Lipases - enzimas de interesse industrial

As propriedades das enzimas, tais como seletividade, atuação em condições brandas, catálise sem geração de produtos tóxicos ou poluentes, economia de água e energia, tornou-as de grande interesse para aplicação em processos industriais (Schmid et al., 2002).

O desenvolvimento dos processos de fermentação durante a última parte do Século XX propiciou a produção de enzimas através do uso de cepas selecionadas e tornou possível a obtenção de enzimas purificadas e bem caracterizadas, mesmo em escala industrial. Novas tecnologias como a recombinação gênica, a engenharia de proteínas e a evolução dirigida propiciaram a obtenção de enzimas com características (atividade, estabilidade, seletividade, especificidade) novas e mais dirigidas a substratos e condições de interesse industrial, promovendo a expansão da aplicação de enzimas. Entre as maiores empresas produtoras de enzimas estão a Amano Pharmaceuticals

O O O O SO₃- Na+ = Aqueous Phase Organic Solvent Surfactant Chains A B Cadeia do surfactante Solvente orgânico Água Surfactante = AOT

(Japão), Novozyme (Dinamarca), Genencor International (USA), Unilever (Holanda), Biocatalysts (Inglaterra) e Meito Sankyo (Japão).

As enzimas hidrolíticas constituem a principal classe de enzimas empregadas na indústria, sendo que as lipases se diferenciam por catalisar reações de síntese, além das suas reações hidrolíticas naturais sobre lipídeos, o que as torna atrativas para aplicações em segmentos industriais bastante diversificados.

O uso de lipases como aditivos em detergentes ainda representa a maior aplicação industrial destas enzimas (Kirk et al., 2002). Entretanto, a capacidade hidrolítica das lipases têm sido explorada em vários outros campos de atividade, como, por exemplo, na indústria de papel e celulose para a remoção do pitch.

Pitch é o termo usado para descrever todo tipo de material hidrofóbico da

madeira, como triacilgliceróis e ceras, que são indesejáveis na manufatura de papel (Jaeger e Reetz, 1998).

A ação de lipases sobre lipídeos também encontra aplicação no tratamento de efluentes. As lipases poderiam ser utilizadas para a remoção de óleo presente nas águas residuárias de fábricas, restaurantes e residências, ou proveniente de indústrias de refinação de óleos e que poluem solos e águas (Cammarota et al., 2001, Pandey et al., 1999 e Jaeger e Reetz, 1998). Existem experiências descritas sobre o cultivo de microrganismos lipofílicos em águas residuárias para a remoção de filmes de gordura (DeFelice et al., 1997, Vitolo et al., 1998). As lipases também podem ser utilizadas na remoção de depósitos de gordura que se formam em sistemas de tubulação de água quente, bebidas ou alimentos líquidos (Pandey et al., 1999).

Lipases e proteases têm sido responsáveis pelo desenvolvimento de aromas em queijos e derivados, bebidas alcoólicas, achocolatados e sobremesas, pela hidrólise seletiva de triacilgliceróis e liberação de ácidos graxos, que atuam como flavorizantes ou como precursores destes (Jaeger e Reetz, 1998).

As lipases são as enzimas de escolha para processamento de óleos e gorduras. A posição e o grau de insaturações e o tamanho da cadeia influenciam

não somente nas propriedades físico-químicas de um dado triglicerídeo, mas também nos seus valores nutricionais e sensoriais. Lipases têm sido utilizadas para hidrólise seletiva de ácidos graxos, seguida da síntese de novas ligações éster, construindo assim triacilgliceróis com características distintas das originais e de interesse para um dado alimento. Assim, pela ação de uma enzima lipolítica, um triacilglicerol que inicialmente constituía-se, por exemplo, dos ácidos palmítico-oléico-esteárico, pode tornar-se esteárico-oléico-esteárico, com modificação das propriedades funcionais do produto (Jaeger e Reetz, 1998, Pandey et al., 1999).

Entretanto, apesar do uso de lipase imobilizada na transesterificação de óleos ter sido descrito na década de 1980, os custos do processo ainda não são viáveis para introdução em larga escala, por exemplo, para a produção de margarina. Embora a produção da enzima esteja muito mais eficiente, os custos de imobilização ainda permanecem um obstáculo (Kirk et al., 2002). Lipases para processamento de óleos e gorduras têm sido comercializadas pela Amano (www.amano-enzyme.co.jp).

