Aula 6 - Enzimas e suas aplicações em alimentos

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TCA 107 - Bioquímica dos alimentos Enzimas em Alimentos (30/04/2010)
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
CENTRO DE CIÊNCIAS RURAIS
DEPTO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS ALIMENTOS
Prof. Dr. Roger Wagner
O que é uma enzima?
Qual sua função?
Como pode ser produzida?
Qual sua importância na indústria de 
alimentos? 
Faturamento na 
área de alimentos
Taxa de crescimento médio 
na área de alimentos
� pH na faixa 5-8, geralmente 7
� Temperatura: 20-40°C, existindo também na faixa de 50-70°C
� Minimiza problemas de reações laterais indesejadas como: decomposição, isomerização, 
racemização e rearranjo.
Atuam sob condições amenas de reação
São aceitos no meio ambiente – pois são completamente biodegradáveis
Apresentam alta eficiência catalítica
� Aceleram as reações por um fator de 108 a 1010
� Atuam em pequenas concentrações: 10-3 a 10-4 % da catalisador
São altamente seletivos
� Regiosseletividade
� Quimiosseletividade
� Estereosseletividade
O
O
R1
R2 O
O
R1 R2
R3
éster acetal
OR1
O R2
O
O
O O
R3 OH
O R2
O
OH
R1 R3+ +
lipase 1,3 
específica
O
R
O
+ 
H
R1
R2
H
HO
R1
R2
OH
O
R+ 
H
HO
R1
R2
R2
R1
HO
H
(S) -2-álcool
(R)-2-álcool R-éster
(S) -2-álcool
Enzimas são constituídas de L-aminoácidos e 
por isso são catalisadores quirais.
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Classe da Enzima Número Tipo de reação 
 Classificadas Disponíveis 
1. Oxidoredutases 650 90 Redução-oxidação: 
oxigenação de ligações de C-
H, C-C, C=C; ou remoção 
total ou adição de 
equivalentes de átomos de 
hidrogênio 
2. Transferases 720 90 Transferência de grupos: 
aldeídico, cetônico, acila, 
açúcar, fosfato ou metila 
3. Hidrolases 636 150 Hidrólise: formação de 
ésteres, amidas, lactonas, 
lactamas, epóxidos, 
nitrilasanidridos, glicosídeos, 
organohaletos 
4. Liases 255 35 Adição-eliminação de 
pequenas moléculas nas 
ligações C=C, C=N, C=O 
5. Isomerases 120 6 Isomerização tais como 
racemização, epimerização, 
re-arranjos 
6. Ligases 80 5 Formação-clivagem de 
ligações C-O, C-S, C-N, C-C 
com concomitante clivagem 
de trifosfato 
 
Adequar nos processos 
industriais a utilização de 
enzimas ou microrganismos 
que apresentem rendimentos 
altos e a produtos de fácil 
recuperação, aliados ao baixo 
custo.
� Papel destacado - na composição, processamento e
deterioração dos alimentos
� Portanto, ora são úteis ora são indesejáveis
�Detecção da atividade em determinado produto pode 
servir de indicador da eficiência de uma determinada 
operação
Ex. vegetais branqueados – atividade peroxidasica = indicador do 
processo térmico empregado
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�Modificar matérias-primas e/ou obter produtos
específicos
�Panificação
�Modificação enzimática de materiais amiláceos
� Fabricação de sucos de frutas
�Modificação de proteínas
� Fabricação de bebidas alcoólicas
� Fabricação de laticínios
� Escurecimento de frutas e vegetais causado pelas
polifenoloxidases
� Rancidez de farinhas causada pela ação de lipases
e lipoxigenases
� Amolecimento de tecidos vegetais provocado
pelas enzimas pécticas
Catalisam a degradação de carboidratos – hidrólise de ligações 
glicosídicas entre monossacarídeos
� Clivagem da ligação glicosídica (específica para cada monossacarídeo –
glicosidades, galactosidades e frutofuranosidades).
� Posição à aglicona – específica para ligações α-1,4 ou α-1,6 entre hexoses.
� Configuração do substrato – hidrolisa glicosídeos com ligações - α ou β –
� Tamanho da molécula do substrato – ex. amido, dextrinas e maltose.
� Padrões endo- e exo- de atividade (tabela).
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leveduras não 
produzem amilases, conseqüentemente é 
indispensável a sacarificação do amido –
glicose, iso- e maltose.
liberação lenta da glicose e 
maltose para a fermentação, além de 
produzir dextrinas que aumentam a vida de 
prateleira do pão (diminui a retrogradação
do amido).
Hidrólise das cadeias de ácido galacturônico e seu derivado metoxilado
Aplicação: Indústria de sucos e vinhos, aumentando o °Brix. Clarificação de suco
Hidrólise da lactose (β-1,4) em glicose + galactose.
Fontes de lactoses:
� Intestino de mamíferos
� Vegetais (pêssego, damasco, café e amêndoa) 
� Microrganismos (Aspergillus niger, a. oryzae, Candida pseudotropicalis e 
kçuyveromyces lactis).
