experimento teve como obje-tivo caracterizar as atividades enzimticas da batata doce comercial.

A raiz de mandioca apresenta em mdia de 30 a 35% de amido e de 60 a 65%de gua, concentrao adequada para o processo de hidrlise. Foi efetuada ahidrlise direta da raiz de mandioca ralada com a batata doce. A raiz de mandiocafoi ralada e misturada na proporo de 180g de mandioca com 10g de batata doce,ralada junto com a mandioca e 10g de gua. A mistura foi batida em liquidificadore deixada por 45 minutos a 80C para a fase de liquefao. A sacarificao foifeita adicionando-se mais 10g de batata doce ralada e deixando em repouso por 2horas a 50C.

Ao final do processo foi feita uma peneiragem para remover os slidos e olquido foi centrifugado a 12.000 rpm, por 10 minutos. A Figura 15.31 apresentao perfil do hidrolisado obtido.


Perfil de hidrlise de mandioca com batata doce.

O perfil mostra uma dominncia de maltose, seguido da glicose. A diferenade um xarope de maltose para uso cervejeiro est na ausncia de oligossacardeosde grau de polimerizao de 4 a 7 e na proporo maior de dextrinas. No materialdecantado na centrifugao foi constatada a presena de amido residual.

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alimentcio, a glicose, maltose e maltodextrina, alm de seus derivados como osorbitol, um produto derivado de glicose. Os oligossacardeos, tais como as iso-maltoses, so novos derivados de hidrolisados que vm conquistando mercadonos ltimos anos. Este mercado especificamente destinado aos produtos ligados sade, como as fibras dietticas e para favorecimento de crescimento de bactri-as lticas, como os probiticos.

Os hidrolisados de amido podem ser comercializados na forma de xarope, oque mais comum e na forma de p. As maltodextrinas e glicose em p sodesidratadas por spray-dryer. Os xaropes lquidos so mais baratos, mas apresen-tam alta viscosidade, o que complica o transporte e a comercializao. O transpor-te deve ser feito em caminhes tanques especiais, com sistema de aquecimentopara descarga. As empresas produtoras chegam a instalar tanques dearmazenamento de xarope nos compradores, em sistema de comodato, devido aocusto de sua instalao. Os xaropes armazenados por muito tempo podem escure-cer em virtude da reao de Maillard, principalmente os derivados de cereais, quepodem conter protenas residuais.

A opo de um produto seco uma soluo interessante para pequenos consu-midores, pois os hidrolisados em sacaria so mais estveis devido atividade degua mais baixa e so mais fceis de transportar e dosar. Podem ser elaboradospela desidratao do xarope por atomizao (spray-drying) ou secagem em tam-bor (drum-drying).

15.5.1. GLICOSE

A expresso xarope de glicose designa todas as solues aquosas purificadas econcentradas de polmeros de D-glicose, obtidas por hidrlise do amido e comDE entre 20 e 80 (Howling, 1992; Zimmermann, 1992). Por glicose so compre-endidos os hidrolisados contendo molculas de glicose na proporo de 5 a 95%,com a condio de que predominem em relao aos demais polissacardeos. Aglicose pura ou dextrose composta por 100% de D-glicose e pode ser produzidapor hidrlise do amido ou da sacarose (a partir da cana-de-acar), seguida deseparao da D-glicose e dos outros mono ou polissacardeos. No caso da produ-o a partir de sacarose, pode ser feita a converso enzimtica da frutose paraglicose, ou o contrrio se a inteno o preparo de xarope de frutose.

A matria-prima comercial para produo da glicose o amido. A glicosecomercial uma mistura hidrolisada composta predominantemente de glicose,

Fonte : Alvarez (1997) .Figura 15.32

Classificao das enzimas imobilizadas segundo o suporte.

As principais vantagens das enzimas imobilizadas so: Operao em contnuo; Aumento da estabilidade da enzima; Produtos finais isentos de enzimas residuais; Melhoria do controle da catlise; Baixo custo do processo em relao ao de enzimas livres; Possibilidade de utilizao de sistemas multi-enzimas.

Os custos do suporte e da estabilidade da enzima imobilizada so os doisparmetros mais importantes na seleo do melhor mtodo de imobilizao(Chaplin, 1990). As caractersticas cinticas da enzima so alteradas com a imo-bilizao, em geral pela modificao da disponibilidade espacial. A imobilizaotambm cria foras de trao que modificam a estrutura terciria da enzima.

15.5. HIDROLISADOS DE AMIDO

A denominao de hidrolisados de amido rene todos os produtos dofracionamento do amido, independentemente dos catalisadores usados (cidos,enzimas) ou do grau deste fracionamento. Inclui um importante nmero de produ-tos diferentes como glicose, maltose, maltotetraose, maltodextrinas, frutose,ciclodextrinas, dextrinas, etc. Os hidrolisados apresentam propriedades fsicas,funcionais, energticas e organolpticas que so caractersticas de cada tipo deproduto (Teague e Brumm, 1992).