Hoje, processos enzimáticos estão sendo utilizados em parceria com processos químicos ou mesmo estão substituindo os processos químicos tradicionais. Há inúmeros exemplos de indústrias químicas e farmacêuticas, na Europa e no Japão, que adotaram enzimas em suas linhas de produção. Entre as européias estão a Ciba, Lonza, Baxeden, Avecia, Biochimie, Brudel Zink, Windel, Cereol, BASF, Chirotech, Degussa, DSM, Novartis e Roche (Schmid et al., 2002). Entre as japonesas estão Ajinomoto, Mitsubishi Chemical, Kyowa Hakko Kogyo, Shin Mitsui Sugar, Tosoh Corporation, Nissin Sugar, Toho Rayon e The Nissin Oil Mills (Ogawa e Shimizu, 2002).

O emprego de enzimas, e em especial de lipases, nas indústrias químicas e farmacêuticas vem crescendo nos últimos anos. Além de hidrólise regiosseletiva, acilação e transesterificação, uma crescente variedade de processos enantiosseletivos tem sido relatada. As lipases catalisam reações sobre substratos pró-quirais e resolução cinética de misturas racêmicas, atuando sobre

diferentes grupos funcionais, como álcoois e ésteres carboxílicos quirais ou pró-quirais, cianonidrinas, cloridrinas, dióis, α e β- hidroxi ácidos, aminas, diaminas e amino-álcoois. A Tabela 2.3 apresenta exemplos de reações catalisadas por lipases já incorporadas, ou que serão em breve, em processos industriais (Jaeger e Eggert, 2002 e Jaeger et al., 1999).

TABELA 2.3 - ALGUNS EXEMPLOS DE APLICAÇÕES DE LIPASES EM BIOCATÁLISE

Aplicações Referência

Resolução do (R,S)- 1 - feniletanol Suan e Sarmidi, 2004 Resolução cinética do 1-trimetilsililetanol Wu et al., 2004 Hidrólise de um metil éster para a obtenção do ácido 4-etil-(2-(1,3

dioxi-1,3-dihidro-2-isoindolil))-fenóxi acético (anti asma) ^{Bevilaqua et al., 2004} Esterificação de citronelil pela lipase de Rhizopus sp Macedo et al., 2004 Esterificação para a síntese de palmitato e miristato de isopropila (para

cremes e lubrificantes) ^{Krishna, 2002; (Uniquema)} Obtenção do (3R,4S) acetato de azetidinona (usado na síntese do

paclitaxel) ^{Krishna, 2002; (Brystol-}Meyers-Squib) Acetilação para obtenção do Hidroxi metil glutaril coenzima A

(HMG-CoA) ^{Krishna, 2002; (Brystol-}Meyers-Squib)

Hidrólise de intermediários da síntese de carbovir (anti-HIV) e brefeldin A

(anti-fúngico) ^{Krishna, 2002;} (Chiroscience)

Hidrólise de intermediários da síntese de S-Ibuprofeno Krishna, 2002; (Sepracor) Acilação enantio-específica de álcoois e séc-aminas racêmicas Schmid et al., 2002;

(BASF)

Proteção seletiva de grupos hidroxil de diferentes açúcares Carrea e Riva, 2000, Riva et al., 1988

Esterificação de ácido ascórbico com carotenóide (bixina) Humeau et al., 2000 Síntese quimio-enzimática de análogos de gangliosídeos Zhang et al., 1999

Acilação da digitonina Danieli et al., 1999

Síntese de tioésteres de aromas com cadeia curta Cavaille-Lefebvre e Combes, 1997

Resolução cinética de metil ésteres de ácidos graxos ramificados Heinsman et al., 1998 Síntese de surfactantes por ligação amida Maugard, et al., 1998 Síntese de ésteres simples Anderson et al., 1998 Resolução dinâmica de aralactonas racêmicas Turner et al., 1995;

(Chirotech) Resolução cinética do trans-3-(p-metoxifenil) glicidil metil éster –