engenharia quimica estudos trabalhos e relatorios, Pesquisas de Química. Centro Universitário de Brusque
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relatorios na area quimica , trabalhos e exercicios
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FACULDADE DE AMERICANA – FAM

Eng. Química 6° Semestre

Professor: FABIO HAACH TEO

ENZIMAS

Kleber Costa RA : 20150574 Rodrigo Prado RA : 20150507

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Introdução

Enzimas são grupos de substâncias orgânicas (geralmente de origem protéica),

que atuam na catálise de reações não espontâneas, diminuído sua energia de

ativação, tornando-as assim mais rápidas.

Devido à característica já mencionada de acelerar as reações, as enzimas são

muito importantes no metabolismo de todo ser vivo, também sendo utilizados

nas atividades industriais, desde o setor alimentício (precursor nesta utilização)

até os mais variados segmentos, como têxtil, química, papel e celulose, etc.

Com tudo, para atuar corretamente as enzimas necessitam de condições

específicas em relação ao ph, temperatura e força iônica do meio. Caso estas

condições não sejam atingidas a biomolécula irá desnaturar, processo este

geralmente irreversível, acabando definitivamente com a atividade catalítica da

enzima.

Os microrganismos são a principal fonte de enzimas de aplicação industrial, mas

outras tantas podem ser obtidas de animais (pancreatina, tripsina, quimotripsina,

pepsina, renina e outras) ou vegetais (papaína, bromelina, ficina e outras). Hoje,

porém, como é possível modificar geneticamente os microrganismos para que

forneça qualquer enzima, a tendência é substituir as produzidas por vegetais e

animais pelas de origem microbiana.

Os processos industriais de produção de enzimas compreendem um conjunto de

operações que incluem o tratamento da matéria prima, o preparo e esterilização

de meios de propagação e produção e a fermentação, esta última dividida em

separação, concentração e purificação, se necessário, do produto.

Principais etapas do bioprocesso

Escolha do microorganismo e preparo do meio de cultura

A etapa inicial da produção microbiana de uma enzima é a identificação e

aquisição do microorganismo produtor. Estes microorganismos devem ser

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seguros do ponto de vista biológico, apresentar elevado índice de síntese e

excreção da enzima e ser tolerante quanto à presença de substâncias tóxicas

provenientes do metabolismo celular.

As etapas de preservação e manutenção do microorganismo são de suma

importância para viabilizar as mudanças genéticas que levam as mudanças das

propriedades fenotípicas. Exemplos destas técnicas são: Repicagem Periódica,

Conservação em parafina e crioconservação.

Os processos microbianos industriais utilizam-se de meios de composição

químicos (meios de cultura). Estes meios empregam matérias primas industriais,

cujas quais devem ser de composição adequada ao crescimento do

microorganismo, possuir baixo custo de obtenção e facilitar o processo de

separação do produto. A otimização deste meio se dá através da utilização das

fontes de carbono e de nitrogênio em combinação com as matérias primas

selecionadas anteriormente.

Conforme já mencionado as características físico químicas do meio de cultivo

são de fundamental importância, tanto para o crescimento celular quanto para o

rendimento do produto, uma vez que as células são capazes de responder aos

estímulos químicos e físicos do meio através de mecanismos bioquímicos que

regulam a expressão gênica e fisiológica do microorganismo. Estes mecanismos

são acionados através de indutores, ativadores, inibidores e repressores.

Processos produtivos

Esterilização

Este processo visa prevenir contaminações no meio de cultura. A forma mais

usual de realizar a esterilização do meio e dos equipamentos é através de vapor

saturado sob pressão, de forma conjunta ou separada, em batelada ou de forma

contínua em relação ao biorreator.

Fermentação

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Podem ser de dois tipos: Cultivo submerso (mais utilizado) e cultivo em estado

sólido.

Nos processos submersos a célula produtora se desenvolve no seio do meio de

cultivo sob agitação mecânica e em biorreatores aerados, com severo controle

de pH, temperatura, consumo de oxigênio e formação de dióxido de carbono.

