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Enzimas - A chave da biotecnologia

As enzimas podem modificar e melhorar as propriedades funcionais, nutricionais e sensoriais de ingredientes e produtos e, portanto, encontram ampla aplicação no processamento e produção de todos os tipos de produtos alimentícios.

A indústria de enzimas como a conhecemos hoje é o resultado de um rápido desenvolvimento visto principalmente nas últimas quatro décadas, graças a evolução da biotecnologia moderna. As enzimas encontradas na natureza têm sido usadas desde a Antiguidade na fabricação de produtos alimentícios. Esses processos dependiam de enzimas produzidas por microorganismos de crescimento espontâneo ou enzimas presentes em preparações adicionadas, como rúmen de bezerros ou mamão. As enzimas nunca foram, portanto, usadas em nenhuma forma pura ou bem caracterizada.

O desenvolvimento de processos de fermentação durante a última parte do século passado, visando especificamente a produção de enzimas por meio de cepas de produção selecionadas, tornou possível a fabricação de enzimas com preparações purificadas e bem caracterizadas, inclusive em larga escala. Esse desenvolvimento permitiu a introdução de enzimas nos mais variados processos industriais.

O uso de tecnologia de genes recombinantes melhorou ainda mais os processos de fabricação e possibilitou a comercialização de enzimas que antes não podiam ser produzidas. Além disso, os últimos avanços na biotecnologia moderna, introduzindo a engenharia de proteínas e a evolução dirigida, revolucionaram ainda mais o desenvolvimento de enzimas industriais. Esses avanços tornaram possível fornecer enzimas sob medida, exibindo novas atividades adaptadas as novas condições de processo, permitindo uma expansão adicional do seu uso industrial. O resultado disso é uma indústria altamente diversificada que ainda está crescendo em termos de tamanho e complexidade.

A maioria das enzimas industriais utilizadas atualmente são de ação hidrolítica, sendo utilizadas para a degradação de várias substâncias naturais. As proteases continuam a ser o tipo de enzima dominante, devido ao seu extensivo uso na indústria de laticínios. Várias carboidrases, principalmente amilases e celulases, usadas nas indústrias de amido e de panificação, representam o segundo maior grupo.

Hoje, bactérias e fungos são explorados e utilizados para a produção comercial de uma diversidade de enzimas. Várias cepas de microorganismos foram selecionadas ou geneticamente modificadas para ampliar a eficiência com a qual se produzem enzimas.

As tecnologias genéticas não apenas melhoraram a eficiência com a qual as enzimas podem ser produzidas, mas aumentaram sua disponibilidade, reduziram seus custos e melhoraram sua qualidade. Além disso, através da engenharia de proteínas, é possível gerar novas enzimas com estruturas modificadas que conferem novas propriedades desejadas, como melhor atividade ou estabilidade térmica ou, ainda, a capacidade de trabalhar em um novo substrato ou em um pH mais alto.

A evolução dirigida é um dos principais métodos atualmente utilizados pela engenharia de proteínas. Esta técnica envolve a criação de um grande número de novas variantes enzimáticas por mutação genética aleatória e, subsequentemente, a sua seleção para identificar as variantes melhoradas. Este processo é realizado repetidamente, imitando, assim, os processos naturais de evolução.

Hoje, a maioria das enzimas ainda é produzida microbialmente; no entanto, muitas das enzimas não são mais enzimas nativas, mas versões projetadas. A criação de OGMs envolve o uso de tecnologias de DNA recombinante, algumas vezes chamados de engenharia genética, modificação/manipulação genética ou processamento de genes.

A tecnologia de DNA recombinante é considerada como um dos maiores avanços do século XXe estabelece as bases para a biotecnologia moderna, englobando engenharia de proteínas, engenharia celular e engenharia metabólica. Usando esta tecnologia, pode-se clonar um único gene para facilitar a produção do produto gênico, que pode ser uma proteína ou uma enzima; reorganizar vários genes em um estado de fusão para bioconversões eficientes; manipular os genes das vias metabólicas de um organismo para produzir, de forma eficiente, um produto específico; e criar células clonadas que podem ser cultivadas.

