Glutamato Monossódico

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Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio de Janeiro. 
Glutamato monossódico 
Trabalho referente à disciplina de Processos Bioquímicos, no Curso de Bacharelado em Química, do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio de Janeiro, campus Nilópolis.
Prof.: Ivanilton Almeida Nery
Alunas: Amanda Pierandrei Batista, Fernanda de Souza Nascimento, Kamilla Magalhães Garcia Cruz, Karine Belo Rocha de Lime, Maíra Martins Haddad de Almeida.
Nilópolis, 2018
INTRODUÇÃO
 O glutamato monossódico (GMS) é o sal sódico do ácido glutâmico (GLU) (Figura 1), um aminoácido não essencial amplamente encontrado na natureza. Em sua forma livre, o glutamato é detectado por receptores gustativos, e proporciona o gosto “umami”, que é um dos cinco gostos básicos do paladar humano, como o doce, azedo, amargo e salgado, e é uma palavra de origem japonesa, que significa "gosto saboroso e agradável". Essa escrita, em particular, foi escolhida a partir da palavra umai "delicioso" e mi "gosto" (LIMA et al., 2001).
Figura 1: Estruturas do ácido glutâmico (A) e glutamato monossódico (B).
 Por ser capaz de melhorar o sabor dos alimentos, ele é amplamente utilizado pela indústria. Sua forma mais comum de utilização é através da adição de glutamato monossódico (GMS) um realçador de sabor classificado na categoria mais segura de aditivos alimentares (LIMA et al., 2001). 
 Essa propriedade estimulante do glutamato monossódico foi descoberta no Japão em 1908 por Kikunoe Ikeda, e sua produção começou logo depois a partir de trigo e proteína de soja. Em 1957, descobriu-se que a partir do crescimento de Corynebacterium glutamicum, obtinha-se ácido glutâmico como produto, o que deu um grande impulso à indústria de fermentação no Japão e nos processos fermentativos para produção de aminoácidos (LIMA et al., 2001).
2. BIOQUÍMICA DO PROCESSO
Na biossíntese do ácido glutâmico, temos a molécula da glicose como fonte de carbono. Ela é degradada a fragmentos de C3 e C2, pela glicólise, o ciclo pentose-fosfato e os fragmentos são enviados ao ciclo dos ácidos tricarboxílicos, entretanto a via mais frequente para a produção do glutamato é a glicólise. Essa via quebra a molécula de glicose formando duas moléculas de piruvato (Lima et al., 2001).
Glicose (6C) → 2Piruvato (3C)
O piruvato é então carboxilado pela enzima málica que catalisa a reação gerando o ácido málico, como mostrado na figura 2. Essa reação é uma sequência anaplerótica (reações de preenchimento) que completa o ciclo de Krebs. O malato formado é então transformado em citrato e em seguida a isocitrato pela via do oxalacetato. O isocitrato é então catalisado pela enzima isocitrato desidrogenase com o auxílio do NADP (Figura 2– caminho do losango), fazendo com que ocorra a sua descarboxilação e a formação do NADPH2 (Lima et al., 2001).
Figura 2: Ciclo de Krebs; 1 – Enzima málica; 2 – Isocitrato desidrogenase; 3 – ácido glutâmico desidrogenase; 4 – Isocitrato liase.
Fonte: Lima et al., 2001 modificada
É formada então a α-cetoglutarato que é precursora do glutamato, sofrendo aminação redutiva pelo NH4+. Esta reação é catalisada pela enzima ácido glutâmico desidrogenase com o auxílio do NADPH2. A cepa que é utilizada comercialmente tem um bloqueio na α-cetoglutarato desidrogenase, na falta de íons NH4+ o α-cetoglutarato fica acumalado devido as interrupções que são causadas no ciclo de Krebs. Por isso a importância das reações anaprelóticas serem eficientes, pois estas proporcionam ao ciclo todos os intermediários necessários para seu bom funcionamento (Lima et al., 2001).
