Glutamato-Monossódico

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Glutamato Monossódico
Disciplina: Processos Bioquímicos
Docente: Ivanilton Nery 
Discentes: Carolina M. de Oliveira; Fernanda S. de Souza; Giovanna C. da Silva; Nathalia S. de Oliveira; Ohana Gabrielle P. G. dos Santos; Stéphanie da F. Fusco.
Turma: QIM381
Data de entrega: 27 de novembro de 2015
Definição
O glutamato monossódico, também conhecido como glutamato de sódio (em inglês monosodium glutamate – MSG) é o sal sódico do ácido glutâmico. O ácido glutâmico ou glutamato é um aminoácido de propriedades ácidas que compõe diversos tipos de proteínas dos seres vivos. Trata-se de um aminoácido não essencial, isto é, pode ser produzido a partir de outros compostos celulares. É representado pela fórmula química C5H9NO4 e possui um ácido carboxílico como radical na sua estrutura.
O ácido glutâmico faz parte da estrutura de diversas proteínas de vegetais como feijão, soja, lentilha e grão de bico. A maior parte do ácido glutâmico consumido é absorvida rapidamente no intestino delgado, no qual, metade é metabolizado, produzindo gás carbônico. Também está intimamente ligado ao processo de síntese de carboidratos e ácidos graxos.
No organismo humano, o ácido glutâmico desempenha significativas funções. Ele é o precursor de vários aminoácidos como glutamina, prolina, gaba, ornitina e arginina e participa da formação de metabólitos importantes, como o ácido pirúvico e o oxaloacetato, provenientes do processo de respiração celular. O ácido glutâmico passa pelo processo de desaminação, ou seja, perda do grupo amina, dando origem à amônia e, finalmente, à uréia, excreta nitrogenada dos seres humanos.
O ácido glutâmico é, ainda, o mais comum dos neurotransmissores do sistema nervoso de mamíferos e, por isso, é conhecido como "combustível do cérebro". É provável que este aminoácido tenha participação em funções cognitivas cerebrais, como a capacidade de memorização e de aprendizagem. Hoje é sabido que a variação da concentração de ácido glutâmico está relacionada com vários tipos e graus de distúrbios mentais, tais como as doenças de Charcot e Alzheimer.
Figura 1 – Estrutura do ácido glutâmico
Sabendo, então, que a partir do ácido glutâmico tem-se o glutamato monossódico, de fórmula molecular C5H8NNaO4, é possível compreender mais sobre sua história, funcionamento, produção e riscos à saúde humana.
Histórico e Mercado
	As propriedades estimulantes do sabor do ácido glutâmico foram descobertas no Japão em 1908 por Kikunae Ikeda, e a produção comercial de glutamato sódico a partir de hidrolisados ácidos de trigo e proteína de soja começou imediatamente depois. 
Em 1957 descobriu-se o ácido glutâmico como produto do meio de cultivo utilizado no crescimento de Corynebacterium glutamicum, e este microrganismo se converteu na principal fonte de glutamato monossódico. Essa descoberta deu um enorme impulso à indústria de fermentação no Japão e nos processos fermentativos para a produção de aminoácidos assim como de nucleotídeos, que tem sido quase exclusivamente desenvolvidos por japoneses. 
A maior parte dos fabricantes está situada no sudoeste da Ásia (Japão, Coreia e Taiwan), sendo as firmas japonesas de vanguarda a Ajinomoto Co., Kyowa Hakko Kogyo Co. e Tanabe Seiyaku Co. No Ocidente os mais importantes fabricantes de glutamato monossódico são Stauffer Chem Co. dos Estados Unidos e Orsan. S.A. da França. 
