Enzimas são proteínas utilizadas industrialmente em diferentes segmentos, desde têxtil a produção de alimentos e bebidas.
Com os avanços em biologia molecular novas enzimas podem ser projetadas para melhorar sua estabilidade e atividade catalítica nesses processos, atendendo as demandas específicas de cada indústria.
Enzimas industriais são catalisadores biológicos utilizados para acelerar reações, que vêm sendo aplicadas como substitutas aos catalisadores químicos. De acordo com Monteiro & Silva (2009) essa substituição se deve a vantagens promissoras das enzimas como:
→São produtos naturais biológicos e biodegradáveis
→Têm alta especificidade nas reações
→Não são consumidas durante o processo
→Aumentam a velocidade das reações por diminuírem a energia de ativação
→São estéreo seletivas
→Atuam em pH e temperaturas brandas
As enzimas são naturalmente encontradas em tecidos de animais e vegetais, mas também podem ser de origem microbiana. Estas últimas têm ganhado grande destaque industrialmente devido a possibilidade de reutilizar resíduos da agroindústria para sua produção. Além de serem independentes de fatores sazonais, o que aumenta o rendimento produtivo.
Desafios do uso de enzimas na indústria
Até aqui vimos que há uma diversidade de enzimas industriais que podem ser utilizadas nos mais variados segmentos. No entanto, como a maioria dos processos, o uso de enzimas apresenta alguns desafios:
↠Desenvolvimento de pesquisas na própria indústria, devido a custos com equipamentos e tecnologias necessárias para extração e caracterização.
↠Encontrar enzimas que possam suportar algumas condições industriais como variação de temperatura e pH.
↠Avaliar se as enzimas utilizadas estão desempenhando beneficamente o papel desejado, ou ocasionando danos ao processo.
Esses desafios vêm sendo enfrentados a partir de tecnologias e descobertas de novas enzimas, como àquelas obtidas de micro-organismos.
Avanços biotecnológicos para uso de enzimas industriais
A busca por micro-organismos que produzem enzimas de qualidade e com propriedades eficazes para a indústria é constante. Bactérias e fungos, por exemplo, são bastante utilizados devido ao seu fácil cultivo em larga escala, rápido crescimento e capacidade nutricional da cultura mãe.
De acordo com Bhatia & colaboradores (2021), os micro-organismos são considerados a melhor fonte de enzimas. Além de destacar que as propriedades únicas dessas enzimas podem ser obtidas a partir de uma abordagem metagenômica.
Assim, é possível modificar ou projetar as enzimas existentes a partir de técnicas de biologia molecular, como mineração de genoma e tecnologias de sequenciamento de alto rendimento.
Apesar dessas tecnologias já demonstrarem resultados promissores, um dos desafios é integrar os resultados da análise de dados com o conhecimento já existente. É aqui que entram as ferramentas avançadas de bioinformática, permitindo que dados brutos obtidos na metagenômica sejam transformados em informações úteis para uso e aplicação industrial destas enzimas.
A pesquisa por novas enzimas impulsiona a cada dia o seu uso como catalisador em mais processos industriais, com destaque na produção de alimentos e rações, processamento de têxteis e couro, cosméticos, farmacêuticos e setores de bioenergia. A seguir veja como as enzimas são a solução biotecnológica ideal para alguns desafios encontrados nesses diferentes segmentos.
Enzimas industriais
Indústria de alimentos
Quando se fala de enzimas industriais em alimentos, logo lembramos dos produtos lácteos e de panificação. Na panificação, enzimas como amilase e protease, por exemplo, são utilizadas na massa do pão para facilitar o manuseio em misturadores, laminadores e fornos.
A protease também é utilizada na elaboração de produtos lácteos. Juntamente com a lipase, desempenham um papel importante para modificar as propriedades funcionais das proteínas do leite, alterando o teor de gordura da manteiga, por exemplo. Essas enzimas também são aplicadas no desenvolvimento de sabor, na produção de requeijão, molhos lácteos e preparo de caramelo (Orlandelli et al., 2012).
Além dessas enzimas, outras podem ser citadas com propriedades funcionais importantes para a indústria de alimentos, como mostra a tabela abaixo:
Fonte:Monteiro & Silva, 2009.
As possibilidades de uso das enzimas vêm aumentando a cada dia. De acordo com Couri & colaboradores (2008), na indústria de alimentos, as enzimas também podem ser utilizadas para:
↠Produção de xaropes;
↠Eliminação da água oxigenada durante o processamento dos alimentos;
↠Desdobramento de óleos e gorduras, especialmente em laticínios;
↠Remoção do sabor amargo em cítricos;
↠Na fermentação do cacau;
↠Extração do óleo de oliva;
↠Maceração (extração) de polpas de frutas;
↠Clarificação e extração de sucos e vinhos.