Com o acetato como fonte de carbono, como se pode observar na figura 2 existe uma competição entre a reação da isocitrato-liase, formadora de de glioxilato e succinato (que são necessários para um crescimento ótimo) e a reação da enzima isocitrato desidrogenase responsável pela formação do α-cetoglutarato, que é precursor do glutamato (Figura X – caminho do triângulo). Segundo a estequiometria das reações, são necessários 3 moles de acetato para a formação de 1 mol de glutamato enquanto com a glicose a estequiometria é de 1:1. Entretanto, experimentos com células em repouso tem evidenciado que a velocidade real de conversão está entre 50-70%. Esse rendimento está atrelado a reversibilidade na reação da enzima málica e a descaboxilação do oxalacetato a dióxido de carbono (Lima et al., 2001).
3. AGENTES DE FERMENTAÇÃO
As bactérias Corynebacterium glutamicum, Brevibacteium lactofermentum ou brevibacteium flavum são morfológica e fisiologicamente cepas produtoras de ácido glutâmico, são bactérias gram positivas, sua faixa de temperatura ótima para seu crescimento é de 30°C a 37°C, não esporulam e imóveis (Lima et al., 2001).
A figura 3 mostra a produção de alguns aminoácidos por fermentação, incluindo o ácido glutâmico, incluindo seu rendimento.
Figura 3: Produção de alguns aminoácidos por fermentação.
Fonte: Lima et al., 2001
A primeira bactéria utilizada para produção industrial foi a do gênero Corynebacterium, descoberta em 1957, no Japão. Os pesquisadores japoneses iniciaram o desenvolvimento do processo através da fermentação direta, visto que através da síntese orgânica obtém-se o ácido D,L-glutâmico (forma racêmica) (Lima et al., 2001).
Esses microrganismos precisam de vitaminas, aminoácidos, purinas e pirimidinas para seu crescimento (Lima et al., 2001).
Ademais, todos os produtores de ácido glutâmico requerem biotina e carecem ou mostram pouca atividade glutamina desidrogenase, e alguns mutantes de Brevibacteium e Corynebacterium têm atividade isocitrato-liase mais baixa. Tem-se uma melhora adicional das cepas obtidas por meio de isolamento de mutantes que superproduzem ácido glutâmico, inclusive na presença de altas concentrações de biotina. Sendo assim, um mutante sensível a biotina de C. glutamicum é capaz de converter 40% da fonte de carbono em ácido L-glutâmico (Katsumata et al., 1984).
Diante dos estudos também têm sido gerados híbridos com êxito, clonando DNA de Brevibacteium ou Corynebacterium em cepas receptoras de Brevibacteium ou Corynebacterium (Katsumata et al., 1984).
4. ESTUDO DE MERCADO
O glutamato monossódico (GMS) é comercializado na forma de cristais brancos (Figura 4) de extensa solubilidade em água e limitada dispersão em alimentos gordurosos devido à suas características iônicas, e é utilizado como aditivo alimentar. Dentre suas características, estão: alta solubilidade em água, baixa higroscopicidade, excelente estabilidade a altas temperaturas e presença de luz, não interfere na cor dos alimentos, produto não perecível, não necessita de cuidados especiais para armazenamento e manuseio, e apresenta um padrão de qualidade assegurado (BRANEN et al., 2002; AJINOMOTO, S.d.).
 
Figura 4: Cristais de glutamato monossódico.
 Fonte: Ajinomoto, S.d.
	A propriedade estimulante do glutamato monossódico foi descoberta no Japão em 1908 por Kikunoe Ikeda, o qual fez uma série de testes num caldo contendo kombu (alga adicionada à comida para lhe conferir sabor), a fim de isolar os compostos aromatizantes presentes. Verificou que o composto responsável por estas propriedades seria o glutamato. Para tornar o tornar viável como tempero, Ikeda percebeu que este teria de ser facilmente solúvel na água, surgindo assim o glutamato monossódico (GEILING, N., 2013). 
A produção desse composto começou logo depois a partir de trigo e proteína de soja, matérias-primas ricas em ácido glutâmico. Em 1957, descobriu-se que a partir do crescimento de Corynebacterium glutamicum, obtinha-se ácido glutâmico como produto, o que deu um grande impulso à indústria de fermentação no Japão e nos processos fermentativos para produção de aminoácidos (LIMA et al., 2001).
