Tecnal - Produção de enzimas industriais em Biorreatores Tecnal
Produção de enzimas industriais em Biorreatores Tecnal
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Enzimas são um grupo de substâncias orgânicas que atuam como catalisadores em reações químicas, sendo essenciais para o sistema metabólico de todos organismos vivos e na degradação de matéria orgânica, deterioração de alimentos e controle de microrganismos fitopatogênicos.
Devido à suas características catalíticas, as enzimas são adequadas para uso em todos os tipos de indústria e atualmente são usadas em diversas áreas como na indústria farmacêutica, papel e celulose, indústria têxtil e couro, agricultura, alimentos e nutrição animal reduzindo significativamente os principais custos.
Processos que utilizam enzimas são mais eficientes, rápidos e contribuem para a sustentabilidade. As enzimas podem ser obtidas através de fontes de origem vegetal, como resíduos industriais (palha de cana), de origem animal e microbiana.
As enzimas microbianas são conhecidas por serem enzimas superiores, obtidas de diferentes microrganismos. Muitas enzimas de fonte microbiana já são utilizadas em vários processos industriais. Bactérias, fungos e leveduras têm sido estudados globalmente para a biossíntese de preparações economicamente viáveis para aplicações comerciais.
As enzimas industriais são grandes aliadas para um futuro melhor pois se trata de uma tecnologia limpa que reduz o uso de água, consome pouca energia e gera pouco impacto ambiental, minimizando os subprodutos tóxicos.
As enzimas produzidas para uso comercial numa variedade de indústrias, já tornaram certas atividades diárias mais sustentáveis. As roupas saem limpas de um ciclo de lavagem com água fria como em um ciclo de água quente, graças às enzimas industriais.
Combustíveis alternativos como o etanol 2G também estão disponíveis graças às enzimas industriais. Processos mais robustos como na produção de vestuário, são feitos através do uso de enzimas.
Dentre os microrganismos importantes para produção de enzimas de origem microbiana, encontra-se o Aspergillus niger, Bacillus subtilis, Trichoderma reesei, Sacharomyces fragilis, Penicillium entre outros.
Na indústria alimentícia, as enzimas são importantes ferramentas na produção de pães, laticínios e bebidas fermentadas. São utilizadas para otimizar o processo de fabricação e aumentar a qualidade dos alimentos.
A enzima α-amilase é utilizada na panificação para promover a decomposição do amido, o que leva à formação de maltose e proporciona maior maciez à massa, mantendo-a fresca por mais tempo, estendendo o shelf-life tanto de pães como bolos. Esta enzima pode também ser utilizada em conjunto com proteases e glucanases para produção eficiente de cervejas.
A enzima protease melhora a elasticidade, assim como o sabor e a cor dos pães.
Lisozima e lactase são enzimas utilizadas na produção de queijo e outros produtos lácteos.
Celulase e pectina-liase são usadas na indústria de alimentos para maceração de suco de cenoura e flocos de batata instantâneo que são destinados à alimentação infantil.
Protease é utilizada para o amaciamento da carne e melhoria da solubilidade, emulsificação, gelificação ou propriedades espumantes de vários outros alimentos.
Na indústria de bebidas uma das enzimas mais utilizadas é a pectinase, onde tem a função de clarificar e reduzir a viscosidade e turbidez em sucos, aumentando a sua extração e podendo reduzir em até 50% o tempo de filtração.
Na indústria vinícola, a utilização de pectinase se dá na elaboração e obtenção de vinhos de maior qualidade. Esta enzima atua melhorando a extração de sucos e consequentemente a concentração de terpenos. Assim como na indústria de bebidas e na extração de óleos essenciais para diversos fins, a pectinase apresenta grande importância entregando bons rendimentos na produção.
Também na indústria vinícola, a utilização da enzima urease é feita para remover a ureia do vinho, e assim evitar a formação de carbamato de etilo, componente carcinogênico formado a partir de etanol e ureia (se presente), durante o armazenamento do vinho.
A indústria de detergentes é atualmente a maior utilizadora de enzimas industriais. Esta indústria utiliza proteases, lipases, amilases, e celulases predominantemente na produção de detergentes em pó biológicos. Estas enzimas decompõem-se rapidamente ou libertam a sujidade que normalmente só pode ser removida a temperaturas muito elevadas, ou utilizando maiores quantidades de detergentes químicos durante um período de tempo mais longo.
PRODUÇÃO DE ENZIMAS EM BIORREATORES DE TANQUE AGITADO
O maior grupo de enzimas industriais utilizadas hoje em dia é derivado de fermentação microbiana. A fermentação é o processo pelo qual um microrganismo é cultivado sob condições ambientais muito controladas de pH, temperatura, oxigênio dissolvido e outros parâmetros, o que permite a máxima produção e expressão do produto enzimático desejado. As três classes de microrganismos (bactérias, fungos e leveduras) são fontes de enzimas comerciais. A etapa de fermentação acontece em biorreatores, onde é possível fazer o controle e monitoramento de todas as condições ambientais necessárias para os microrganismos se multiplicarem.
Na fermentação submersa, a enzima é produzida pelo microrganismo durante o crescimento em meio líquido contido em um biorreator piloto. O biorreator é preparado para produção, primeiro adicionando água, seguido da adição do meio de cultivo específico para essa fermentação. Os meios de cultivo devem fornecer todo o carbono, nitrogênio, minerais e vitaminas requeridos pelo microrganismo específico para máximo crescimento e rendimento enzimático. O conteúdo do fermentador/biorreator é esterilizado tipicamente por injeção de vapor a 121°C durante 30-60 min.
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As fontes de carbono e nitrogênio nos meios de cultura comerciais geralmente são derivadas de subprodutos da indústria. As fontes típicas de carbono e minerais são soro de leite, melaço, soja e milho, enquanto as fontes de nitrogênio incluem farinha de peixe, licor de milho, extrato de levedura e farinha entre outros.
Dependendo da estratégia de alimentação do substrato, a fermentação submersa pode ser dividida em três grupos: batelada (batch), batelada alimentada (fed-batch) e fermentação em modo contínuo (continuous fermentation).
A duração do processo fermentativo submerso dependerá do tipo de microrganismo utilizado.
Em geral, a fermentação bacteriana pode levar 24 horas para a conclusão total do rendimento enzimático a ser alcançado no biorreator, enquanto as fermentações fúngicas podem demorar até 6-10 dias para atingir o mesmo objetivo.
A fermentação é constantemente monitorada através de uma torre de controle com software integrado para assegurar o crescimento constante dos microrganismos e consequentemente, o rendimento enzimático. Fatores como aeração, agitação, oxigênio dissolvido, pH, temperatura e O2/CO2 gás, podem ser controlados e monitorados nos biorreatores Tecnal para garantir um ótimo rendimento enzimático.
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Aquarone, E.;Borzani, W.; Schmidell, W.; Lima, U.A; Biotecnologia Industrial, Edgard Blücher: São Paulo, 2001