Atualmente so produzidos no Brasil trs categorias de hidrolisados para o uso

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15.5.2. MALTOSE

O xarope de maltose uma soluo aquosa purificada e concentrada, contendono mnimo 30% de maltose e com a condio que a maltose seja predominante emrelao aos demais sacardeos. A concentrao mxima de maltose que possvelprocessar por hidrlise de amido em escala industrial aproximadamente de 90%,segundo Okada e Nakakuki (1992). Na indstria de maltose, os diferentes xaropesproduzidos so classificados em trs categorias, como apresentadas na Tabela 15.5.

Tabela 15.5Categorias de xaropes de maltose comerciais com diferentes DE.

Categorias de xarope DE Glicose MaltoseXarope de alta converso (HCS) 62-63 35 % 30-45 %Xarope de alta concentrao em maltose (HMS) 48-52 5 % 48-52 %Xarope altssima concentrao em maltose (EHMS) 50-60 5 % 70-85 %

Legenda: HCS: High Conversion Syrup, HMS: High Maltose Syrup, EHMS: Extra-High MaltoseSyrup.Fonte: Alexander (1992).

O principal uso do xarope de maltose como substituto de parte do malte nafabricao de cerveja. Alm do uso em cervejaria, o xarope de maltose pode serutilizado em vrios outros produtos. Schenk e Hebeda (1992) citam os seguintesusos para xaropes de maltose: leite em p, alimentos lquidos, caramelo, chocola-te, creme, marmelada, doce, refrigerante, vinho, usque, molho, tempero, creme,doce, alga desidratada, sorvete, comida congelada, sopa, caf solvel, especiaria,ps para refrigerantes e sucos.

Recentemente o uso de malto-oligo-sacardeos, como fibra alimentar e ali-mento para bactrias lticas probiticas, tem aberto um novo mercado para maltose.

15.5.3. OUTROS HIDROLISADOS

Diversos outros hidrolisados ocupam mercados especficos.

alm de maltose, maltotriose e de outros sacardeos em proporo varivel. Quan-to mais intensa a hidrlise (maior DE) maior a formao de glicose (Tabela 15.3).

Tabela 15.3Composio de glicoses comerciais com diferentes DE .

Dextrose Equivalente (DE)30 35 42 55

Glicose 10 14 19 31Maltose 9 12 14 18Maltotriose 8 10 11 13Outros sacardeos 69 64 56 48

Fonte : Lloyd e Nelson (1984).

De maneira geral, as propriedades do xarope de glicose so determinadas peloespectro glicdico e pelo grau de polimerizao mdio dos constituintes deste xa-rope (Howling, 1992). Estas propriedades fsicas e funcionais variam em funodo DE (Tabela 15.4).

Tabela 15.4Propriedades fsicas e funcionais de hidrolisados, em funo do DE:

PROPRIEDADES INTENSIDADE DA HIDRLISEAmido DE baixo DE alto Glicose

ViscosidadePoder ligante e de coesoSabor adocicadoPoder higroscpicoPoder de reteno de guaPoder anticristalizanteEscurecimento pelo calorTemperatura de congelamentoRealce de aromaFermentabilidade

Fonte: Catalogo Roquette (s/d), citado por Surmely (1997)

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saudveis, para se contrapor aos adoantes e dietticos.O xarope de isomalto-oligossacardeo uma soluo aquosa formada por uma

mistura de iso-maltose, panose, isomalto-triose, oligossacardeos ramificados eoutros acares. lsomalto-oligossacardeos (IMO) so glico-oligossacardeos quepossuem ligaes -1,4 e -1,6. So produzidos em duas etapas, utilizando-seuma combinao de enzimas (Figura 15.33). So as dextrinas limites que sobramda ao das e amilases.

Fonte: ALIPIO (2000).Figura 15.33

Etapas da sntese de malto-oligossacardeos.

O xarope de malto-oligossacardeos apresenta doura equivalente a quase metadeda doura da sacarose e no mascara outros flavors (aroma + sabor) delicados.

Tabela 15.6Composio aproximada do xarope de iso-maltose.

Composio aproximada em acares % em base secaIso-maltose 5Iso-maltotriose (DP3) 2Panose 20Oligossacardeos ramificados (DP4) 10Oligossacardeos ramificados (DP5) 5Oligossacardeos ramificados (> DP6) 10

Total de iso-malto-sacardeo > 50Outros acares (glicose, maltose) < 50

Legenda: DP, grau de polimerizaoFonte: Alipio (2000).

iso-

mal

to-

saca

rdeo

s

15.5.3.1. MALTODEXTRINAS

A maltodextrina uma soluo aquosa purificada e concentrada, lquida ouseca, contendo uma mistura de glicose, maltose, maltotriose e outros sacardeos,cuja Dextrose Equivalente inferior a 20, ou seja, um grau de hidrlise menor queos xaropes de glicose e maltose (Alexander, 1992).

