Aula 13 Pectinases K

Prévia do material em texto

Aula 14 – Enzimas industriais: Enzimas 
pectinolíticas
Universidade Federal de São João del-Rei
Campus Alto Paraopeba (CAP)
Engenharia de Bioprocessos
Bioquímica Tecnológica
Profa. Isabel Cristina Braga Rodrigues
isabelcbraga@ufsj.edu.br
Sala 218 – Bloco2
Prof. Juliano Lemos Bicas
SUBSTÂNCIAS PÉCTICAS
• Características 
- Macromoléculas glicosídicas (poliméricas)
- Compõem parede celular de células vegetais
Principais componentes da lamela média (“adesivo” celular entre 
paredes de células adjacentes)
- Contribuem com textura de frutas e vegetais
- Fibras dietéticas solúveis
• Características 
- No suco: palatabilidade (“mouth feel”), “corpo” (↑viscosidade)
- Contribuem p/ adesão entre células e resistência mecânica da 
parede celular
Influencia na firmeza de suas estruturas
SUBSTÂNCIAS PÉCTICAS
• Características químicas
- Polissacarídeos ácidos
- Ácidos D-galacturônicos unidos por ligações α-1,4
Parcialmente esterificados a grupos metil 
(éster metílico no carbono 6).
COOH
CH
HC OH
HC OH
HO
CHHO
C
OH
–COOCH3
SUBSTÂNCIAS PÉCTICAS
• Protopectina
• Ácido pectínico
• Ácido péctico
• Pectina
Presente em tecidos intactos (Ex.: frutos ainda verdes)
Associada a outros componentes da parede celular (celulose, hemicelulose)
Insolúvel em H2O
Responsável pela textura (dureza) de frutas e vegetais
~Sem metilação dos grupos carboxílicos dos ácidos galacturônicos
Hidrólise = pectina ou ácidos pectínicos (amolecimento)
Baixo grau de metoxilação dos grupos carboxílicos dos ácidos galacturônicos
Ácidos pectínicos solúveis em H2O c/ grau variável de metoxilação
SUBSTÂNCIAS PÉCTICAS
• Pectina
- Origem
- Propriedades
Vegetais e frutas, mais abundantemente nas frutas cítricas 
Capacidade de formar e estabilizar emulsões.
- Uso semelhante ao de outros hidrocolóides
Espessantes e estabilizantes em alguns produtos alimentícios
Opacidade em sucos é atribuída à pectina, que estabiliza 
uma suspensão coloidal dos constituintes do suco.
SUBSTÂNCIAS PÉCTICAS
• Pectina
Estrutura: polímero ácido α-1,4-D-galacturônico + moléculas de 
L-ramnose, arabinose, galactose e xilose como correntes laterais
SUBSTÂNCIAS PÉCTICAS
GELIFICAÇÃO
• Pectina ATM (alto teor de metoxilação)
>50% dos grupos carboxílicos esterificados (grupo metil) – 55-75%
Δ, açúcares 
60-70% peso
Ácido (H+) 
pH = 2,8-3,5 
––
–
–
–
–
Pontes H, interações hidrofóbicas, 
diminuição da repulsão eletrostática
• Pectina BTM (baixo teor de metoxilação)
<50% dos grupos carboxílicos esterificados (grupo metil) – 15-45%
–
–
–
– – –
–
–
–
– –
–
– –
–
– –
–
– –
–
– –
–
–
–
–
–
–––
–– –
–
–
––
–
–
–––
–
–
–
––
–
–
–
–
– –
–
– – –
– –
–
–
– –
– –
– – –
–
– –
–
–
–
– –
repulsão
Ca2+
Ca2+ Ca2+ Ca2+
– – –
– – –
GELIFICAÇÃO
• Pectina BTM (baixo teor de metoxilação)
- Adição de 0,1-0,5% Ca para formar gel
- Não requer adição de açúcar
Adição de pequena quantidade (10-15%) melhora textura
- Utilizada em produtos dietéticos
Adição de ácidos (hidrólise), álcalis (amonólise) ou enzima 
pectinesterase 
- Obtenção:
GELIFICAÇÃO
ENZIMAS PECTINOLÍTICAS
• Três tipos básicos
- Enzimas desesterificantes
- Enzimas despolimerizantes
- Protopectinases (PPase)
Pectinosidase
Protopectina (insolúvel) + H2O pectina (solúvel) 
PPase
Ex: B. subtilis, Kluyveromyces fragilis
• Enzimas desesterificantes
- Polimetilgalacturonato esterase (PMGE)
Pectinesterase, pectina metilesterase, pectina (de)metoxilase
pectina + n H2O = n metanol + pectato 
E.C. 3.1.1.11
Pode ser usada para produzir pectina BTM