Indústria têxtil
No segmento têxtil, as enzimas são utilizadas especialmente no “tratamento” da fibra. Pectinases em conjunto com amilases, lipases e hemicelulases, por exemplo, quando em condições adequadas são utilizadas na remoção da pectina, cera e agentes de goma do algodão cru. Nesse caso, as enzimas substituem o uso da soda cáustica e fornecem produtos de alta qualidade (Sawada, 2001).
O uso de enzimas na indústria têxtil reduz o volume de efluentes formados, bem como o consumo de energia. Enzimas pectinolíticas, por exemplo, são usadas no tratamento de resíduo líquido e na degomagem das fibras naturais, ou seja, remoção da pectina que recobre as fibras de celulose (Uenojo & Pastore, 2007).
As enzimas proteases também podem ser utilizadas no processamento de couro, atuando na fase de limpeza e remoção dos pelos e na degradação parcial de queratina e elastina.
Indústria farmacêutica
Enzimas podem ser utilizadas na formulação de medicamentos com função digestiva, anti-inflamatórios, tratamento de coágulos sangüíneos, câncer, fibrose, entre outros.
Cruz & colaboradores (2008) relataram em detalhes o uso de enzimas em medicamento e destacaram que com os avanços recentes, muitas enzimas foram desenvolvidas. Essa evolução permitiu que as enzimas sejam empregadas também como catalisadores em diagnósticos de diferentes doenças.
Indústria cosmética
O uso de recursos biotecnológicos em cosméticos tem atuado em constante crescimento, com o objetivo de desenvolver novos processos e melhorar aqueles já existentes, bem como no desenvolvimento de novos produtos.
A aplicação de enzimas é um exemplo, conhecida como enzimocosmética, uma das suas principais funções nesse segmento estão relacionadas com a pele. A exemplo, as proteases, que possuem ação comprovada no tratamento de estrias, formulações depilatórias e peelings.
Como já comentado anteriormente, as proteases podem ter origem vegetal, animal e microbiana. As proteases provenientes de micro-organismos são as mais visadas industrialmente, uma vez que apresentam vantagens técnicas e econômicas frente às outras fontes de obtenção.
Em resumo, a busca por micro-organismos que possam produzir enzimas com propriedades funcionais é constante, sendo provenientes em sua grande maioria dos avanços na biologia molecular.
Referências
Bhatia, S.K.; Vivek, N.; Kumar, V.; Chandel, N.; Thakur, M.; Kumarf, D.; Yang, Y.; Pugazendhi, A.; Kumar, G.; Molecular biology interventions for activity improvement and production of industrial enzymes. Bioresource Technology, 324 (2021). Acesso em: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2020.124596
Couri, S.; Park, Y.; Pastore, G.; Domingos, A.; Enzimas na produção de alimentos e bebidas. In: BON, E. P. S.; FERRARA, M. A. A.; CORVO, M. L. (Eds.). Enzimas em Biotecnologia: produção, aplicações e mercado. Rio de Janeiro: Interciência, 2008. p. 153-178
Cruz, Maria Eugénia M., et al. “Enzimas em medicamentos e diagnósticos.” BON, EPS; FERRARA, M. A.; CARMO, ML Enzimas em Biotecnologia: produção, aplicação e mercado. Rio de Janeiro: Editora Interciência (2008): 307-331.
Monteiro, V.N.; Silva, R.N.; Aplicações industriais da biotecnologia enzimática. Revista Processos Químicos. Pg. 9-23, 2009.
Acesso em: http://ojs.rpqsenai.org.br/index.php/rpq_n1/article/view/83/70
Orlandelli, R. C.; Specian, V.; Felber, A.C.; Pamphile, J.A.; Enzimas de interesse industrial: Produção por fungos e aplicações. Revista Saúde e Biologia, v.7, n.3, p.97-109, set. -dez., 2012. Acesso em:
https://revista2.grupointegrado.br/revista/index.php/sabios/article/view/1346/468
Sawada, K.; Ueda, M.; J. Enzyme processing of textiles in reverse micellar solution. Biotechnol.V.89, Pg.263, 2001.
Uenojo, M.; Pastore, G.M.; Pectinases: aplicações industriais e perspectivas. Revisão • Quím. Nova 30 (2), 2007. Acesso em: https://doi.org/10.1590/S0100-40422007000200028