As propriedades das maltodextrinas em funo do DE seguem as mesmas va-riaes daquelas relatadas para o xarope de glicose (Tabela 15.4).

15.5.3.2. DEXTRINAS

As dextrinas apresentam muitas aplicaes industriais e alimentcias. Seu usomais comum como adesivo para cartonagens, envelopes e selos. Servem tam-bm para dar brilho a cereais beneficiados e em decorao de cermica, alm douso em indstrias txteis e produtos farmacuticos. Na rea alimentar, as dextrinasentram no preparo de alimentos, como agente espessante e tm aplicaes emcervejarias, panificao, sucos e bebidas base de cacau, licores destilados, pro-dutos de confeitaria, etc.

O processo fsico-qumico de obteno prev o uso de calor (110-120C) emamido umedecido por soluo cida diluda (1.000 partes de amido, 250 de gua,2 de HC1). O produto posteriormente seco, modo, classificado e embalado. Oprocesso de baixo custo, porem de menor rendimento e produz goma de qualida-de inferior. O processo enzimtico contorna esses problemas. A enzima pode terorigem vegetal ou microbiana, definindo o processo tecnolgico a ser empregado.Uma suspenso de amido adicionada de 35 % de seu peso em gua, submetidaao aquecimento ate gelificao. Em seguida resfriada a 65-75C e adicionada decerca de 2% de enzima, dependendo da fonte. Ao final da dextrinizao, o materi-al fervido para inativar as enzimas e depois filtrado, constituindo o xarope dedextrina. Pode ou no ser concentrado.

15.5.3.3. ISOMALTO-OLIGOSSACARDEOS

Segundo Alipio (2000) muito se tem discutido sobre o mercado que se abriupara o amido na fabricao de cerveja, atravs da substituio do adjunto do maltepor seu xarope. O xarope de isomalto-oligossacardeo da Corn Products, usadoem outro setor que tem apresentado crescimento vertiginoso, o setor de produtos

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Fonte: Alipio (2000).Figura 15. 34

Estabilidade temperatura dos xaropes de malto-oligo-sacardeo.

15.5.3.4. XAROPE DE FRUTOSE

No Brasil no h espao para produo de frutose usando o amido como mat-ria-prima, em razo dos baixos preos do acar de cana. Entretanto, o mercadode xarope de frutose nos pases do hemisfrio norte abastecido pelos derivadosde amido.

Moorthy (1983) citado por Moorthy (1994) relata o processo de fabricao doxarope de frutose a partir de fcula de mandioca. O autor cita que, em razo doaumento de demanda de acar e a descoberta de efeitos prejudiciais de adoantesartificiais, xaropes de alto teor de frutose apresentam vrias aplicaes nas inds-trias farmacuticas e de alimentos.

A hidrlise do amido pode ser realizada com cidos como clordrico e sulfri-co ou com enzimas. O produto hidrolisado com cidos, aps concentrao, isomerizado com lcali. Os lcalis usados foram hidrxido de sdio eciclohexamina, em temperatura de 60 a 65 C. A isomerizao aumentou com otempo, mas o produto ficou cada vez mais colorido, de forma que o melhor tempode reao foi estabelecido em 6 horas. O xarope produzido nestas condies tinha22% de frutose, baseado no teor de acares totais. O xarope foi filtrado em colu-na de troca inica, primeiro com resina de troca catinica fortemente cida, segui-da de resina aninica fracamente aninica. A concentrao resultou em xaropeincolor com cerca de 85% de slidos. Quando mantido na mesma temperatura ouresfriado, cristais brancos se depositaram. Estes cristais ao serem separados e dis-solvidos em quantidade adequada de gua, proporcionaram xarope muito doce etransparente.

Ao invs de processo cido, que proporciona apenas 22% de isomerizao,podese usar a enzima glicose-isomerase, sob o nome comercial de Sweetzyme da

O xarope de iso-malto-sacardeo (IMO) apresenta viscosidade semelhante soluo de sacarose mas menor viscosidade que um xarope de maltose. Aumectncia maior devido ao grande poder de reter umidade dos oligossacardeosramificados como iso-maltose, panose e iso-maltotriose, prevenindo o endureci-mento de alimentos amilceos. A atividade de gua menor que a do xarope demaltose e a mesma de solues de sacarose. Essa propriedade ajuda a controlar ocrescimento de microrganismos em alimentos. estvel ao aquecimento (100C/1 hora), sem que haja degradao do IMO e estvel em uma faixa de pH de 3 a 6.