No Brasil, o Ajinomoto chegou em 1949 exportado pelo Japão. Nesta época, o produto era utilizado somente pelos consumidores e estabelecimentos de origem oriental; e foi a demanda deste público que gerou a necessidade de se estabelecer uma unidade de importação e comercialização no Brasil. Em 1956, então, foi inaugurada a Ajinomoto do Brasil. As vendas do produto para pequenos comerciantes e restaurantes orientais obtiveram sucesso, e em 1961 foram contratados os primeiros 10 representantes de vendas do produto no Brasil, responsáveis por atender todos os Estados da região Sul e parte do Sudeste, onde se encontravam as principais indústrias alimentícias. A demanda cresceu, e em 1977, foi inaugurada a primeira fábrica da Ajinomoto no país, na cidade de Limeira/SP.
Hoje, a empresa conta com cinco fábricas em quatro Unidades Industriais, localizadas no interior do Estado de São Paulo, responsáveis pela fabricação de produtos voltados para o varejo e para as indústrias alimentícia, farmacêutica, cosmética e de nutrição animal.
Em 1996, no Brasil, foram produzidas 65.000 toneladas de glutamato monossódico pela Ajinomoto S.A. O consumo per capita desse aminoácido no Brasil é de 28 gramas e nos Estados Unidos, de 170 gramas. Já no Japão o consumo chega a 670 gramas por pessoa por ano. 
Imagem 2 - Logomarca da Ajinomoto S.A.
Características 
Algumas características do glutamato monossódico podem ser listadas a seguir: 
Alta solubilidade em água; 
Baixa higroscopicidade; 
Excelente estabilidade em altas temperaturas e em presença e luz; 
Não interfere na cor e na textura dos alimentos; 
É um produto não perecível;
Não necessita de cuidados especiais para armazenamento e manuseio;
Apresenta um padrão de qualidade assegurado.
A ação no paladar e o Umami
O GMS é mais do que somente um tempero como o sal e pimenta. Ele realça o sabor dos alimentos tornando carnes processadas e refeições congeladas mais apetitosas, assim como torna saladas mais saborosas e comidas enlatadas com gosto menos metálico. Por ser utilizado como um realçador, o glutamato monossódico é considerado um aditivo alimentar. A ação realçadora do glutamato na degustação está diretamente ligada ao umami. 
Umami (palavra de origem japonesa que significa "delicioso e apetitoso") é o nome do quinto sabor básico descoberto pelo pesquisador japonês Kikunoe Ikeda. Ele é capaz de complementar os outros quatro gostos básicos do paladar humano: doce, salgado, azedo e amargo. Apesar de ter sido descoberto no início do século XX, foi somente no ano 2000 que pesquisadores confirmaram que existe na língua humana um receptor específico para o umami. As duas principais características do umami são o aumento da salivação e a continuidade do gosto por alguns minutos após a ingestão do alimento.
O glutamato é uma das principais substâncias que proporcionam o umami. Queijo parmesão, tomate, cogumelos e carnes em geral são os alimentos que têm estas substâncias em grande proporção, e por isso possuem o quinto gosto de forma mais acentuada. Além disso, encontra-se o glutamato em diversos alimentos industrializados, como sopas prontas, congelados, enlatados e etc. 
Produção – O Início 
Kikunae Ikeda, já citado como descobridor do sal glutamato monossódico, após isolar o aminoácido da alga Kombu, iniciou uma série de pesquisas até conseguir desenvolver a substância, na qual seu objetivo era produzir um condimento alimentar.
 Inicialmente, não haveria a possibilidade de realizar a extração do aminoácido diretamente através da alga, então ele utilizou o glúten, a principal proteína do trigo, como fonte principal, já que esta proteína é muito rica em ácido glutâmico. O processo se iniciava com hidrólise ácida, a qual quebrava a proteína e gerava ácido glutâmico livre, os quais eram neutralizados e transformados em sais. 
Imagem 3 - Reação de neutralização do ácido glutâmico
A partir deste momento, o processo de produção em escala industrial foi autorizado e iniciado por Ikeda e pelo empreendedor Saburousuke Suzuki, fundando juntos a empresa Ajinomoto®.