A tecnologia de DNA recombinante provou ser uma ferramenta poderosa na produção eficiente de uma enzima alvo.

O uso de técnicas de engenharia genética para melhorar a eficiência e a qualidade da produção e desenvolver novos produtos apresenta claras vantagens para a indústria e para os consumidores, com grandes melhorias na produção de enzimas, gerando melhores produtos e processos.

A aplicação de microorganismos, como bactérias, leveduras e principalmente fungos, pela indústria alimentícia levou a uma indústria de alimentos altamente diversificada, com ativos econômicos relevantes.

As enzimas microbianas desempenham papel significativo em diferentes processos alimentícios, devido a facilidade de produção e disponibilidade. São usadas principalmente pela indústria alimentícia para otimizar o processo, melhorar a eficiência, qualidade, prazo de validade e, o mais importante, para alcançar as características organolépticas desejadas do produto final. Enquanto lactase, lipase, protease, transglutaminase, asparaginase e pectinase são amplamente empregadas para remover a lactose, amadurecer o queijo, amaciar a carne, minimizar a formação e a clarificação da acrilamida, outras enzimas como fitase, lacase, complexo de xilanase e celulase estão ganhando importância em várias tecnologias de processamento de alimentos para melhorar a biodisponibilidade de minerais, minimizar odores, estabilizar bebidas e na produção de nutracêuticos.

Em geral, as enzimas são utilizadas para três finalidades, como aditivo, como ingrediente e para favorecimento de processos relacionados a laticínios, carnes, panificação, bebidas fermentadas e sucos.

Desde a primeira aplicação de enzimas derivadas de origem vegetal ou animal, os enzimologistas e biotecnólogos continuam a desenvolver uma gama cada vez mais sofisticada de enzimas para aplicações específicas em alimentos.

Avanços recentes em genômica, metagenômica, proteômica, sistemas eficientes de expressão e técnicas emergentes de DNA recombinante facilitaram a descoberta de novas enzimas microbianas da natureza (através do genoma e do metagenoma) ou pela criação (ou evolução) de enzimas com propriedades catalíticas aprimoradas. A tecnologia de DNA recombinante é um método muito útil sob três aspectos: aumenta a produção de uma enzima microbiana durante o processo de fermentação; fornece enzimas com novas propriedades adequadas para processos industriais, como termostabilidade e capacidade de operação fora da faixa normal de pH; e produz enzimas a partir de microorganismos derivados de animais e vegetais.

As tecnologias de sequenciamento de DNA avançaram muito nos últimos anos e um progresso importante em genes que sintetizam proteínas e, assim, determinam que sua função em organismos foi alcançada.

Atualmente, as enzimas são usadas em diversos produtos e processos alimentares e novas regiões de aplicação estão sendo continuamente introduzidas. O uso de enzimas microbianas no processamento de alimentos adquiriu grande importância nos últimos anos e a lista de suas potenciais aplicações está crescendo. Além de aumentar o valor nutricional, qualidade e prazo de validade de produtos alimentícios, as enzimas como biossensores e para produção de nutracêuticos é uma área de interesse. Além da otimização do processo, melhorando as características organolépticas e o rendimento, a aplicação de enzimas permite a redução do impacto ambiental e a toxicidade dos resíduos e águas residuais geradas pela indústria alimentícia. Além disso, os avanços na engenharia metabólica de microorganismos direciona para novos e eficientes sistemas de engenharia de enzimas, que podem ajudar a transformar a indústria de alimentos em um processo sustentável, orgânico e ambientalmente amigável.

Beneficiando-se da evolução da biotecnologia, em particular da engenharia genética, as enzimas têm evoluído muito nas suas funcionalidades tecnológicas, convertendo-se em mais uma alternativa de ingrediente disponível para a indústria de alimentos.




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