n
+
n H2O
Especificidade variada: ponta não redutora (plantas) ou aleatória (fungos)
Atividade mais elevada em pectina c/ 65-75% metoxilação: preferência 
por grupo metiléster proximo a grupo carboxil livre (não esterificado)
Ex: Aspergillus sp., Penicillium sp., Erwinia sp., S. cerevisiae etc
pHótimo: 4-8 (fungos = pHótimo mais baixo que bactérias); Tótima: 40-50°C
Pouco efeito na viscosidade, exceto na presença de íons divalentes
ENZIMAS PECTINOLÍTICAS
• Enzimas despolimerizantes
1. Poligalacturonase (PG)
Atua sobre ácido péctico ~Sem metilação dos grupos 
carboxílicos dos ácidos galacturônicos
Hidrólise da ligação α-1,4 entre 
ácidos galacturônicos
H2O
n m
X
X = n+m+2
+
ENZIMAS PECTINOLÍTICAS
• Enzimas despolimerizantes
1. Poligalacturonase (PG)
E.C. 3.2.1.15
1.1. Endo-PG
Hidrólise aleatória da ligação α-1,4 entre ácidos galacturônicos
Amplamente distribuídas entre os micro-organismos
Ex: Aspergillus sp, Neurospora crassa, Fusarium sp., 
Kluyveromyces marxianus, etc
Maioria: pHótimo de 3,5 a 5,5 e Tótima entre 30 a 50°C
Redução da viscosidade
ENZIMAS PECTINOLÍTICAS
• Enzimas despolimerizantes
1. Poligalacturonase (PG)
1.2. Exo-PG
Hidrólise terminal da ligação α-1,4 entre ácidos galacturônicos 
(ponta não redutora) 
Liberação de um ácido galacturônico (E.C. 3.2.1.67) ou 
digalacturonato (E.C. 3.2.1.82)
Ocorrem em menor frequência
Ex: Bacillus sp., Fusarium sp., Penicillium sp.
E.C. 3.2.1.67
E.C. 3.2.1.82
ENZIMAS PECTINOLÍTICAS
• Enzimas despolimerizantes
2. Polimetilgalacturonase (PMG)
Pectina hidrolase
Semelhante à poligalacturonase, mas substrato é pectina
ENZIMAS PECTINOLÍTICAS
• Enzimas despolimerizantes
2. Polimetilgalacturonase (PMG)
Pectina hidrolase
Presumivelmente hidrolisa polimetil-galacturonatos a oligometilgalacturonatos 
por clivagem de ligações α-1,4
Pode atuar aleatoriamente no interior da cadeia (endo-PMG) ou a partir das 
extremidades (exo-PMG, ainda não relatada)
Caracterização bioquímica insuficiente – sua existência é questionada:
- Enzima ainda não foi purificada e caracterizada
- Atividade não foi demonstrada na ausência de outras enzimas 
pectinolíticas e na presença de pectina 100% metoxilada
Ex: Aspergillus, Penicillium, Botrytis
pHótimo de 4 a 7
ENZIMAS PECTINOLÍTICAS
• Enzimas despolimerizantes
3. Poligalacturonato liase (PGL)
Requerem Ca2+
Clivam ligações glicosídicas por eliminação
X
X = n+m+2
Sem entrada de H2O
n m
+
Poligalacturonato
Galacturonato insaturado (Δ4:5)
ENZIMAS PECTINOLÍTICAS
• Enzimas despolimerizantes
3. Poligalacturonato liase (PGL)
3.1. Endo-PGL
E.C. 4.2.2.2
Produzida por muitas bactérias e alguns fungos (não descrita em plantas)
Ex: Bacillus sp., Erwinia carotovora
Muitas: pHótimo na faixa alcalina (7,5-10) e Tótima entre 40 a 50°C
Ataque aleatório no interior da cadeia (preferência por cadeias longas)
Redução da viscosidade
ENZIMAS PECTINOLÍTICAS
• Enzimas despolimerizantes
3. Poligalacturonato liase (PGL)
3.2. Exo-PGL
E.C. 4.2.2.9
Atua sobre penúltimas ligações do terminal redutor
Bem menos abundantes que a endo-PGL
Cadeias curtas: oligogalacturonato liases (E.C. 4.2.2.6)  remoção de 
monômeros terminais insaturados de oligômeros de D-galacturonato
ENZIMAS PECTINOLÍTICAS
• Enzimas despolimerizantes
4. Polimetilgalacturonato liase (PMGL)
4.1. Endo-PMGL
Pectina liase (PL)
Exo-PMGL não foram identificadas até o momento
E.C. 4.2.2.10
Rompem ligações glicosídicas da pectina resultando ligação insaturada 
entre C4 e C5 do final não redutor formado
Ex: Aspergillus sp., Penicillium sp.