Porém, pesquisas ainda estavam por vir para melhorar o processo de produção da substância, já que ainda havia algumas dificuldades na extração do ácido glutâmico a partir do glúten, principalmente no que dizia respeito à demanda de produção. Por estes motivos, diferentes métodos foram desenvolvidos, porém, apenas na década de 50 foi estabelecida a tecnologia que melhor se adaptou a produção em escala industrial, a Fermentação direta (transformação de uma matéria-prima em outro produto efetuada por microrganismos – bactérias ou leveduras).
Os processosfermentativos são muito utilizados pela indústria alimentícia, e, para que os microrganismos que participam da fermentação se multipliquem, são necessários substratos, ou seja, fontes de energia. No caso da fermentação para a produção de glutamato monossódico, microrganismos inócuos utilizam açúcares provenientes de matérias-primas de origem vegetal, como a cana-de-açúcar, além de outras fontes que poderão proporcionar energia para sua multiplicação (como fontes de nitrogênio, por exemplo). 
Como resultado da fermentação, há uma produção intensa de ácido glutâmico e/ou nucleotídeos, os quais são neutralizados para que estas substâncias possam se ligar a íons e assim, formar os sais. Na maioria das vezes, o íon mais utilizado para formar sais é o sódio, porém há também outros, como, por exemplo, o potássio. A partir daí, inicia-se o processo de purificação para retirada de resíduos da fermentação, secagem e finalização do processo. 
Produção – A Bioquímica do Processo Fermentativo
O ácido L-glutâmico é produzido predominantemente por processos microbianos, ainda que também possa ser obtido quimicamente. Os pesquisadores japoneses iniciaram o processo de fermentação direta porque por síntese química obtém-se o ácido D,L-glutâmico (que é uma forma racêmica). 
Cepas de produção
A partir de estudos sobre 2000 microrganismos em diferentes meios, encontrou-se que o ácido é produzido por uma variedade de bactérias, estreptomicetos, leveduras e fungos. O gênero Corynebacterium demonstra uma alta secreção de ácido glutâmico. Além, deste, encontra-se uma grande quantidade nos gêneros Brevibacterium, Microbacterium ou Arthrobacterium. São geralmente bactérias gram positivas, não esporulantes e imóveis. 
Biossíntese de ácido glutâmico
A glicose, como fonte de carbono, é degradada por microrganismos produtores de ácido glutâmico e fragmentos C3 e C2, através da via de Embden-Meyerhof-Parnas (EMP ou Glicólise) e o ciclo da pentose-fosfato, e os fragmentos são canalizados ao ciclo dos ácidos tricarboxílicos. A via EMP é mais frequente nas condições de produção de ácido glutâmico. O percursor-chave do ácido é o α-cetoglutarato, que se forma no ciclo TCA via citrato e isocitrato, e logo se converte em ácido glutâmico por aminação redutiva com íons NH4+ livres (imagem 4). Essa última etapa é catalisada pelo NADP-dependente glutamato desidrogenase. O NADPH2 requerido nessa etapa da reação é proporcionado através da oxidação descarboxilativa prévia do isocitrato a α-cetoglutarato pela enzima isocitrato desidrogenase. O NADPH2 é logo regenerado pela aminação redutiva de α-cetoglutarato: 
A cepa utilizada comercialmente para a produção de ácido glutâmico tem um bloqueio na α-cetoglutarato desidrogenase. Na ausência de íons NH4+, se acumula α-cetoglutarato devido a interrupção do ciclo TCA. Para tanto se requerem sequências anapleróticas (de preenchimento) eficientes para proporcionar ao ciclo TCA os intermediários necessários para todas as demais reações da célula. 
A oxalacetato descarboxilato e a malato dependente de NADP estão envolvidas no processo de fixação de CO2. 
A enzima málica catalisa a carboxilação do piruvato a ácido málico (imagem 4). Essas sequências anapleróticas completam o ciclo do TCA com ácidos dicarboxílicos C4. O malato é logo transformado via oxalacetato a citrato e isocitrato, os quais servem como etapas preliminares à formação de ácido glutâmico. 
