As Pectinases

As pectinases, também denominadas enzimas pécticas, são enzimas capazes de reconhecer ligações glicosídicas do tipo α-1,4 entre unidades de ácidos galacturônicos ou seu derivado metoxilado. São produzidas por vegetais e microrganismos e seu substrato são os polissacarídeos constituintes da lamela média e da parede primária de células vegetais. Estão envolvidas nos processos fisiológicos dos vegetais e são empregadas em nível industrial,  destacando-se por serem as enzimas mais utilizadas pelas indústrias de processamento de frutas. As pectinases são constituídas por um complexo multienzimático.

1. Classificação das pectinases

 A classificação das pectinases baseia-se: no modo de ataque às moléculas dos polímeros pécticos; na preferência pelo substrato (que pode ser pectina, ácido péctico ou protopectina); e na ação, seja ela por transeliminação ou hidrólise e por clivagem randômica (enzima endo) ou terminal (enzima exo).

Existem basicamente três tipos de pectinases: A pectinaesterase, que remove os grupos metil éster; as protopectinases, que solubilizam protopectina para formar pectina; e as despolimerizantes (incluem as enzimas hidrolíticas e as liases), que catalisam a clivagem das ligações glicosídicas das substâncias pécticas. As enzimas hidrolíticas incluem as poligalacturonases e as polimetilgalacturonases.

 

2. Obtenção e importância das enzimas pécticas

  

As enzimas, de um modo geral, são amplamente utilizadas nos mais diversos processos industriais, em razão da sua especificidade e do seu potencial catalítico. Entretanto, uma enzima torna-se de valor comercial somente se houver demanda ou possuir propriedades que atendam aos requerimentos técnicos e econômicos do processo em escala industrial.  Enzimas que são obtidas por processos fermentativos oferecem uma série de vantagens, que fazem da sua aplicação na indústria de alimentos uma alternativa consistente por se tratar de um processo que consome pouca energia, melhora a qualidade de vários produtos e causa um mínimo de impacto ambiental.

As pectinases foram as primeiras enzimas a serem industrialmente utilizadas, com suas aplicações descritas inicialmente em 1930. Entretanto, apenas na década de 1960 a natureza química de tecidos vegetais tornou-se evidente, de modo a permitir grande expansão no mercado de enzimas.

Pectinases podem ser sintetizadas por bactérias, fungos e leveduras. Atualmente a utilização de enzimas de origem fúngica tem aumentado progressivamente, apresentando grande destaque no setor industrial, principalmente no processamento de sucos de frutas e vinhos, tratamento de fibras têxteis e na fermentação do cacau e do café. A produção de pectinases por microrganismos é influenciada pelas condições de cultivo, em particular, do meio de cultura, tempo de cultivo e escolha de linhagens apropriadas. Quando esses critérios são alcançados, tem-se uma melhor produção enzimática.

A utilização de bactérias, leveduras ou fungos filamentosos despertam grande interesse de estudo em virtude de inúmeras vantagens apresentadas, tais como: não necessitam de amplos espaços para seu crescimento; conseguem degradar e crescer em diversos substratos, inclusive em resíduos industriais, os quais podem ser aproveitados desde que se escolha o microrganismo apropriado ou adaptado para a finalidade desejada; possuem um crescimento rápido quando as condições são favoráveis para o seu crescimento e podem ser manipulados geneticamente para a obtenção de mutantes desejados.

 

3. Aplicação Industrial das pectinases

 Na Indústria de sucos, o esmagamento mecânico de frutas ricas em pectina produz um suco com grande viscosidade, pois a pectina permanece ligada à polpa na forma de uma massa gelatinosa. É difícil extrair este suco por pressão ou usando outros métodos mecânicos. Com a adição de pectinases, a viscosidade do suco da fruta diminui, a possibilidade de pressionar a polpa aumenta, a estrutura gelatinosa se desintegra e o suco é facilmente obtido, apresentando inclusive  maiores rendimentos.

Outras áreas de aplicação incluem a indústria de papel, polpa, extração de óleo, fabricação de alimentos para bebês, elaboração de ração animal e indústria têxtil. Na indústria têxtil, pectinases são empregadas na maceração do linho e no tratamento de fibras têxteis brutas, como a juta e o rami. As pectinases também são utilizadas na indústria de fermentados, como na fermentação do café, do cacau e do fumo.

Com base em suas aplicações, as pectinases podem ser classificadas em dois tipos: pectinases ácidas e pectinases alcalinas.