Posteriormente o desenvolvimento dos microorganismos se dá em um meio com

no mínimo 95% de água

Nos processos em estado sólido o crescimento microbiano se dá na superfície

de substratos sólidos (ausência de água livre). Geralmente estes processos se

utilizam de agitação mecânica (ocasional ou contínua) ou em colunas recheadas

com circulação de líquido.

Separação, concentração e purificação

Existem diversas formas de separação, dependendo do tipo da enzima. Os

principais métodos são a centrifugação, floculação, flotação, extração e filtração.

Depois de separado, o volume a ser processado geralmente é muito grande,

sendo assim se faz necessário o processo de concentração. A concentração

pode ser feita através de evaporadores a vácuo, por precipitação ou ultra

filtração, sendo utilizadas condições brandas para não causar a inativação das

enzimas.

Na etapa da purificação (geralmente se faz uso de algum tipo de cromatografia)

a enzima deve ser isolada em diferentes frações celulares ou diretamente a partir

do meio de cultura, sendo mais importante que a exatidão do método, para isso

à que definir a unidade enzimática, concentração e catividade específica. A

determinação do local de produção celular é essencial para

potencializar o rendimento da purificação. Finalmente a extração exige que a

enzima esteja em solução para se poder usar o melhor método de purificação e,

portanto, a ruptura de membranas celulares. Um dos processos de purificação

mais utilizados é a precipitação por sulfato de amônia, devido seu baixo custo,

alta solubilidade e grande proteção natural das enzimas.

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Segue abaixo tabela com alguns tipos de enzimas utilizadas na indústria

alimentícia:

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Dentre as variadas espécies de enzimas utilizadas na indústria foi escolhido

tratar do processo de obtenção da α-AMILASE através da fermentação por

estado sólido. (baseado na tese de mestrado PRODUÇÃO DE ENZIMAS

AMILOLÍTICAS FÚNGICAS α-AMILASE e AMILOGLUCOSIDASE POR

FERMENTAÇÃO NO ESTADO SÓLIDO)

α-AMILASE

Amilases são enzimas que são catalisadoras da hidrólise da amilopectina,

da amilose e do glicogênio em maltose e dextrinas. Na saliva encontra-se uma

forma de alfa-amilase denominada ptialina e no pâncreas, a amilase

pancreática.

Na indústria de alimentos é utilizada no amolecimento de massas, no aumento

do volume de pães e na produção de açúcares para fermentação de leveduras.

Inóculo e meio de cultura

O inoculo utilizado no processo de obtenção da α-AMILASE é o Aspergillius spp

(fungos que apresenta coloração branca amarelada com formação de

pedúnculos e uma ponta colorida. São importantes agentes decompositores de

alimentos) - neste caso em formato de esporos- , obtendo energia de ativação

de 10,7 kcal.

Os esporos dos fungos do gênero Aspergillus são produzidos utilizando como

meio de cultivo Ágar Batata Dextrose (composto de infusão de batata

desidratada e dextrose que estimula o crescimento exuberante de fungos. O ágar

é adicionado como o agente solidificante).

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O meio é preparado sendo diluído em água, corrigindo seu pH para 5,8 e

aquecido a 121°C durante 15 minutos. Depois de resfriado (45-55ºC) o meio é

inoculado em superfície a partir de uma cepa repicada, incubada por oito dias à

30ºC até completa esporulação.

Para a seleção dos esporos, foram realizados screenings (rastreio) observando-

se o crescimento radial das cepas em meio ágar fécula de mandioca com pH

regulado em 6,8.

Ágar Batata Dextrose

Fermentação

O substrato utilizado na fermentação (em estado sólido) é a fécula de mandioca

e o suporte bagaço de cana. O bagaço foi submetido à severa lavagem para

remoção de açucares e posterior secagem.