Com acetato como fonte de carbono o ganho em energia e a formação de intermediários ocorre principalmente através do ciclo do glioxilato em Corynebacterium glutamicum (imagem 5). Portanto, existe uma competição entre a reação do isocitrato-liase, que forma succinato e glioxilato (necessários para crescimento ótimo) e a reação do isocitrato desidrogenase que conduz ao percursor chave α-cetoglutarato. A estequiometria da formação do ácido glutâmico a partir da glicose ou acetato como fonte de carbono, poderia ser da seguinte forma: 
Glicose: C6H12O6 + NH3 + 1,5O2 → C5H9O4N + CO2 + 3H2O
 Acetato: 3 C2H4O2 + NH3 + 1,5O2 → C5H9O4N + CO2 + 3H2O
 Um mol de ácido glutâmico é produzido a partir de um mol de glicose ou de 3 moles de acetato.
Imagem 4 – Biossíntese do ácido glutâmico utilizando glicose com fonte de carbono: ciclo do ácido glioxílico, linha contínua; ciclo da pentose-fosfato, linhas descontínuas; 1 – enzima málica; 2 – oxalacetato carboxilase; 3 – isocitrato desidrogenase; 4 – isocitrato liase; 5 – ácido glutâmico desidrogenase; 6 – glutamina sintetase. 
Imagem 5 – Biossíntese do ácido glutâmico utilizando acetato como fonte de carbono 
Efeito da permeabilidade sobre a produção de ácido glutâmico
A produção e secreção de quantidades em excesso de ácido glutâmico dependem da permeabilidade da célula. O aumento da permeabilidade nas bactérias que o produzem pode-se obter de diversas formas: 
Mediante deficiência em biotina; 
Mediante deficiência em ácido oleico em mutantes auxótrofos de ácido oleico; 
Mediante deficiência em glicerol em mutantes auxótrofos de glicerol;
Mediante adição de ácidos graxos saturados (C16-C18) ou derivados de ácidos graxos; 
Mediante adição de penicilina; 
Todas as cepas produtores de ácido glutâmico têm necessidade para seu desenvolvimento se biotina, uma coenzima essencial na síntese dos ácidos graxos. Em presença de concentrações de biotina > 5 µg/L produz um aumento na síntese de ácido oleico, que se manifesta em um conteúdo maior em fosfolipídios na membrana celular. 
As células com alto conteúdo em fosfolipídios são incapazes de excretar ácido glutâmico; até cerca de 25-35 mg de ácido glutâmico/ µg peso seco se acumulam intracelularmente, de forma que a biossíntese cessa devido à retroinibição. Por outro, lado o crescimento em um meio deficiente em biotina provoca danos na membrana por redução da síntese de fosfolipídios, o que conduz a uma relação diferente de ácidos graxos saturados e insaturados. Sob essas condições pode ser excretado o ácido glutâmico intracelular. 
A adição de penicilina na fase logarítmica de crescimento favorece significativamente a secreção de ácido glutâmico, inclusive em presença de biotina. A penicilina é adicionada nas fermentações em meios que contém grandes quantidades de biotina entre 8e 12 horas depois da inoculação do fermentador. Seleciona-se uma concentração de penicilina (5-300 unidades/mL), de forma que a velocidade de crescimento bacteriano se reduza a um nível correspondente à velocidade no meio com baixa concentração em biotina.
A utilização de penicilina ou ácidos graxos saturados tornam possível o uso comercial de meios de cultivo baratos, como melaço de cana-de-açúcar ou de beterraba, que de outra forma não poderiam ser utilizados devido ao seu alto teor de biotina. 
Condições de Fabricação 
	Em condições ótimas de cultivo, as bactérias convertem, aproximadamente, de 50 a 60% da fonte de carbono adicionada em ácido glutâmico. 
Os fatores que influenciam na fermentação de ácido glutâmico são: 
Fontes de carbono: entre os monossacarídeos utilizam-se glicose, frutose, ribose e xilose e entre os dissacarídeos sacarose e maltose. Como fonte de carbono “natural”, tem-se o melaço de cana-de-açúcar e de beterraba, além de hidrolisados de amido. 