O GMS pode ser obtido de maneira natural por meio do consumo de alimentos como: queijo parmesão (1200mg/100g); cogumelo(140mg/100g); peixes (140 mg/100g); tomate (140 mg/100g); milho (130 mg/100g); frango (44 mg/100g) e carne (33 mg/100g); molho de soja (782mg/ 100g); molho de peixe (950mg/100g); molho de ostras (900mg/100g) e molho de anchovas (630mg/100g), pela hidrolização de proteínas, ou por processo industrial pela ação de bactérias em determinados substratos como: melaço e cana-de-açúcar, que é uma matéria prima de baixo custo e fácil obtenção. Tem a maior parte de seus fabricantes situada na Ásia (Japão, Coreia, Taiwan), sendo as firmas japonesas de vanguarda a Ajinomoto Co., Kyowa Hakko Kogyo Co. e Tanabe Seiyaku Co. Os Co. (EUA) e Orsan (França) (LIMA et al., 2001).
	Durante a Segunda Guerra Mundial, militares americanos encontraram no glutamato monossódico, uma alternativa para as refeições insípidas atribuídas aos soldados, melhorando assim as condições em que se mantinham durante aquele tempo (FOOD REFERENCE, 2015).
	No Brasil, em 1996, foram produzidas 65.000 toneladas de glutamato monossódico pela Ajinomoto S.A., único fabricante do produto. Essa empresa possui 4 filiais no Brasil, produzindo diversos tipos de alimentos contendo esse aditivo alimentar, tais como: produtos cárneos, caldos, snacks, conservas vegetais, alimentos congelados, biscoitos, massas, etc. O consumo per capita no Brasil é de 28 g e nos EUA, de 170 g. No Japão o consumo chega a 670 g por pessoa por ano (LIMA et al., 2001).
Ajinomoto no Brasil
Presente no Brasil desde 1956, a Ajinomoto do Brasil se empenha em oferecer produtos de qualidade tanto para o consumidor como: insumos para as indústrias alimentícia, cosmética, esportiva, farmacêutica, de nutrição animal e agronegócios. Atualmente, a unidade brasileira é a terceira mais importante do Grupo Ajinomoto fora do Japão, atrás apenas da Tailândia e dos Estados Unidos. A linha de produtos da empresa voltada ao consumidor é composta pelo tempero umami AJI-NO-MOTO®, AJI-SAL®, Tempero SAZÓN®, Caldo SAZÓN®, RECEITA DE CASA™, HONDASHI® e SABOR A MI®, além das sopas individuais VONO® e da linha de sopas cremosas e claras VONO® Chef. Com quatro unidades fabris, localizadas no estado de São Paulo, nas cidades de Limeira, Laranjal Paulista, Valparaíso e Pederneiras, e sede administrativa na capital, emprega cerca de 3 mil funcionários e atende tanto ao mercado interno como ao externo. A Ajinomoto, multinacional japonesa com sede em Tóquio, é a maior produtora de aminoácidos do mundo. O Grupo Ajinomoto obteve um faturamento global de US$ 9,2 bilhões e nacional de R$ 2,3 bilhões no ano fiscal de 2016. Atualmente, opera em 30 países, possui 118 fábricas e cerca de 33 mil funcionários em todo o mundo (AJINOMOTO, S.d.)
5. FLUXOGRAMA DO PROCESSO
Fluxograma: produção de glutamato monossódico
Fonte: adaptado Ajinomoto e Produção de Glutamato Monossódico
No fermentador é colocado o microrganismo juntamente com uma fonte de carbono, neste caso: açúcar, amônia e outros sólidos. O açúcar é obtido a partir da moagem da cana. Esta mistura é fermentada gerando o ácido glutâmico e subprodutos. 
Em destaque (Figura 5), a fermentação no biorreator:
Figura 5: fermentação do glutamato monossódico
Fonte: adaptado Ajinomoto e Produção de Glutamato Monossódico
A mistura é hidrolisada com adição de HCl e cristalizada. Após evaporação, separa-se o ácido glutâmico em pó. Na etapa seguinte, o pó é neutralizado com NaOH, em um neutralizador. Então é levada para descoloração (o pó comercial é esbranquiçado). Depois de descolorida, a solução é submetida a um cristalizador especí1ico para Glutamato Monossódico. Os cristais são secos e peneirados e a parcela de GM que não está em forma de cristais retorna para o cristalizador para total aproveitamento. Por fim, são acondicionados e expedidos.
