Hidrólise enzimática

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Hidrólise enzimática 	
Aplicada à produção de etanol de segunda geração
Gabriel Terra Castilho dos Anjos
Hidrólise
Hidrólise é um termo aplicado a reações orgânicas e inorgânicas em que água efetua uma dupla troca com outro composto: 
XY + H2O  HY + XOH
KCN + H2O  HCN + KOH
C2H5Cl + H2O  HCl + C2H5OH
(Barcza, 2012)
O que são enzimas?
Enzimas são proteínas (polímeros de aminoácidos) que atuam como catalisadores em reações químicas.
Oferece uma condição melhor de ambiente para que o substrato sofra a reação química em questão, diminuindo a energia de ativação das reações.
http://www.lourdes-luengo.es/unidadesbio/proteinas/condensacion.htm 
O complexo celulolítico isolado a partir de fungos foi largamente interpretado em termos de desenvolvimento substancial biológico molecular e bioquímico especificamente para o fungo Tricoderma reesei – o primeiro fungo a ser utilizado na produção industrial de celulase, permanecendo ainda como a fonte mais utilizada. 
Além de celulases de fungos, há celulases produzidas por bactérias aeróbicas e anaeróbicas. 
(OGEDA et al., 2010)
Isolamento da celulase
Celulase x celulose
(Bocchini et al., 2011)
Maltose: glicose + glicose (a - 1,4). Presente no malte e na cevada ou no milho, resultante da hidrólise do amido.
Celobiose: glicose + glicose (b - 1,4). Resultante da hidrólise da celulose, não se encontra livre na natureza.
Hidrólise enzimática 
Em geral, tanto celulases livres como imobilizadas apresentam maior atividade na faixa de temperatura de 60 a 70 ºC e pH entre 4,5 e 5. 
Temperaturas mais elevadas podem favorecer a diminuição da cristalinidade e a mobilidade da água de hidratação, fatores que inibem a ação da celulase. 
Temperaturas baixas diminuem as colisões entre enzimas e substrato.
(OGEDA et al., 2010)
Alta atividade catalítica, as enzimas do complexo celulolítico são inibidas pelos produtos gerados na hidrólise (glicose e celobiose). *
“Simultaneous Saccharifi cation and Fermentation” (SSF).
(CGEE, 2010)
Bagaço ou palha de cana de açúcar pré-tratado
Rota enzimática
Pesar 10 g em um erlenmeyer
Solução tampão + Celulase
Agitação/aquecimento a 65ºC
Licor hidrolisado
Fração residual
(filtração)
A hidrólise da celulose à glicose em meio aquoso catalisado pelas enzimas celulase possui uma taxa de rendimento muito baixa:
Estrutura altamente cristalina da celulose, a qual dificulta o acesso do substrato aos sítios ativos.
Lignina.
Sendo assim, a etapa de pré-tratamento se faz necessária, tanto a fim de quebrar a estrutura cristalina da lignocelulose quanto a fim de remover a lignina, expondo as moléculas de celulose e hemicelulose à ação enzimática. 
Normalmente, hidrólises enzimáticas possuem um rendimento de açúcar menor que 20%, enquanto que, se uma etapa de pré-tratamento for utilizada, o rendimento pode alcançar até >90%.
(OGEDA et al., 2010)
A hidrólise de ligninas e hemicelulose gera açúcares e subprodutos (principalmente, difenóis, derivados de fenilpropano, cetonas, furfural e ácido acético), que muitas vezes inibem a fermentação microbiana.
Rota enzimática para hidrólise é mais promissora do que a rota ácida.
Não precisa de materiais muito resistentes à corrosão.
Não necessita de ajuste de pH para fermentação, devido à solução Tampão.
Gera menos inibidores de fermentação na hidrólise, tendo assim um maior rendimento na produção de etanol.
Preço das enzimas inviabiliza a produção.
Referências Bibliográficas
BARCZA, M. V., Processos Unitários Orgânicos, Lorena, 2012. 
BOCCHINI, D. A.; PRADO, H. F. A.; LEITE, R. S. R.; FERREIRA, H.; SOUZA, M. M.; SILVA, R.; GOMES, E., Agroindustrial Wastes as Substrates for Microbial Enzymes Production and Source of Sugar for Bioethanol Production. 2011. Disponível em http://cdn.intechopen.com/pdfs-wm/18493.pdf
CENTRO DE GESTÃO E ESTUDOS ESTRATÉGICOS, Química verde no Brasil, Brasília, 2010.
OGEDA, T. L.; PETRI D. F. S., Hidrólise enzimática de biomassa. São Paulo, 2010.