Aplicações industriais:
� Cápsulas de lactase – para indivíduos intolerantes a lactose.
� Leites com baixo teor de lactose.
� Pré-tratamento do leite para a obtenção de diversos produtos 
� Iogurte – aumenta a doçura sem aumentar o valor calórico.
� Queijo – Cheddar com tempo reduzido de produção; maturação.
� Produtos de panificação – gera açúcar fermentescível.
� Leite condensado, doce de leite e sorvete – por causa da concentração (18%) 
e temperatura, a lactose tende a cristalizar (arenosidade).
Catalisam a reação de hidrólise (hidrolases) de ligações 
peptídicas das proteínas (ligações amida e éster). 
Conhecidas como peptidades ou proteinases.
Do ponto de vista nutricional a hidrólise de proteínas, antes do 
consumo, favorece sua digestão e absorção pelo organismo.
hidrólise de proteínas no processo de digestão, ativação de
enzimas, coagulação do sangue e transporte de proteínas através
das membranas.
Indústria de detergentes é a maior consumidora de proteases.
A segunda maior é a Indústria de alimentos
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Exopeptidades
(EC 3.4.11-19)
Endopeptidades
(EC 3.4. 21-99) 
Carboxipeptidases
(C-terminal)
Aminopeptidases
(N-terminal)
Metalo-
proteases
Serina-
proteases
Cisteína-
proteases
Aspartil-
Proteases
ou
ácidas
(EC 3.4. 24) 
Metalo-
Proteases 
(EC 3.4. 23) 
Serina-
Proteases
(EC 3.4. 21) 
Cisteína-
Proteases 
ou 
sulfidrílicas
(EC 3.4. 22) 
Carboxipeptidases
(Proteinases)
Proteases-
aspárticas ou 
ácidas
Metalo-
Proteases 
Serina-
Proteases
Cisteína-
Proteases ou 
sulfidrílicas
São ativas em pH neutro e alcalino (7,0 - 11,0).
Inibidas por 3,4-dicloroisocumarina e diisopropilfluorofosfato.
Principais exemplos: tripsina, quimiotripsina e subtilisina.
Apresentam maior atividade em pH ácido. Inativa na presença
de 1,2-epoxi-3-p-nitrofenoxipropano + Cu+2. Maior afinidade por
aa apolares e aromáticos. Proteases ácidas: pepsina e renina.
Microbianas fúngicas (Aspergillus, Penicillium, Rhizopus, etc.)
Enzimas que dependem de íons met. divalentes (pH 7,0 - 9,0).
Inibidas por agentes quelantes (EDTA) Principais: neutras –
colagenases (C. histoliticum) e elastases (P. aeruginosa);
alcalinas – produzidas pelos gêneros Serratia e Myxobacter.
São ativas em pH neutro, com ativ. reduz. em pH ácido ou básico.
São inativadas por substâncias oxidantes e reativas com o grupo
sulfidril (PCMB). Principais exemplos: papaína, bromelina e ficina.
Mais utilizada na indústria de alimentos (seguras para consumo)
Normalmente mais ativas nos vegetais verdes.
Extraída do látex dos frutos do mamoeiro (Carica papaya)
Comercializada na forma de extrato bruto, com uma mistura de proteases, entre
as quais são mais importantes a papaína (QP-A) e a quimopapaína (QP-B). Maior
atividade proteolítica em pH(5,0 - 9,0).
Caseína e albumina como substrato o pH ótimo é 7,0 com temperatura de 60-
70°C, até 90°C.
Enzima de baixa especificidade, síntese de peptídeos.
Extraída do pedúnculo ou do fruto do abacaxizeiro (Ananas comosus).
Atividade proteolítica em pH 6,0 -8,0. Perdem atividades com temp >70°C.
Extraída do látex de diferente espéciesdo gênero Ficcus.
Atividade proteolítica em pH 6,0 - 8,0. Temp ~ 60°C.
Baixa especificidade e pouco utilizada na indústria.
As mais importantes comercialmente são as proteases gástricas e pancreáticas.
É uma das proteases de maior valor na indústria de alimentos.
Protease aspártica extraída do quarto estômago (abomaso) de bezerros não
desmamados. É sintetizada a partir da pró-renina (hidrolise pH 2,0 ou
autólise pH 5,0). Inativa em pH >7.
Protease aspártica produzida na mucosa do estômago. Ativa em pH abaixo
de 5,0. O peptídeo formado atua como inibidor alostérico da enzima quando
o pH for > 5. Atividade ideal pH 1,8 (1,0 – 4,0).
Baixa especificidade.
São serina-proteases secretadas pelo pâncreas. Importantes para a digestão.
Atividade ótima entre 7,0 – 9,0. Alguns inibidores desta enzima são encontrados
em grão de soja, trigo e em outros alimentos – redução significativa do valor
nutricional.
Tripsina – hidrolisam lig. específicas dos grupos carboxílicos da lisina e arginina.
Quimotripsina - hidrolisa preferencialmente lig. Que envolvem aa. aromáticos
(tirosina, fenilalanina e triptofano), mas tb, de aa. Hidrofóbicos.
