E NZIMAS DEGRADADORES DA PAREDECELULAR VEGETAL

As enzimas têm sido utilizadas desde os tempos remotos, em forma de vegetais ricos em enzimas e microrganismos usados para uma variedade de fins, como a elaboração da cerveja, panificação e produção de álcool. As obras Ilíada e a Odisséia (epopéias gregas), que datam de cerca de 800 anos antes da era cristã, são as primeiras referências da utilização de enzimas na produção de queijos. No Extremo Oriente, durante a primeira metade do século XIX, fungos do mofo koji, já eram utilizados na produção de alimentos e aditivos aromáticos baseados na proteína da soja (shoyu, miso) e bebidas fermentadas como o saquê e o álcool (NOVOZYMES, 1995).

A história da tecnologia moderna das enzimas começou em 1874, quando o químico dinamarquês Christian Hansen produziu o primeiro espécime de coalho, extraindo estômagos secos de bezerros com uma solução salina (NOVOZYMES, 1995).

Durante meados da década de 1930, quando as indústrias de frutas começaram a produzir sucos e vinhos, apareceram alguns problemas como o rendimento baixo, dificuldades para filtrar e clarificar os sucos. A partir de então, as pesquisas com enzimas tornaram-se mais freqüentes. Somente em 1960, quando os estudos sobre a natureza química de tecidos vegetais se tornaram mais aparentes, os cientistas começaram a utilizar pectinases, celulases e hemicelulases de microrganismos mais eficientemente, diminuindo essas dificuldades (BHAT, 2000; JAYANI et al., 2005; KASHYAP et al., 2000).

Atualmente, essas enzimas correspondem a cerca de 25% do mercado mundial de enzimas (JAYANI et al., 2005). O valor estimado de vendas em 1995 foi de US$ 1 bilhão, dos quais US$ 75 milhões somente com pectinases (KASHYAP et al., 2000; GUMMADI & PANDA, 2003).

No Brasil, a utilização de enzimas no processamento de sucos de frutas já é comum em escala industrial, principalmente no caso de obtenção de sucos de maçã, uva e na produção de vinhos cidra (SANTIN, 2004).

As enzimas são um grupo de substâncias orgânicas de natureza protéica, existindo também enzimas constituídas de RNA, as ribozimas ou RNAs catalíticos. (HOWARD HUGUES MEDIA INSTITUTE, 2007; LUIELE,

energia livre de ativação, sem alterar a termodinâmica da reação, ou seja, a energia dos reagentes e produtos da reação enzimática e de sua equivalente não enzimática são idênticas. Para se superar a energia de ativação de uma reação, passa-se pela formação de um estado intermediário chamado "Estado de Transição". Como a afinidade do estado de transição ao sítio catalítico é muito maior que a afinidade do substrato com o mesmo, uma pequena quantidade de moléculas em estado de transição será rapidamente convertida em produto. Assim, qualquer aumento do número de moléculas em estado de transição aumenta a velocidade da reação (WHITAKER, 1972).

Segundo NOVOZYMES (1995) as enzimas possuem propriedades benéficas para a indústria alimentícia, que são:

Catalisadores: A simples presença de enzimas consegue acelerar processos químicos, sem que haja consumo das mesmas. Ao final do ciclo reacional são regeneradas, e novamente liberadas para iniciar outra reação.

Específicas: Permite a obtenção de altos rendimentos com um mínimo de subprodutos indesejáveis. Em alguns casos, sua ação se limita a ligações específicas dentro dos compostos com os quais exercem reação.

Eficientes: Uma reação catalisada por enzima pode se processar, 106 a 1015 vezes mais rapidamente do que a mesma reação não catalisada.

Ambientalmente sustentáveis: Provém de sistemas naturais, e quando se degradam são facilmente absorvidas pela natureza. Tanto os produtos utilizáveis como os resíduos de muitas reações enzimáticas não são tóxicos e se hidrolisam com facilidade.

Atuam sob condições amenas: A maioria das enzimas demonstra seu melhor desempenho em temperaturas de 30-70ºC e com valores de pH próximos à neutralidade (pH 7). Algumas enzimas industriais podem atuar em temperaturas mais elevadas, porém não resistem por muito tempo a temperaturas acima de 100ºC.

Econômicas: Poupam investimentos em equipamentos especiais, resistentes ao calor, pressão ou corrosão.

3.2.1.APAREDE CELULAR VEGETAL

A parede celular é uma estrutura rígida que delimita o tamanho do protoplasto, evitando a ruptura da membrana plasmática. Também determina a forma da célula, a textura do tecido e a forma final do órgão vegetal. Apresenta funções específicas e essenciais, sendo uma estrutura dinâmica, cuja forma, composição e propriedades são constantemente alteradas em resposta ao crescimento, diferenciação, ambiente e atividades da célula. A parede celular primária é o termo usado para denominar a parede celular das plantas em crescimento, das células de tecidos vegetais suculentos e das células parenquimáticas de folhas e frutos (MARCON, 2004).

De acordo com CAPEK et al. (1995), a parede celular de plantas compreende um complexo de polímeros tais como polissacarídeos, proteínas e lignina mutuamente conectados em uma estrutura rígida (Figura 4). A arquitetura é descrita como um esqueleto de celulose e hemiceluloses em ligações cruzadas, imersas em uma matriz de substâncias pécticas e reforçadas com proteínas estruturais e substâncias aromáticas (ALBERSHEIM et al., 1996).

CELULOSE

A celulose (Figura 5) é abundante em parede secundária e corresponde à cerca de 20-30% da massa seca da maioria das paredes primárias, formada por moléculas de glicose unidas por ligações glicosídicas β(1→4) (MCNEIL et al., 1984). Devido às ligações equatoriais, é linear e, portanto, tende a formar cristais. Dentre as moléculas de celulose existem as paralelas e as adjacentes, que são interligadas por meio de pontes de hidrogênio e de outras forças não covalentes formando microfibrilas. Estas fibras de celulose são formadas por regiões cristalinas altamente ordenadas, que são resistentes as enzimas, intercaladas com regiões amorfas, mais abertas, que são hidrolisáveis por enzimas (BISARIA & GHOSE, 1981; ROBINSON, 1991).

Figura 5. Estrutura da molécula de celulose.

(Fonte: MORAIS et al., 2005).

HEMICELULOSES

As hemiceluloses ligam-se firmemente à superfície das microfibrilas de celuloses, cobrindo-as e mantendo ligações cruzadas, via ligações hidrogênio. As moléculas de hemiceluloses são heteropolissacarídeos formados por vários resíduos de açúcares como D-xilose, D-manose, D-arabinose e D-galactose e outros (BISARIA & GHOSE, 1981; FERREIRA-FILHO, 1994). Estes açúcares estão ligados entre si por ligações glicosídicas β(1→4), formando uma estrutura

principal composta por um tipo específico de resíduos, a partir da qual surgem ramificações laterais de cadeias curtas de outros açúcares. A classificação é feita de acordo com o açúcar predominante na cadeia principal e na ramificação lateral. Os polissacarídeos encontrados nas hemiceluloses são: xilanas, galactomananas, arabinoxilanas, galactosanas, ramnogalactosanas, e outros (FERREIRA-FILHO, 1994; WOOD & KELLOGG, 1986).