Fontes de nitrogênio: além dos sais de amônio, pode-se utilizar o próprio amônio (gasoso ou em solução aquosa). Na produção industrial de ácido glutâmico a alimentação com amônio permite o controle do pH e elimina o problema da toxicidade do amônio. A maior parte das bactérias produtoras do ácido possui atividade ureásica, de forma que a ureia também é frequentemente utilizada como fonte de nitrogênio. 
Fatores de crescimento: a concentração ótima de biotina depende da fonte de carbono utilizada. Em meios com 10% de glicose a concentração de biotina é 5 µg/L. Em meios utilizando acetato a concentração ideal de biotina é de 0,2 a 1,0 µg/L. Algumas cepas necessitam de L-cisteína como fator adicional de crescimento. Para meios com n-alcanos pode ser necessário suplementar com tiamina. 
Aeração:com os rendimentos ótimos de ácido glutâmico se obtém uma constante de 3, 5x10-6molesO2/atm.min.mL. A concentração de oxigênio não deve ser tão alta nem tão baixa, pois, tanto em um caso quanto em outro os rendimentos em ácido glutâmico são baixos. 
 Processos de Produção
Uma fermentação típica a partir de glicose de Brevibacterium divaricatum é a seguinte:
Meio para cultivo do inóculo: 40 gramas de glicose; 1,0 grama de K2PO4; 0,5 grama de MgSO4.7H2O; 1,0 grama de extrato de levedura; 8 gramas de ureia; 1 litro de água destilada q.s.p.; 16 horas de incubação a 35ºC. 
Meio de fermentação: 121 gramas de glicose; 5 gramas de acetato de amônio; 6 gramas de melaço da sacarificação de amido; 1,2 grama de KH2PO4; 1,2 grama de K2SO4; 6 gramas de MgSO4 anidro; FeSO4.7H2O 6 ppm; MnSO4.H2O 6 ppm; agente antiespumante Hodag K67; 1 litro de água destilada. Volume de inóculo 6%. 
No início da fermentação adiciona-se 0,65 mL/L de ácido oleico. O pH se estabelece a 8,5 com amônio e é mantido automaticamente a 7,8 durante a fermentação. Uma vez iniciado o crescimento (aproximadamente 14 horas) aumenta-se a temperatura de 32-33ºC para 38ºC. Com o decréscimo de glicose a um nível de 0,5 a 2 %, procede-se a alimentação de glicose (em média 160 g/L) até que a fermentação se complete. A aeração é controlada de tal forma que o conteúdo em CO2 dos gases de saída não exceda 4,5% em volume. O conteúdo em ácido glutâmico é analisado de hora em hora. Como regra, encerra-se a fermentação depois de 30-35 horas, com um rendimento de aproximadamente 100 g/L. 
Produção – O Processo Fermentativo Industrial
Imagem 6- Fluxograma da produção do glutamato monossódico por fermentação
No fermentador, é colocado o microrganismo juntamente com uma fonte de carbono, neste caso o açúcar, amônia, e outros sólidos. Esta mistura é fermentada e, em seguida centrifugada em altas rotações; os subprodutos são reservados, e a mistura segue para o evaporador. Após a evaporação, em um hidrolisador, a mistura é hidrolisada com adição de HCl, neutralizada com NaOH, na etapa seguinte, em um neutralizador, e levada para cristalização do ácido glutâmico. Estes cristais formados passam por um filtro, para que se separem do licor dos subprodutos. Os cristais seguem para um dissolvedor, onde há a adição de NaOH; essa dissolução é levada até um descolorizador, para que se atinja a cor esbranquiçada do GMS. Depois de descolorida, a solução é submetida a um cristalizador específico para Glutamato Monossódico, passando em seguida por uma centrífuga, onde, a parcela de GMS que não está em forma de cristais retorna para o cristalizador para total aproveitamento. Após centrifugados, os cristais são secos, peneirados, acondicionados e, finalmente expedidos.
Abaixo segue um esquema simplificado disponibilizado pela própria Ajinomoto® de seu processo de produção do glutamato monossódico.