São cisteína-proteases intracelulares relacionadas à resolução do rigor mortis.
Microrganismos são excelentes fontes de enzimas em virtude de sua grande 
diversidade e relativa facilidade de produção em larga escala. 
Cerca de 40% do mercado atual de enzimas.
Maior parte das proteases microbianas comerciais são produzidas por bactérias do 
gênero Bacillus e Geobacillus. 
Proteases neutras pH 5,0 – 8,0 com baixa estabilidade térmica.
Proteases alcalinas pH 8,0 – 11,0, temp. 50 – 60°C (baixa especificidade – deterg.)
Uma única espécie pode produzir diferentes proteases (alcalinas, neutras e ácidas).
Aspergillus oryzae – produz as três proteases extracelulares, o extrato obtido da 
fermentação apresenta atividade de pH de 4,0 a 11,0.
Temperatura ótima aprox. 40°C.
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- Modo clássico
- Imersão
- Injeção na carne
- Injeção no animal vivo
Elimina a turvação da cerveja, causada pela interação fenólicos + polipeptídios.
Utiliza-se normalmente papaína, protease não específica e hidrolisa peptídeos 
de diferentes fontes. Não afeta na espuma.
Além das enzimas endógenas, uso de enzimas vegetais e bacterianas.
Precipitação isoelétrica e Proteólise limitada – emprego de renina
Será visto com mais detalhe na bioquímica do leite.
Principalmente na formação de compostos de aroma e sabor, mas 
também na textura de determinados queijos. Ex. Cheddar.
Relação demanda x custo / tempo de produção.
Modificar as propriedades do glúten. 
Reduzir a força das ligações protéicas para atingir maciez desejada da 
massa. Ex. bolo, biscoito, etc.
Proteases microbianas (fúngicas).
Ação da enz. permite a abertura homogênea de massas de biscoito 
Cracker
Hidrolisados protéicos utilizados como ingredientes na indústria de alimentos, 
com vários objetivos: conferir sabor, alterar textura, emulsificar, produzir espuma 
ou aumentar o valor nutricional. Ex. Caldo de carne, sopas, temperos e molhos 
(molho de soja).
Proteases microbianas utilizadas para incorporação de aa essenciais a proteínas 
de baixo valor nutricional. Síntese de lipopeptídeos com funcionalidade 
surfactante
Promove a melhora tecnológica da textura e aparência dos produtos cárneos.
Transglutaminase (não é uma protease) – permite formar ligações cruzadas 
entre moléculas de proteínas.
Catalisam a reação de hidrólise de ligações glicerídicas dos 
triglicerídeos de óleos e gorduras. 
Nos seres vivos atua como enzimas digestivas, deposição e 
mobilização dos tecidos de reserva e metabolismo intracelular 
(membranas).
São hidrossolúveis mas atuam em substratos hidrofóbicos.
Função quebrar ésteres, mas são capazes de catalisar reações de
síntese (dependente da aw).
Indústria de detergentes, biodiesel e alimentos são as maior
consumidora de lipases.
Todos os organismos vivos. Lipase pancreática é a mais estudada,
mas as lipases produzidas por microrganismos (bactérias, fungos
e leveduras) tem maior aplicação industrial.
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Lipases não-específicas: hidrolisam igualmente ligações éster nas posições
1(3) e 2 do triglicerídeo.
Lipases 1(3) específicas: apenas hidrolisam ésteres primários.
Reage com um isômero do substrato exclusivamente ou mais rapidamente
do que outros isômeros da mesma substância.
Seletividade ao tamanho da cadeia carbônica: ác. Graxos de cadeia curta (até
10 C), média (até 14C) e longa (>16C).
Grau de insaturação: saturado, mono, di ou poliinsaturado.
Produção indesejável de aromas em leite.
Extrato fúngico (Penicillium roquefortii, P. camambertii) ou inóculo. Liberam
ác. graxos de cadeia curta – aroma intenso e característico de alguns queijos.
Redução do processo de produção.
Produção de mono e diglicerídeos, que apresentam propriedades
emulsificantes. Acarreta a maior capacidade de retenção de ar na massa e
retarda a sinérese,
P
O
P
+ St
P
O
P
P
O
St
St
O
St
P St+ + + +
P
O
P
+
St
St
St
P
O
P
P
O
St
St
O
St
P
St
P
P
St
St
St
St
St
+ + + + +
Lipases
Lipase sn- 1,3 específica
Interesterificação enzimática de ác. graxos para aumentar o ponto de fusão 
dos óleos utilizados na fabricação de margarinas. Alternativa à 
hidrogenação química que gera ácidos graxos trans. 
A
A
A
+
+ + + + +
A
A
A
A
A
B
A
B
A
B
A
B
B
B
A
B
B
B
B
B
B
12,5 25 12,5 12,5 25 12,5 %
Catalisador
- Síntese de aromas
- Produção de biossurfactantes não-iônicos
- Produção de compostos opticamente ativos
- Formulação de detergentes utilizados em indústria de 
alimentos e no próprio sabão em pó (roupas).
- Tratamento de efluentes.