O fermentador utilizado foi o tipo bandeja, onde a matéria-prima é umedecida,

esterilizada, resfriada, inoculada e distribuída em bandejas. Estas são arranjadas

uma sobre as outras, de maneira que fique um espaço apropriado entre elas

para a aeração. A fermentação ocorre em uma estufa, que é aquecida até o

processo entrar na fase exotérmica, a partir do que o ar insuflado trata de manter

a temperatura e a umidade nos níveis desejados. O processo requer grande área

operacional, e sua operação quase impede uma automação

A solução salina usada nas fermentações possuía a seguinte composição:

biotina (5,0 ml/l a 2 x 10-4%); ZnSO4 . 7 H2O (0,4 g/l); MgSO4 (2,5 g/l); KH2PO4

(1,5 g/l); água q.s.p 1000 ml

Além da solução salina, outros nutrientes foram adicionados para o

enriquecimento das fermentações, tais como: carbonato de cálcio (CaCO3) e

nitrato de potássio (KNO3), fonte de nitrogênio inorgânico, em diferentes

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porcentagens para avaliar a influência desses elementos na produção das

enzimas α-amilase e amiloglucosidase.

Com o objetivo de determinar as características físico-químicas do bagaço de

cana-de-açúcar e da fécula mandioca foram determinados os teores de umidade,

teor de cinzas, proteínas, lipídeos, fibras e carboidratos, além do teor de amido,

conforme tabela abaixo:

A fermentação foi conduzida dentro de um dessecador com umidade saturada

incubado em uma estufa com circulação de ar a 30°C.

O substrato fermentado é pesado e seco durante 24 h em uma estufa a 105ºC,

em seguida resfriados dentro de um dessecador contendo silicagel; O pH é

medido sobre uma suspensão obtida após homogeneização de 5 g de

fermentado em 50 ml de água destilada a qual permaneceu em agitação

contínua durante 30 minutos.

A partir do extrato enzimático obtido, procedeu-se como forma de separação e

purificação do bioproduto, a precipitação das enzimas produzidas pelo processo

de salificação, também conhecido por salting-out (processo pelo qual

substâncias solúveis em água são excluídas da fase aquosa pela adição de

sais.). O sal empregado para a precipitação é o (NH4).

Conclusão

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As enzimas estão presentes em vários setores industriais. Como exemplo

podemos citar as indústrias de papel e celulose, onde as enzimas são utilizadas

no branqueamento das pastas, substituindo o cloro e reduzindo o despejo de

produto tóxico no meio ambiente, as industriais têxteis onde elas estão

presentes no processo de melhorar a qualidades dos fios quando banhadas em

amido liberam a-milase para não prejudicar na coloração final do tecido e na

produção de laticínios, onde utiliza-se a enzima quimiosinaqu, a mais específica,

para coagular o leite hidrolisando as ligações peptídicas da K-caseína formadas

pelos aminoácidos fenilalanina e metionina.

O uso de enzimas na indústria é altamente vantajoso por elas serem naturais e

não tóxicas contribuindo assim com o controle de poluição ambiental.

Também é de extrema valia sua facilidade de obtenção por intermédio da

biotecnologia, bem como sua maior especificidade, menor consumo energético

e maior velocidade de reação se comparado à catálise química.

Também é importante ressaltar o aumento da qualidade dos produtos obtidos e

a redução dos custos com maquinário devido à melhoria da eficiência do

processo.

Bibliografia

http://acervodigital.ufpr.br/bitstream/handle/1884/4684/Disserta%E7%E3o

%20de%20Mestrado%20-

%20Michele%20Rigon%20Spier.pdf;jsessionid=24C1049F3B8F58D8F1D20

966B0A6E858?sequence=1

http://foodsafety.neogen.com/pdf/acumedia_pi/7149_pt_pi.pdf

https://www.researchgate.net/profile/Paula_Sa-

Pereira/publication/256221076_Bioprocessos_para_a_producao_de_enzi

mas/links/572761c208ae262228b44a3d/Bioprocessos-para-a-producao-de-

enzimas.pdf

http://revista.grupointegrado.br/revista/index.php/sabios2/article/view/134

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