A grande vantagem competitiva deste produto no mercado de produtos para asade vem da no fermentabilidade, o que o classifica com prebiotico. Osoligossacardeos ramificados como iso-maltose, panose e iso-maltotriose no sodigeridos por leveduras. Sendo assim, esse xarope pode dar corpo, adoar e con-ferir outras propriedades em alimentos fermentveis como po, bebidas que con-tm cido lctico, temperos e molhos obtidos por fermentao como o shoyu base se soja, saqu japons, etc., reduzindo a possibilidade de deteriorao porcrescimento de microrganismos. Essa caracterstica especificamente vantajosano caso do controle da constipao intestinal. A ingesto de oligossacardeosramificados melhora a consistncia das fezes e alivia a constipao (efeito fibra),pois sofrem muito pouca ao das enzimas digestivas no intestino delgado. A essefator benfico acrescido o favorecimento da proliferao de bifidobactrias. OsIMO atingem o intestino grosso sem serem digeridos e por isso servem de alimen-to para o crescimento desse grupo de bactrias. Vale ressaltar que E. coli,Clostridium perfringens e outras bactrias intestinais no podem ferment-lo,portanto no proliferam, o que melhora a flora intestinal.

Outra caracterstica importante a baixa cariogenicidade. Oligossacardeosramificados como iso-maltoses, iso-malto-trioses e panoses, etc., no so substratospara a glicosil-transferase do Streptococcus mutans sintetizar os glucanos insol-veis em gua, que so responsveis pela aderncia da bactria nos dentes, alm deserem muito pouco utilizados pelo microrganismo para formar o cido lctico quedesmineraliza o esmalte do dente. O poder calrico do IMO de 2,7 a 3,3 kcal/g,o que o caracteriza como produto de baixo poder calrico (Alipio, 2000).

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Observadas as diferenas entre matrias-primas, os diferentes processos defabricao de hidrolisados podem utilizar os mesmos equipamentos, variando otipo e teor de enzimas, tempo de reao, temperatura e pH para obter dextrinas,glicose, maltose, maltodextrina e outros.

15.6.1. AGENTES USADOS NA HIDROLISE DO AMIDO

Quanto aos agentes de hidrlise usados, os amidos podem ser convertidos portrs processos: cido, acido-enzima e enzima-enzima.

15.6.1.1. HIDRLISE ` CIDA

O processo mais simples de hidrlise do amido o cido, em que uma pasta deamido com concentrao em torno de 50% em massa seca, recebe cido, geral-mente HCL concentrado, na proporo de 0,1 a 0,2% sobre o peso seco de amido.Esta suspenso ento submetida ao do calor por perodo de tempo que de-pende do processo.

Instalaes modernas podem empregar conversores contnuos que so maiseficientes. Esses equipamentos controlam melhor o DE e minimizam a formaode corantes indesejveis na converso do produto, originrios do escurecimentono enzimtico (reao de Maillard). Tambm reduzem a formao de substnci-as geradas no processo de converso, como cido levulnico, frmico, etc. Em umdestes processos, suspenso de amido a 40% acidificada a pH 1,8-2,0 com HCle bombeada para um conversor, que simultaneamente injeta vapor vivo para oaquecimento (Lloyd e Nelson, 1984). O vapor vivo pode ser proporcionado porjet-cooker ou por reatores com aquecimento vapor.

A Tabela 15.8 apresenta a composio de carboidratos em hidrolisado de ami-do de milho em funo do DE. Para produo de xaropes com DE superior a 50,no se emprega o processo cido, pois o tempo mais longo de processo gera altaconcentrao de substncias corantes e sabor amargo indesejvel (furfural).

Novozymes A/S. Depois de hidrolisado, o xarope descolorido com carvo, aconcentrao aumentada para 40 a 42% e o pH ajustado para 8,2. A isomerizao realizada com 12 g de Sweetzyme e 0,5g de sulfato de magnsio para 400 mL dexarope. O meio mantido agitado por 6 horas, em temperatura de 61C. O xaropeisomerizado descolorido por carvo ativado e / ou em coluna de resina de trocainica e determinado o DE (dextrose equivalente) e teor de frutose. Foi observadoque o xarope isomerizado tanto de hidrlise cida quanto enzimtica apresentouteor final de frutose de 40%.

15.6. PROCESSAMENTO DE HIDROLISADOS DE AMIDO

Amidos de qualquer origem podem ser utilizados como matria-prima na fa-bricao de hidrolisados. Na maioria dos pases comum usar o milho, pois jexiste uma tecnologia bem desenvolvida e estabelecida para sua utilizao. Noentanto, a fcula extrada da mandioca apresenta menores teores de protenas ematrias graxas e menor temperatura de gelificao (Tabela 15.7), que tornam seuprocessamento industrial mais simples e de menor custo.

