O documento discute a aplicação da transglutaminase microbiana em alimentos lácteos para melhorar suas propriedades. A enzima catalisa a formação de ligações cruzadas entre proteínas, alterando a textura de produtos como iogurte e queijos.
1. BIOTECNOLOGIA
Alimentos e Nutracêuticos
APLICAÇÕES DA TRANSGLUTAMINASE DE
ORIGEM MICROBIANA (MTgase) EM ALIMENTOS
LÁCTEOS
Ronaldo Montezuma
Consultor em Pesquisa, Desenvolvimento e
Inovação
São Paulo, Outubro de 2013
2. APRESENTAÇÃO PROFISSIONAL
Médico Veterinário e Mestre em Engenharia e
Ciência de Alimentos pela Universidade Estadual
Paulista (UNESP).
Pesquisador e empreendedor em projetos de
inovação do agronegócio.
Experiência de 20 anos como executivo em
unidades de negócios e áreas corporativas na
Sadia, Sonae e JBS.
Atua como consultor no desenvolvimento de novos
produtos e aplicação de produtos biotecnológicos
em indústrias alimentícias, no Brasil e America
Latina.
3. IMPORTÂNCIA
Indústrias alimentícias de todo o mundo
estão em busca do desenvolvimento de
ingredientes ou produtos lácteos com
novas características físicas e funcionais
Um dos objetivos é a alteração das
propriedades dos produtos lácteos pela
modificação das proteínas do leite
utilizando a transglutaminase
(RODRIGUEZ-NOGALES, 2006; SHARMA, LORENZEN e QVIST, 2001)
4. CARACTERÍSTICAS
Independente do cálcio para ativação
Dependente de baixa tenção O2 para
ativação
Massa molar 38.000 Kd
Ponto isoelétrico (pl) = 8,9
331 aminoácidos em uma única cadeia
peptídica
1 resíduo de cistina
proteína monométrica simples
5. FONTES
Purificação da enzima dos fluidos dos
tecidos dos animais abatidos para
consumo: bovinos, suínos e pescados
Vegetais
Produção microbiana iniciou em 1980
Streptoverticilium mobaraense sp,
linhagem S-8112
6. LEGISLAÇÃO
ANVISA (2003), RDC no. 348 complementa a
RDC no. 24 e aprova a aplicação da
transglutaminase de origem microbiana em
alimentos
A resolução RDC no. 278 dispensa de registro as
enzimas e preparações enzimáticas
MAPA (1986): Regulamentos Técnicos de
Identidade e Qualidade Portaria nº 146, de 07
de março de 1996 coadjuvante opcional de
tecnologia/elaboração: Enzima transglutaminase
quantum satis
7. LEGISLAÇÃO
USDA FSIS (2001)
aprova sua utilização juntamente com a
gelatina suína para utilização como ligante
de produtos de carne formados e em
presuntos curados e embutidos cozidos
FDA
A transglutaminase foi Genericamente
Reconhecida Como Segura (GRAS)
8. FISIOLOGIA
Fator de coagulação presente no plasma: XIIIa
transglutaminase e XIIIb proteína carreadora
Dependende de Ca++ e trombina
Aumento da estabilidade do coágulo da fibrina
pela formação de ligações covalentes entre os
polímeros de fibrina
Estabilização do tecido de cicatrização pela
formação de ligações cruzadas entre as
moléculas de fibrina
Favorece a migração dos fibroblastos
(BAER et. all, 1980; TAKAHASHI et. All; 1986 FOLK, 1980; BRUHN et. all, 1981)
9. FISIOLOGIA
Função quimiotática
Formação do tecido de granulação através
das ligações cruzadas das proteínas
adesivas: fibronectina, vitronectina,
actina, miosina e colágeno
Prolongamento da estabilidade das
ligações cruzadas pelo aumento da
resistência a fribrinólise
(BARRY et. all, 1988)
10. FISIOLOGIA
Fator XIII da coagulação sanguinea nos
mamíferos
Formação do citoesqueleto e parede
celular das Plantas
Formação da membrana de células
esporulares
DE JONG; KOPPELMAN, (2002)
11. INIBIDORES
Metais pesados se ligam ao único grupo tiol do resíduo
de cisteína: sítio ativo da MTG
Cu++ Zn++ Pb2+ Li+
Substâncias organicas específicas: Indício de um grupo
SH participando da reação
Inibidor natural no soro do leite crú ainda não
indentificado presume-se que se liga ao resíduo de
cistéina
Presente em leite aquecido a temperatura até 62 a 65 °C
por 30 minutos
Peso molecular 200 Da, não é um íon metálico livre
(DE JONG, BOUMANS & WIJNGAARDS, 2009)
13. AÇÃO
Catalização das reações das ligações
cruzadas entre proteínas
Incorporação de uma amina livre
Hidrólise do resíduo glutamina
(GERRARD et al., 2001)
14. Propriedades de Textura e Análise do Perfil de
Textura (PTA)
Curva típica do texturômetro GF (adaptada de BOURNE, 1982).
15. VANTAGENS
Melhoria do Perfil de Textura:
Dureza
Coesividade
Elasticidade
Fraturabilidade (redução)
Melhoria da fatiabilidade
da viscosidade
Redução da sinérese
Melhoria do rendimento:
Maior agregação das globulinas ao coalho
Aumento da retenção de líquido
16. ATIVIDADE
Atividade ótima a 50°C por 10 minutos no
em pH=6
Mantém a atividade por 10 minutos a
40°C
Perde a atividade a 70°C em poucos
minutos
É ativada a 10°C e retém alguma
atividade próximo do ponto de
congelamento
17. ATIVIDADE
Temperatura (°C) Tempo (min)
5 240
15 105
20 70
30 35
40 20
FONTE: Adaptado de ANDO et al, 1989.