Imagem 7 – Esquema de produção do Glutamato Monossódico – Ajinomoto
O perigo existe?
Sabemos que o uso excessivo de qualquer tipo de alimento pode causar danos à saúde. O sal glutamato monossódico não é diferente disso. Quimicamente falando, o GMS é composto por, aproximadamente, 78% de ácido glutâmico livre, 21% de sódio e até 1% de contaminantes. 
Abaixo temos uma tabela que apresenta as quantidades recomendadas para uso de glutamato monossódico em alguns produtos:
	Alimentos congelados
	Para 100 kg de produto
	A partir de 300 g
	Biscoitos
	Para 100 kg de massa
	A partir de 300 g
	Condimentos/temperos
	Da quantidade de produto
	10 a 25 %
	Conservas vegetais
	Da quantidade de sal adicionada ao produto
	10 a 20 %
	Caldos
	Da quantidade de produto
	15 a 25 %
	Derivados de carne
	Para 100 kg de massa
	A partir de 300 g
	Derivados de tomate
	Da quantidade de produto
	A partir de 1%
	Derivados de peixe
	Para 100 kg de produto
	A partir de 300 g
	Molho inglês
	Par 100 L de produto
	A partir de 300 g
	Maionese
	Para 100 kg de produto
	A partir de 300 g
	Snacks
	Da quantidade de produto
	0,60 a 0,75 %
	Sopas
	Do peso do produto diluído
	0,35 a 0,45 %
Presente em muitos alimentos naturais, o glutamato, se consumido em equilíbrio, pode ser favorável a saúde. Visto que ele é um promotor de umami pode também ajudar a indústria de alimentos a desenvolver produtos com teor reduzido de sódio. Sua contribuição positiva para o sabor permite reduzir sódio sem comprometer demasiadamente o perfil sensorial dos alimentos. O GMS possui apenas 1/3 da quantidade de sódio presente no cloreto de sódio (ou sal de cozinha).
Imagem 8 – Alguns produtos industrializados que contém glutamato monossódico
O FDA (Agência regulatória para alimentos, Medicamentos e Cosméticos dos Estados Unidos) é um entre os muitos órgãos responsáveis pela administração de alimentos e medicamentos e, segundo ele, o glutamato monossódico é considerado um alimento seguro, sem restrições de uso. 
Contudo, alguns pesquisadores e doutores apontam o glutamato como o percursor de problemas, como a “Síndrome do Restaurante Chinês”, que apareceu na literatura médica descrevendo inúmeros efeitos colaterais, desde falta de sensação até palpitações cardíacas, que pessoas puderam experimentar após ingerir glutamato. Hoje essa Síndrome é mais apropriadamente chamada de "Complexo dos Sintomas do GMS", que a FDA identifica como "reações de curto-prazo" do glutamato. 
Além disso, o glutamato monossódico pode ser classificado como uma excito-toxina, ou seja, é uma substância que estimula as células a ponto de danificá-las ou matá-las. Isso se torna perigoso se associado ao glutamato, visto que este é o principal neurotransmissor estimulante do cérebro. Esta danificação pode levar a efeitos como dores de cabeça, aceleração dos batimentos cardíacos, dores no peito, dormência ou formigamento no rosto e pescoço, entre outros. 
Apesar de todas as especulações sobre os malefícios do uso exagerado do GMS não serem comprovadas, é importante cada vez mais evitarmos ou pelo menos diminuirmos o uso de alimentos industrializados em nossa alimentação, a fim de garantir um melhor bem-estar e qualidade de vida. 
Referências Bibliográficas
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BORZANI, W., SCHMIDELL, W., LIMA, U. A., AQUARONE, E., Biotecnologia Industrial, v. 3, Editora Edgard Blucher. Páginas 155 a 170. 
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SHREVE, N.R.; JUNIOR, B.A.J. Indústrias de Processos Químicos. Rio de Janeiro: Ed. Guanabara Koogan S.A., 1997. Páginas 411 e 413.