Pectinases ácidas são usadas nas indústrias de suco de frutas e na fabricação de vinho, normalmente vêm de fontes fúngicas. Os sucos produzidos por estas Indústrias comercialmente Incluem: (A) Sucos claros brilhantes (sucos de maçã, pêra e uva), (B) Sucos turvos (sucos cítricos, suco de ameixa, suco de tomate e néctares), e (C) produtos unicelulares nos quais a intenção é preservar a integridade das células da planta através de hidrólise seletiva dos polissacarídeos da lamela central. Os objetivos de se acrescentar enzimas diferem nestes três tipos de sucos de frutas e vegetais. Pectinases alcalinas são utilizadas, principalmente, no descolamento e maceramento de safras de fibras e no pré-tratamento de água efluente da indústria de sucos de frutas. Estas enzimas vêm, majoritariamente, de fontes bacterianas.

 

4. A poligalacturonase

 

A poligalacturonase é uma hidrolase que se apresenta sob duas formas: a endo-PG e a exo-PG. A primeira atua sobre ácido pectico, é ativada em pHs 4,0-6,0 e temperaturas no intervalo de 30-40°C. A deter­minação de sua atividade pode ser medida pela diminuição de viscosi­dade ou por quantificação de grupos redutores resultantes da reação de hidrólise. A exo-PG obtida a partir de fungos produz ácido monogalacturônico como principal produto de hidrólise em reações com pHs óti-mos na faixa de 4,0-6,0. A determinação de atividade é realizada pela quantificação dos grupos redutores formados na hidrólise. 

As poligalacturonases catalisam a hidrólise das ligações glicosídicas α (1→4) da cadeia de ácido poligalacturônico. São as mais extensivamente estudadas entre as enzimas pectinolíticas. As endopoligalacturonases hidrolisam as ligações glicosídicas α (1→4) internas de forma randômica, causando a despolimerização da molécula e liberando oligômeros de ácidos poligalacturônico, enquanto as exopoligalacturonases removem as moléculas de ácido D-galacturônico pela hidrólise das ligações glicosídicas α (1→4) a partir da extremidade não redutora liberando ácidos di ou monogalacturônico. As poligalacturonases fúngicas são úteis pela alta atividade enzimática e por possuir maior atividade na região levemente ácida.

 

5. A Endopoligalacturonase

 A enzima endopoligalacturonase (E.C. 3.2.1.15) (Figura 1) é a enzima péctica que catalisa a hidrólise da cadeia do ácido poligalacturônico, com a introdução de uma molécula de água. São produzidas por fungos filamentosos, bactérias e algumas leveduras.  Uma das aplicações das enzimas pécticas, como referido anteriormente, é na indústria de processamento de frutos, para a extração e clarificação dos sumos, assim como para a redução da viscosidade sem perda do caráter encorpado dos mesmos. Na primeira situação, uma preparação de enzimas que contenha pectinesterase é a mais eficiente. Contudo, quando o caráter encorpado é necessário, uma preparação que contenha somente endopoligalacturonase permite obter melhores resultados.

 Figura 1:   Endopoligalacturonase II produzida por aspergillus niger

 (http://www.rug.nl/scheikunde/onderzoek/programmas/proteincrystallography/gallery/index )

Algumas poligalacturonases de origem fúngica têm sido purificadas e caracterizadas mostrando variações nas suas propriedades químicas e físicas. A tabela a seguir mostra resultados da caracterização de endopoligalacturonase provenientes de várias fontes.

6. O  Aspergillus Niger como produtor de Pectinases

  

As pectinases produzidas por fungos do gênero Aspergillus são de grande importância por sua aceitabilidade na indústria de processamento de alimentos. Os fungos filamentosos, em especial do gênero Aspergillus (Aspergillus niger, Aspergillus oryzae e Aspergillus wentii) possuem corpos de frutificação com conidióforos contendo vesículas terminais arredondadas, recobertos de esporos nas extremidades das hifas e, no caso do Aspergillus niger, a cor dos esporos é negra (Figura 2).

 Figura 2: Aspergillus niger (READ, 1991)

 

O gênero Aspergillus é o mais comum dos fungos filamentosos, além de ser um dos mais estudados. As espécies que compõe este gênero têm ampla distribuição mundial estando presente na superfície, no ar e na água, tanto em organismos vegetais quanto em animais, além de estarem associadas com a deterioração de materiais vegetais e alimentos, principalmente em regiões de clima tropical e sub-tropical. Muitas das espécies de Aspergillus são utilizadas para a obtenção de enzimas, na biossíntese química e na transformação de compostos. Há espécies patogênicas para o homem e para os animais e há aquelas que durante seu metabolismo produzem tóxicos. A taxonomia atual reconhece 150 espécies do gênero Aspergilus, entretanto somente 30 destas são bem definidas e atualmente facilmente distinguíveis.