Relação entre a temperatura e o tempo de reação.
18. ATIVIDADE
FONTE: Adaptado de ANDO et al, 1989.
0
20
40
60
80
100
30 35 40 45 50 55 60 65 70 75
Atividade(%)
Temperatura (oC)
20. REATIVIDADE
FOOD PROTEIN REACTIVITY
Milk Casein +++
Sodium caseinate +++
A-Lactoglobulin +
B- Lactoglobulin +
Egg Egg white protein (egg albumin) +
egg yolk protein ++
Meat Myoglobin +
Collagen ++
Gelatin +++
Myofibril: Myosin +++
Myofibril: Actin X X
Soybean 11S Globulin +++
7S globulin +++
Wheat Gliadin ++
Glutenin ++
+++ reacts very well, ++reacts well, + reacts depending
of conditions, X in general do not react. (SAKAMOTO et al., 2006)
Reactivity of microbial transglutaminase for several proteins
24. BIOQÚIMICA
Efeito das ligações cruzadas mais
pronunciado na κ-caseína
A maior reatividad das κ-caseínas deve-se
a sua localização na superfície da micela
Os macropeptídios das κ-caseínas são
muito acessíveis ao ataque da
transglutaminase
(KRUIF et al., 2002; RODRIGUEZ-NOGALES, 2005)
25. BIOQÚIMICA
Dentre as proteínas do leite destacam-se
as caseínas
Bons substratos para a transglutaminase
A incubação de soluções de β- e κ-
caseínas com transglutaminase leva a
formação de ligações intramoleculares nas
micelas de caseína
(COZZOLINO et al., 2003; O´CONNELL e KRUIF, 2003)
26. BIOQÚIMICA
A polimerização das formas monoméricas das
proteínas aumenta após o tratamento térmico
do leite a 85°C por 15 minutos, sendo menos
intensa para a αs-caseína
O pré-aquecimento do leite causa a
desnaturação das proteínas do soro e sua
interação com as micelas de caseína,
aumentando a susceptibilidade das proteínas à
reação com a transglutaminase
(SHARMA, LORENZEN e QVIST, 2001)
27. BIOQÚIMICA
Em geral, o aumento progressivo da
temperatura desorganiza o sistema proteína-
água quebrando as ligações de hidrogênio que
estabilizam a estrutura protéica
Isso causa o desdobramento e provoca a
interação proteína-proteína, aproximando as
proteínas do sítio ativo da transglutaminase e
levando à subseqüente formação dos polímeros
(NIEUWENHUIZEN et al., 2003)
28. BIOQÚIMICA
A incorporação de ligações intra ou
intermoleculares em alimentos protéicos
parece viável
para o melhoramento das propriedades
físicas e de textura de muitos produtos.
Existem procedimentos químicos e
enzimáticos para introduzir ligações
cruzadas covalentes em proteínas
29. BIOQÚIMICA
Essas reações causam alterações nas
propriedades funcionais de proteínas
vegetais e animais, possibilitando a
formação de produtos com melhores
propriedades reológicas e sensoriais
(NIELSEN, PETERSEN e MOLER, 1995).
30. BIOQÚIMICA
A incorporação de ligações intra ou
intermoleculares em alimentos protéicos
parece viável para o melhoramento das
propriedades físicas e de textura de
muitos produtos
Devido à origem natural da enzima e sua
alta especificidade pelo substrato, o
procedimento enzimático tornou-se mais
aceito por autoridades regulatórias e pelo
consumidor
(NONAKA et al., 1989).
31. BIOQÚIMICA
O aspecto da segurança na ingestão da
molécula ε-(γ-glutamina)lisina formada
pela reação catalisada pela
transglutaminase está relacionado com a
ingestão dessa molécula em alimentos
cozidos, já que a transglutaminase está
presente na maioria dos tecidos e órgãos
de vegetais e animais.
32. BIOQÚIMICA
Durante o cozimento ou processamento
dos alimentos, o aumento da temperatura
é freqüentemente lento e as
transglutaminases endógenas podem
exercer sua atividade enzimática por
algum tempo
(MOTOKI e SEGURO, 1998).
34. IOGURTE NATURAL
Fonte BONISCH et al, 2006. Iogurte consistente com adição de
caseinato de sódio: 6 semanas de estocagem sob refrigeração a
4°C Sem TG (a), (c) e (e) com TG (b), (d) e (f).
Redução da sinérese durante a vida útil
de iogurte natural sem estabilizantes
35. PROCESSO IOGURTE
Resfriamento
43 º C
Adição
Transglutaminase
0,06%
Adição
sólidos
Incubação
6 h
Inoculação
Cultivo
Aquecimento
45 - 50 º C
Pasteurizacão
85 °C / 15 min
Estocagem
5 º C
Embalagem
Resfriamento
20 º C
Resfriamento
15 º C
Adição do sabor
Rompimento do gel
pH = 6,4
39. Adição
Transglutaminase
0,03%
Coagulação
30 - 40 min
Adição coalho
quimosina
Incubação
30 min
Adição CaCl2
20 g / 100 L
Refrigeracão
36 - 38 º C
Pasteurizacão
75 °C / 15 a 20 s
Expedição
Embalagem
Resfriamento
7 º C / 12 h
Salga a sêco
2 horas
Moldagem
0,250 kg - 3,0 kg
Sinérese parcial
Corte e Agitação
30 min
PROCESSO FRESCAIS