6. IMPACTOS NA SAÚDE 
O glutamato monossódico é um sal proveniente do ácido glutâmico, um aminoácido não essencial encontrado naturalmente em diversos alimentos. Em sua forma livre, ele proporciona o gosto Umami, que é único e distinto dos outros quatro gostos básicos (salgado, doce, amargo e azedo), e por melhorar o sabor dos alimentos, pode ser usado como aditivo alimentar (AJINOMOTO, 2018).
Entretanto, apesar do glutamato ser um sal proveniente de um aminoácido, há muitas vertentes sobre o efeito que o seu consumo pode causar para a saúde humana. 
Em 1968, o Dr. H.M. Kwok escreveu uma carta ao editor do New England Journal of Medicine descrevendo uma “estranha síndrome” que vivenciou após comer em restaurantes chineses. Relatou sintomas como dormência, fraqueza e palpitações, e especulou sobre as várias causas possíveis, incluindo o molho de soja e o glutamato monossódico, tendo o mesmo ingerido molho de soja em sua residência e não obtendo nenhuma das reações sofridas anteriormente, ele concluiu que os sintomas poderiam ser provenientes do glutamato monossódico. O mesmo concluiu a carta sugerindo que um de seus colegas realizasse uma investigação científica adequada sobre o fenômeno e se ofereceu para ajudar (AJINOMOTO, 2018).
Muitos estudos foram realizados para descobrir se o sal do ácido glutâmico estaria relacionado a tais sintomas. Em Teixeira (2011), foi realizado um estudo com injeção subcutânea de glutamato monossódico nas doses de 4mg/g e 8mg/g em ratos, concluindo que as doses foram capazes de induzir alterações em vários parâmetros laboratoriais e histopatológicos na determinação de síndrome metabólica e obesidade, sem obter uma relação direta entre dose e efeito esperado. 
De acordo com AJINOMOTO (2018), estudos realizados em ratos não podem ser equiparados com os humanos, os mesmos alegaram haver diversas falhas em estudos com ratos, algumas delas relaciona o fato de utilizarem uma quantidade absurdamente maior do que a seria ingerida por um ser humano, e outra questão levantada seria o fato de utilizarem ratos recém nascidos, pois os mesmo possuem uma barreira hematoencefálica imatura, os humanos, nascem com uma barreira hematoencefálica mais madura. Isso significa que os resultados observados em ratos nesse estudo não refletem o que ocorre em humanos. E é por isso que estudos subsequentes realizados pelo Dr. Takasaki (1979) e pelo Dr. Helms (2017) sugeriram que o consumo normal de MSG alimentício não possui efeito negativo no cérebro.
Em 1995, em uma tentativa de encerrar as dúvidas de uma vez por todas, a Food and Drug Administration (FDA), órgão regulador de alimentos e medicamentos dos Estados Unidos, encomendou à Federação das Sociedades Americanas de Biologia Experimental uma avaliação de todos os estudos científicos feitos até então. 
Os cientistas concluíram que havia evidências suficientes apontando para a existência de um subgrupo de indivíduos saudáveis que podem reagir mal a altas doses de glutamato, normalmente uma hora depois da ingestão. Mas essas reações foram observadas em estudos nos quais os voluntários receberam 3 gramas ou mais de GMS diluído em água, sem comida, um cenário difícil de ocorrer em situações reais (BBC BRASIL, 2018).
Segundo a FDA, a maioria das pessoas ingere cerca de 0,55 gramas de glutamato adicional em sua dieta diária. Um estudo de 2000 tentou explorar o assunto com 130 pessoas que se diziam intolerantes ao ingrediente, apesar de serem saudáveis. Depois de uma maratona de testes com o glutamato monossódico e com placebo, apenas dois voluntários mostraram reações consistentes à substância. Mas, ao receberem o produto na comida, as respostas mudaram, o que gerou dúvidas sobre a validade dessa sensibilidade (BBC BRASIL, 2018).
