Hidrólise Enzimática de Amidos

Os amidos estão presentes em na grande maioria de espécies vegetais alojadas em seus órgãos de reserva. Os amidos são roduzidos através da polimerização de moléculas de glicose produzidas através da fotossíntese utilizando o gás carbônico (CO¬2) do ar e água (H2O) retirado do solo. Quimicamente todos os amidos são iguais, composto de resíduos de -D-glicose unidas através de ligações glicosídicas formando extensos polímeros, mas que apresentam propriedades diversas conforme sua origem botânica. Basicamente é composto por dois tipos de macromoléculas: amilose um polímero linear e amilopectina um polímero altamente ramificado cuja estrutura molecular e proporção, afetam diretamente a funcionalidade do amido.

Os grânulos de amido são insolúveis mas absorvem água e a sua estrutura sofre expansão devido a presença da água que fica retida. Quando amidos são aquecidos em excesso de água, a estrutura cristalina se rompe e as moléculas de água ligam-se às hidroxilas das amiloses e amilopectinas através de ligações hidrogênio, causando a ruptura e seqüente solubilidade do amido.Uma solução de amido é uma mistura de grânulos inchados e gânulos fragmentados juntamente com dispersões coloidais e dextrinas originadas dos grânulos dissolvidos e quando uma suspensão aquosa de amido é aquecida acima de um certo limite, as ligações fracas das regiões amorfas se dissociam ocorrendo expansão tangencial e uma hidratação que continuamente aumenta formando uma estrutura continua cujas micelas são unidas. Os grânulos então apresentam uma expansão que é irreversível e sem qualquer organização estrutural. Continuando a expansão, a amilose é lixiviada para a fase aquosa entre os grânulos, no que resulta um aumento substancial da viscosidade. A gelatinização inicia-se no centro do grânulo, no hilum, e prossegue rapidamente para a periferia. Inicia-se primeiramente nas regiões amorfas do grânulo pois as ligações de hidrogênio são mais fracas nestas regiões. As temperaturas de gelatinização e entalpias associadas com as endotermas de gelatinização variam em amidos de diferentes fontes e podem ser atribuídas a diferenças no grau de cristalinidade, ou seja, como se organizam os biopolímeros no grânulo.

As suspensões de amidos após a gelatinização torna-se adequado substrato para a ação de enzimas que vão rompendo as ligações existentes nos biopolímeros, amiloses e amilopectinas, e liberando em solução moléculas de glicose e pequenos biopolímeros denominados dextrinas que por sua vez irão também ser decompostos. Estas enzimas são denominadas “enzimas amilolíticas” são em sua maioria produzidas por fungos ou bactérias que modernas tecnologias em bioprocessos tornaram-nas muito eficientes e disponíveis a custos acessíveis para uso industrial.
Para que ocorra uma conversão eficiente das macromoléculas do amido já gelatinizado a compostos de baixo peso molecular é necessário a ação coordenada de muitas enzimas cujas especificidades e nomenclatura técnica são descritas:

a-amilases (EC 3.2.1.1 – 1,4-a-D-glucano gluconoidrolase) correspondem a endoamilases que atuam ao acaso ao longo das cadeias de amilose e amilopectina hidrolisando as ligações a-1,4 e liberando maltooligossacarídeos. Também chamadas de enzimas dextrinizantes.

B-amilases (EC 3.2.1.2 1,4-a-D-glucano maltoidrolase) são exo-enzimas que hidrolisam a penúltima ligação a-1,4 a partir da extremidade não redutora da cadeia de amilose ou amilopectina liberando maltose e não sendo capazes de hidrolisar ligações a-1,6 os substratos ramificados.

a–D-glucosidadese (EC 3.2.1.20 a-D-glucosídeo glucoidrolase) são extensamente distribuídas entre os microrganismos, incluindo fungos, leveduras e bactérias. Estas enzimas são exo-hidrolases que hidrolisam ligações glicosídicas do tipo a-1,4 e/ou a-1,6 de oligossacarídeos de cadeia curta formados pela ação de outras amilases.

exo-1,4-a-D-glucanases (EC 3.2.1.60/3.2.1.98) são exoamilases que ao invés de liberar sucessivas unidades de maltose, originam maltotetrose e maltohexose como os maiores produtos da ação enzimática.

Glucosidadese (EC 3.2.1.20 -D-glucosídeo glucoidrolase) são extensamente distribuídas entre os microrganismos, incluindo fungos, leveduras e bactérias. Estas enzimas são exo-hidrolases que hidrolisam ligações glicosídicas do tipo a-1,4 e/ou a-1,6 de oligossacarídeos de cadeia curta formados pela ação de outras amilases.

Pululanases (EC 3.2.1.41 a-dextrina-6-glucanohidrolase) são enzimas desramificantes que quebram as ligações a-1,6 do pululano, que um polissacarídeo linear que consiste de maltotrioses unidas por ligações glicosídicas a-1,6 e que não pode ser degradado por ou amilases.

Isoamilases (EC 3.2.1.68 glicogênio-6-glucanohidrolase) hidrolisam as ligações a-1,6 da amilopectina, glicogênio e outras dextrinas.

Na representação esquemática da estrutura da amilopectina observa-se o modelo de ação de algumas amilses onde os círculos representam unidades de glicose e as flechas representam a posição que as enzimas amilolíticas podem hidrolisar. As indústrias de conversão de amidos a glicose utilizam apenas a-amilase e glucoamilase para hidrólise de amidos.

 

 

Após a ação controlada das enzimas, remanesce um líquido denso, viscoso, de cor acastanhada que denomina-se xarope de glicose e tem, entre outras, utilização como fonte de carboidratos para os processos de fermentação alcoólica utilizando leveduras do gênero acchorimyces cereviseae. Considerando a utilização de um catalizador biológico para realizar a conversão, pode-se usar a erminologia de bioetanol para diferenciar este produto de processo químico da conversão de eteno a etanol.

Prof. Dr. Claudio Cabello
Texto curso PG CERAT/UNESP