Tabela 15.7Caracterizao de amidos de diferentes fontes botnicas.

Origem botnica g/100g massa seca TemperaturaLipdeos Protena de gelificao (C)

Alexander (1995)Batata 0,05 0,06 57-90Milho 0,70 0,35 91Trigo 0,80 0,40 92

Hoover (2001)Araruta 0,32 1,99 70Batata doce 0,06-0,60 0,04 57-90Bir 0,30 1,87 65-70Mandioca 0,10 0,62 62-68

A raiz de mandioca propicia diferentes matrias-primas para a produo dehidrolisados, como fcula, farinha e farelo. A avaliao destas matrias permiteselecionar a mais adequada para fabricao de hidrolisados em nvel do processo,rendimento e viabilidade econmica.

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amido liquefeito no deve apresentar amido residual, que consiste em parte deamido granular que no foi gelificado mas tambm em parte do amido gelificadoque no foi liquefeito. Esse amido residual apresenta molculas de alto pesomolecular, o que dificulta a filtrao do hidrolisado (Surmely, 1997).

Dois tipos de -amilase podem ser usadas, termolbil ou termoresistente. Aprimeira tem como vantagem ser facilmente inativada o que se traduz por menosenergia de processo (Teague e Brumm, 1992). Por apresentar uma menor tempe-ratura de gelificao que o amido de milho, a liquefao da fcula de mandiocapode ser realizada com uma -amilase termolbil, resultando em economia deenergia necessria para a desativao da enzima no final do processo (Teague eBrumm, 1992). Nebesny e Lodz (1990) relatam que esta enzima adicionada auma suspenso de amido com pH ajustado a 6,5. A mistura ento aquecida emtemperatura de 85C durante 30 minutos. Quando o DE desejado atingido, o pH reduzido para 5,0 e a soluo levada a ebulio por 10 minutos. Como alterna-tiva possvel adicionar imediatamente uma enzima de sacarificao, sem desativara enzima liquidificante, realizando um processo concomitante. Swanson e ali.(1986) afirmam que o tratamento trmico pode usar temperatura entre 90 e 115C.Chung e Chang (1985) sugerem para amido liquefeito um DE timo entre 8 e 12,para a produo de todos os hidrolisados.

O amido liquefeito, constitudo em sua maioria por dextrinas (oligo epolissacardeos), transformado em hidrolisados contendo principalmente au-cares de baixo peso molecular. Este processo chamado de sacarificao (Reeve,1992) e realizado com ajuda de enzimas especficas, dependendo do tipo dehidrolisado desejado.

15.6.1.4. RENDIMENTO DO PROCESSO DE HIDRLISE DO AMIDO

O rendimento do processo calculado sobre a quantidade usada de matria-prima, mais comumente considerando a quantidade de amido que entrou no pro-cesso. normal encontrar rendimentos acima de 100%. O fracionamento do ami-do em cadeias menores acompanhado pela adio de uma molcula de gua(hidrlise) em cada ligao rompida, o que acarreta aumento do peso de amidofracionado e conseqentemente um aumento do rendimento.

Por exemplo, no caso terico de hidrlise total de amido em molculas deglicose, 1g de amido daria 1,1g de glicose, com rendimento de 110%. Esse au-mento de rendimento dependente do DE (Dextrose Equivalente), que corresponde

Tabela 15.8Porcentagens de carboidratos em hidrolisados cidos de amido de milho,

em funo do DE.

DE Glicose Maltose Maltotriose Maltotetraose Outros10 2,3 2,8 2,9 3,0 89,020 5,5 5,9 5,8 5,8 77,030 10,4 9,3 8,6 8,2 63,540 16,9 13,2 11,2 9,7 49,050 25,9 16,6 12,9 10,0 34,6

Fonte: Lloyd e Nelson (1984).

Quando se usa cido clordrico a neutralizao feita com NaOH, resultandoem NaCl que solvel e proporciona xarope mais transparente que a hidrlisecom cido sulfrico e neutralizao com carbonato de clcio, que gera gesso (sul-fato de clcio) que insolvel. A formao da NaCl entretanto tem a desvantagemde proporcionar sabor salgado ao xarope e exigir o tratamento em coluna de resi-na de troca inica para sua remoo. A hidrlise com cido sulfrico exige umafiltrao mais fina mas em compensao no necessita de resina de troca inica.

15.6.1.2. HIDRLISE ` CIDO-ENZIMA

Neste processo, o amido hidrolisado numa primeira etapa com cido e aseguir passa por tratamento com enzima especfica. Esta etapa chamada desacarificao que, dependendo do tipo de enzima utilizada, produz maior propor-o de glicose, maltose ou dextrinas. Este processo de converso cido/enzimapermite produzir vrios tipos de hidrolisados, mas no adequado para obterhidrolisado com mais de 90% de glicose, devido reaes de retrogradao queso catalisadas pelo cido, formando ligaes tipo -glicosdicas, que no sohidrolisadas por glucoamilases (Marc e Engasser, 1987).