De maneira geral, no entanto, o glutamato monossódico é notadamente pouco tóxico. Uma ratazana ou um rato podem encarar uma dose de 15 a 18 gramas por quilo de peso corporal antes de entrarem em risco de morte. Já os bebês desses animais são particularmente sensíveis aos efeitos do GMS. Portanto, enquanto nada na ciência pode ser tido como verdade absoluta, a FDA agora acredita que a adição de glutamato de sódio aos alimentos é de maneira geral, reconhecida como segura (BBC BRASIL, 2018).
De acordo com AJINOMOTO (2018), oconsumo de glutamato monossódico apresenta diversos benefício como a redução do consumo de sódio, pois o MSG possui um teor menor de sódio comparado ao seu cloreto, além de realçar mais o sabor dos alimentos, podendo ser ingerido em quantidades menores. Alguns estudos demonstraram que o consumo do sal do ácido glutâmico pode auxiliar pacientes em tratamento de quimioterapia, por apresentar um gosto umani aos alimentos, isso melhorou o paladar dos pacientes, o que fez com que se alimentassem melhor. 
	Há diversos estudos que tentam comprovar que o consumo do MSG pode ser prejudicial à saúde humana, mas as conclusões obtidas até o momento são que o seu consumo é considerado seguro. 
7. CONCLUSÃO 
A partir do trabalho apresentado, pode-se concluir que o glutamato monossódico é um aditivo alimentar que está presente na alimentação de muitos brasileiros e também da população mundial. É um sal proveniente do ácido glutâmico que pode ser encontrado naturalmente em diversos alimentos, além de poder ser obtido através da fermentação de bactérias usando a cana-de-açúcar como fonte de carbono. Vários estudos tentam descobrir se o consumo de glutamato monossódico pode afetar a saúde humana de alguma forma, até o presente momento nada foi comprovado que o mesmo pudesse prejudicar a saúde dos seres humanos, em contrapartida estudos revelaram que o uso do mesmo tem auxiliado alguns pacientes de quimioterapia a se alimentarem melhor, pois o sabor umani acentua o paladar dos pacientes.
REFERENCIAS 
AJINOMOTO. Glutamato monossódico conceitos, aplicação na indústria, segurança alimentar e benefícios. Disponível em: <http://ajinomotofi.com.br/docs/glutamato%20monoss%c3%93dico.%20conceitos,%20aplica%c3%87%c3%83o%20na%20ind%c3%9astria,%20seguran%c3%87a%20alimentar%20e%20benef%c3%8dcios%20%e2%80%93%20revista%20aditivos&ingredientes%20%e2%80%93%2002.2013.pdf>. Acesso em: 01 mai. 2018.
AJINOMOTO. O msg tem sido tratado de modo justo?. Disponível em: <https://www.ajinomoto.com/en/aboutus/newsletter/pt/pdf/vol4.pdf#page=1>. Acesso em: 01 mai. 2018.
BBC BRASIL. Essencial na cozinha oriental, o glutamato monossódico realmente é nocivo à saúde?. Disponível em: <http://www.bbc.com/portuguese/noticias/2015/11/151126_vert_fut_glutamato_ml>. Acesso em: 01 mai. 2018.
BRANEN, A. L., DAVIDSON, P. M., SALMINEN, S., THOMGATE III, J.H. Food Additives: Second edition Revised and Expanded. New York: Marcel Dekker, p. 409-445, 2002.
UPORTO. Glutamato Monossódico. Disponível em: <http://glutamatomonossodico.wixsite.com/glutamatomonossodico/produo>. Acesso em 2 de maio de 2018.
KATSUMATA, R., OZAKI, A., OKA, T. & FURUYA, A. Protoplast transformation of glutamate-producing bacteria with plasmid DNA. Journal of Bacteriology v. 159 n. 1, p. 306-331, jul. 1984.
LIMA, U.A., AQUARONE., E., BORZANI, W., LIMA., W. Biotecnologia Industrial. Vol.3, Editora Edgard Blucher, São Paulo, SP, 2001.
TEIXEIRA, P. H. et al. Desenvolvimento e Caracterização de um Modelo Experimental de Obesidade por Injeção Subcutânea de Glutamato Monossódico em Ratos. Revista Ciências em Saúde, Itajubá-MG, v. 1, n. 3, p. 1-11, fev. 2011.