Não requerem Ca2+, mas são estimuladas por cátions
Maioria: pHótimo de 5 a 8 e Tótima ao redor de 40°C
ENZIMAS PECTINOLÍTICAS
Uenojo & Pastore, 2007
- Polimetilgalacturonato 
esterase (PMGE)
- Polimetilgalacturonase 
(PMG)
- Poligalacturonase(PG)
- Polimetilgalacturonato 
liase (PMGL)
- Poligalacturonato liase 
(PGL)
• Resumo
APLICAÇÃO INDUSTRIAL DE ENZIMAS PECTINOLÍTICAS
• Dois tipos básicos de 
pectinases industriais
- Pectinases ácidas
Ex: sucos
- Pectinases alcalinas
Ex: Papel e fibras vegetais
Polaina & McCabe (2007) Cap. 7, p. 110.
• Indústria de sucos e frutas
- Substâncias pécticas nos sucos:
Viscosidade, consistência
↑ quantidade = dificulta filtração e subsequente concentração
- Enzimas pectinolíticas (normalmente em conjunto c/ outras enzimas):
↓ viscosidade, ↑ rendimento, ↓ tempo de filtração (até 50% menor)
Utilização em diversos produtos: sucos, concentrados, polpas, purês 
etc
Aparência translúcida (clarificação)
Aparência, turbidez: suspendem partículas insolúveis
Floculação (após eliminação da estabilidade das suspensões)
APLICAÇÃO INDUSTRIAL DE ENZIMAS PECTINOLÍTICAS
• Indústria de sucos e frutas
- Clarificação de suco de maçã
1. Tratamento com pectina liase (PMGL)
2. Tratamento com pectinesterase (PMGE)
Sem efeitos visíveis, mas ↓viscosidade em 50%
Reduz grau de metoxilação
3. Tratamento com poligalacturonase (PG)
Atua somente em grau de metoxilação <50-60%
Propicia ação da poligalacturonase, ↓ação da PMGL
Desestabilização da turvação
4. Floculação
Degradação da pectina  agregação eletrostática de partículas 
com cargas opostas (proteínas + / taninos e pectina –)
APLICAÇÃO INDUSTRIAL DE ENZIMAS PECTINOLÍTICAS
• Indústria de vinhos
- ↑extração de pigmentos melhoramento das 
características visuais 
(cor e turbidez)- Facilita clarificação e filtração do mosto
- Promove estabilidade do vinho
• Óleos vegetais
- ↑extração de óleos vegetais (ex: óleo oliva)
- ↑recuperação de óleos essenciais (ex: frutas cítricas)  ↓emulsificação
• Café e chá
- Aceleram a fermentação de chá
- Removem envoltório mucilaginoso do café
APLICAÇÃO INDUSTRIAL DE ENZIMAS PECTINOLÍTICAS
• Indústria têxtil
- Uso em conjunto c/ amilases, lipases, proteases, celulases, 
hemicelulases, etc.... durante a purga
• Outras
- Vide Jayani et al (2005) para exemplos
• Ração animal
- Em conjunto com outras enzimas, ↓viscosidade da ração
↑absorção e liberação de nutrientes retido pelas fibras
- Substitui lavagem alcalina para remoção de materiais não celulósicos 
que recobrem a fibra de algodão (ceras, graxas, pectina, proteína, 
corantes...)
APLICAÇÃO INDUSTRIAL DE ENZIMAS PECTINOLÍTICAS
• Pectina
- Substância péctica de frutas e vegetais
- Capacidade de gelificação, ↑viscosidade, estabilização
- Pectina ATM: gelificação após adição de açúcar e acidificação
- Pectina ABM: gelificação não necessita açúcar (adição de Ca2+)
RESUMINDO....
• Enzimas pectinolíticas
- Desesterificantes
• Aplicações
- Principal: clarificação de sucos
- Despolimerizantes
Remoção do grupo metil éster da pectina
Hidrolases ou liases que atuam na ligação α-1,4
Endo ou exo
Preferência por pectato ou pectina
DÚVIDAS????
1. Jayani, R. S.; Saxena, S.; Gupta R. Microbial pectinolytic 
enzymes: a review. Process Biochemistry. 40:2931–2944, 
2005.
2. Polaina, J.; MacCabe, A. P. Industrial enzymes: Structure, 
function and application. Springer. 2007. Cap 7.
3. Uenojo, M.; Pastore, G.M. Pectinases: aplicações industriais e 
perspectivas. Química Nova. 30(2):388-394, 2007.
4. Aehle, W. Enzymes in industry. 3rd ed. Wiley. 2007. 
Cap.5.1.2.
5. Alkorta, I.; Garbisu, C.; Llama, M. J.; Serra, J. L. Industrial 
applications of pectic enzymes: a review. Process 
Biochemistry. 33(1):21-28, 1998.
BIBLIOGRAFIA