15.6.1.3. HIDRLISE ENZIMA-ENZIMA

Neste processo a liquefao do amido catalisada por enzimas tipo -amilase.A origem, dosagem, temperatura, pH e o tempo de ao destas enzimas influemna composio final do produto aps a sacarificao (Colonna et al. 1988). O

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Fonte: Surmely (1997) Figura 15.35

Esquema de ultrafiltrao tangencial.

15.7. PROCESSAMENTO DE HIDROLISADOS A PARTIR DE MANDIOCA

Instalar uma unidade de fabricao de hidrolisados no pode ser consideradoum problema. Afora o fato de ser uma tecnologia cara, com equipamentos, insta-laes e mo de obra sofisticados, essa etapa apenas uma questo de disponibi-lidade de recursos, pois a tecnologia simples. Instalar uma unidade de hidrolisadospara trabalhar com matria-prima base de mandioca ou outra tuberosa amilcealatino-americana outro problema. Alm dos limitantes j comentados, existe anecessidade de ajustar os preparados enzimticos matria-prima, pois a grandemaioria dos dados tcnicos disponveis se baseia sobre milho.

A partir desta premissa, foi estabelecida toda uma metodologia de trabalhopara a obteno de informaes de laboratrio e a partir disso, simular situaes omais prximo possvel da realidade industrial. Inicialmente trs substratos foramavaliados, massa ralada, farelo e leite de fcula (leite de amido). As enzimas fo-ram selecionadas por sua disponibilidade. Outras enzimas de caractersticas e perfissemelhantes poderiam tambm ser usadas (item 15.4.3).

Na fase de laboratrio foram usados os seguintes equipamentos: reator em aoinox com volume til de 200 mL, com agitao de 100 a 150 rpm, funil de Buknercom dimetro de 12 cm, Kitassato ligado a filtro a vcuo. O funil foi recobertocom camada de terra de diatomcea de 5 mm sobre papel de filtro convencional.Na prensagem do resduo foi usada tambm prensa manual com tela de 0,08 mm.

O processo adotado foi o de batelada, usando o reator de 200 mL j descrito,com agitao de 100-150 rpm. A concentrao dos hidrolisados foi feita emevaporador rotativo com balo de 500 mL, temperatura de 20 a 95C e vcuo de 1a 0,1 bar absoluto e em banho-maria esttico, com temperaturas de 20 a 95C.

tambm porcentagem de molculas de gua que entram nas cadeias do amido. Aconverso enzimtica de um amido em glicose de DE 38 apresenta rendimento de103,8%.

15.6.2. PROCESSOS DE HIDROLISE

Os processos podem ser classificados em contnuos e bateladas (batch). Osprocessos em batelada ainda so os mais usados. O que caracteriza um processocontnuo a vazo de entrada igual vazo de sada. O processamento contnuode hidrolisados de amido pode ser feito em colunas ou em reator de ultrafiltrao.

Swinkels (s/d) cita que em processos de converso enzimtica continua, umasuspenso de amido contendo enzima -amilase termoresistente gelificada ins-tantaneamente por injeo de vapor (jet-cooker) e descarregada continuamenteem uma coluna de reteno onde ocorre a reao de reduo de viscosidade daenzima. A suspenso de baixa viscosidade ento bombeada para outra coluna ea enzima desativada pelo aquecimento com vapor (jet-cooker) em temperaturamuito elevada.

Para a separao e concentrao, possvel o uso de ultrafiltrao. Os proces-sos de separao e de concentrao que utilizam membranas sintticas aplicam-seem vrias reas, como a purificao de produtos qumicos, a biotecnologia, a in-dstria farmacutica, os processamentos de alimentos, tratamento de gua e dosefluentes e como reatores para processos enzimticos. Como reator enzimtico, aultrafiltrao tem a vantagem de permitir instalao modulvel. Na prtica sem-pre um pouco de enzima passa pela membrana do filtro ou desativada pelo calor.

A funo da membrana agir como uma barreira fina, permevel e seletiva.Graas a uma fora de transferncia, ela permite ou no a passagem de algunscomponentes entre os dois meios que separa. A ultrafiltrao uma tcnica quepermite separar, pela passagem atravs de uma membrana permevel seletiva, osolvente e as molculas de pequenos tamanhos (o filtrado ou o permeado) dasoluo. As macromolculas, incluindo a a maioria das enzimas, so retidas nasoluo, que se condensa progressivamente e vai constituir o retido (Dornier, 1992).A separao realiza-se com a ajuda da diferena da presso (inferior de 10 bares)imposta de um lado e do outro dessa membrana. A mistura escorre tangencial ouparalelamente parede porosa, de maneira a limitar a colmatao dessa ltima,ocasionada pelo acmulo de material particulado. Esse processo chama-seultrafiltrao tangencial (Figura 15.35).

