Enzimas amilolíticas

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Reviso sobre enzimas amilolticas

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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. cereda@terra.com.br e

    vilpoux@terra.com.br.

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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