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Tabela 15.9Composio fsico qumica mdia da massa ralada, farelo e leite de fcula.

Matria-prima % % na base secaMassa seca Amido Aucares Gorduras Protenas Fibras Cinzas

Massa ralada 38 81 2,2 1,0 3,10 4,20 2,5Farelo 14 78 -*- 1,0 1,30 17,00 0,8Leite de fcula 35 95 -*- 0,1 0,15 0,35 0,2

Legenda: -*-, sem resultados.Fonte: Alvarez (1997) e Surmely (1997) .

15.7.1.1. USO DE MASSA RALADA

Observa-se na Tabela 15.9 que antes da hidrlise j existem acares na massaralada de mandioca. O DE no ponto zero foi de 2,2, o que corresponde quantida-de de acares naturais da raiz de mandioca. Estes acares foram identificados edosados como glicose (55%) e frutose (45%), correspondentes hidrlise naturalda sacarose, detectada tambm na manipueira (gua de prensagem da massa ralada).

Figura 15.36Balano de massa na produo de xarope de glicose DE 38,

com massa ralada de mandioca.

As enzimas selecionadas foram ajustadas como segue: -amilase termoresistente : liquefao do amido e produo de maltodextri-

nas. Em nvel industrial, as reaes de liquefao em batelada duram em tornode 60 minutos. Temperaturas elevadas no so necessrias, devido menor tem-peratura de gelificao do amido de mandioca. As concentraes de enzimasusadas foram estabelecidas pelas recomendaes dos fabricantes.

-amilase termosensvel : liquefao do amido e produo de maltodextrinas.Para as -amilases termosensveis a nica diferena a temperatura de liquefa-o, que ajustada para 80 C.

Enzimas sacarificantes : produo de glicose e maltose. Para as enzimas saca-rificantes, o tempo e a temperatura de liquefao foram ajustados em 45 minu-tos e 80 C.

Como produto auxiliar foram usados carvo ativado, Marca Carbomafra e ter-ra de diatomcea.

15.7.1. PROCESSAMENTO DE XAROPE DE GLICOSE A PARTIR DE MASSA RA-LADA, FARELO E LEITE DE FCULA

A literatura descreve os processos baseados sempre em fcula, partindo doproduto seco comercial. Entretanto outras matrias-primas podem ser avaliadas.As matrias-primas derivadas do amido foram comparadas entre si. Foram avali-ados a massa ralada, na forma que sai do ralador antes da extrao e sem adio degua, o farelo depois da ltima passagem pelas peneiras rotativas (GL) e o leite defcula, depois da segunda centrfuga, com um teor de amido de 35% (Tabela 15.9).Foram selecionadas as enzimas AMG 200L e BAN 120L, ambas da NovozymesA/S. Para a avaliao das matrias-primas foi realizado um nico hidrolisado, oxarope de glicose DE 38, com o seguinte perfil: 17% de glicose, 14% de maltosee 11% de maltotriose.

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15.7.1.2. USO DE FARELO

O rendimento de produo de xarope de glicose a partir do farelo foi de 58,2%.Este rendimento muito baixo explicado por duas razes. A primeira devido aoalto teor de amido residual aps a hidrlise. As enzimas, em razo da alta viscosi-dade e da grande quantidade de gua ligada fibra, atuam com dificuldade sobreo amido gelificado. A segunda que, de forma semelhante ao que ocorre com amassa ralada, aps a prensagem a fibra retm muita soluo do meio desacarificao (quase 30%). A perda de hidrolisado maior, em comparao massa ralada, porque o teor de fibras maior. A soluo poderia ser a mesmaapresentada para massa ralada, com processo usado por Leonel (1998) e j avali-ado para produo de lcool a partir do farelo de mandioca (ver volume 4, captu-lo 22 desta Srie).

Figura 15.37Balano de massa na produo de xarope de glicose DE 38,

com farelo de mandioca.

Recuperar o hidrolisado retido nas fibras aps a prensagem, por lavagem enova prensagem, apresenta o mesmo problema j apontado para a massa ralada.

A suspenso de 11% de amido do farelo requer de 25 a 30% a mais de enzimasque uma suspenso de 35% de amido sem fibras, para produzir o mesmo perfil dehidrolisado. Este fato explica-se por um contato maior entre enzima e substrato,na ausncia de fibras devido proximidade espacial. O uso de enzimas na

Na prensagem da suspenso de massa ralada hidrolisada ocorre uma perda dequase 15% do hidrolisado, o que explicado pelo fato da fibra reter muita gua e,neste caso, muita soluo do meio de sacarificao. Um aumento da presso naprensagem diminui levemente esta perda, mas no permite uma recuperao inte-gral do hidrolisado.

A maior dificuldade em usar a massa ralada como matria-prima a viscosida-de. Saindo do ralador, sem adio de gua, a massa ralada possui alta viscosidade,que aumenta ainda mais com a gelificao do amido. A viscosidade interfere nahomogeneizao do reator nas fases de liquefao e sacarificao e tambm nobombeamento da massa sacarificada para a prensa. Uma soluo para esse pro-blema o uso conjunto de pectinase, usada por Leonel (1998) para a hidrlise dofarelo seco da mandioca, com bons resultados de reduo de viscosidade e rendi-mento de prensagem. O rendimento de produo adotado para a massa ralada foide 86,4%. Recuperar o hidrolisado retido nas fibras aps a prensagem, por lava-gem e nova prensagem possvel, mas encarece o processo em uma etapa suple-mentar e diminui o grau Brix do xarope.

Tabela 15.10Teores de sais minerais de hidrolisado de massa ralada e leite de fcula.

Matria-prima Minerais em mg/kg de massa secaFsforo Potssio Clcio Magnsio Enxofre

Massa ralada 895 4200 514 966 205Leite de fcula 340 420 95 30 -*-

Legenda: -*-, sem resultados.Fonte : Alvarez (1997); Surmely (1997)

Outra dificuldade a remoo dos sais minerais. A massa ralada, por conter agua de constituio da raiz, apresenta uma maior quantidade de minerais, emcomparao do leite de fcula, nos quais predomina o potssio (Tabela 15.10).Estes sais podem ser removidos com resinas trocadoras de ons (resinas aninicase catinicas), o que representa um custo elevado de investimento. tambm pos-svel passar a massa ralada num decanter, para eliminao de parte da gua deconstituio da raiz de mandioca, antes do processo de hidrlise.

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DE 38, maltose e maltodextrinas DE 10, na forma lquida concentrada e desidra-tada. A quantidade de fcula usada em laboratrio foi de 35% em suspenso aquosa,estabelecida em peso seco. A composio fsico-qumica da fcula de mandiocausada consta da Tabela 15.11.

Tabela 15.11Composio fsico-qumica mdia da fcula usada como substrato.

Umidade (%) % da massa secaAmido Gorduras Protenas Fibras Cinzas

Fcula 12,65 95 0,10 0,15 0,35 0,20Fonte: Alvarez (1997) e Surmely (1997).

A quantidade de enzima usada variou de 1 a 3 mL/kg de fcula seca. A progra-mao de temperatura foi de aumento de 1C /minuto. Para a liquefao a 90C, otempo de reao variou de 30, 60 e 120 minutos. A desativao das enzimas foifeita ajustando-se o pH a 3,5 com cido diludo e aquecendo-se a 95C, durante 15minutos. Para cada enzima e uso, foram feitos pequenos ajustes.

Enzima de liquefao: BAN 120L da Novozymes A/S. Enzimas de sacarificao: FUNGAMYL 800L e AMG 200L da Novozymes

A/S .

A Figura 15.39 apresenta o fluxograma adotado para a produo de hidrolisadosconcentrados lquidos e desidratados, destacando os parmetros que precisam seradaptados em funo de cada hidrolisado especfico (tipo de hidrolisado, pureza,etc.). Algumas etapas, como a centrifugao, filtrao, evaporao e secagem,no exigem parmetros especficos de produo.

hidrolizao do farelo poderia ser otimizado, para reduo das quantidades neces-srias.

15.7.1.3. USO DE LEITE DE FCULA

O rendimento de produo para o leite de fcula foi de 99,7%. A nica perdacom esta matria-prima o amido residual, mas essa perda limitada e pode sercorrigida com o uso de equipamentos em escala comercial. Alm disso compen-sada por rendimento superior a 100% na transformao do amido em glicose DE38. Os teores em protenas 0,03%, lipdios 0,07% e fibras 0,01% podem ser con-siderados baixos. Foram contabilizados apenas como parte do resduo dacentrifugao/filtrao junto com o teor de amido residual. Os baixos teores deminerais no hidrolisado de leite de fcula no exigiriam a passagem pela colunade resina de troca inica.

Figura 15.38Balano de massa na produo de xarope de glicose DE 38, com leite de fcula.

15.7.2. PRODUO DE GLICOSE DE 38, MALTOSE E MALTODEXTRINAS DE 10,EM LABORATRIO, A PARTIR DE FCULA DE MANDIOCA

Cada produo mesmo pertencendo mesma categoria, como xaropes de glicosede DE 38, 64, etc., requer parmetros e condies experimentais prprias e ade-quadas. Neste tpico descrita a produo de trs tipos de hidrolisados: glicose

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CULTURAS DE TUBEROSAS AMI

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Enzimas amilolíticas