Produção: 150mg/l

BIOTECNOLOGIA
NA
INDÚSTRIA DE ALIMENTOS
Alda Luiza S. Lerayer
[email protected]
Centro de Pesquisa e Desenvolvimento
de Laticínios TECNOLAT - ITAL
Conselho de Informações sobre Biotecnologia
1-17
INDÚSTRIA DE ALIMENTOS
ANIMAIS
Estudos de doenças humanas e
genéticas, produção de proteínas
terapêuticas humanas
no leite
PLANTAS
tomate, batata, milho
canola, algodão,
soja, abóbora, etc
MICRORGANISMOS E SEUS INSUMOS
Leveduras
Fungos filamentosos
Bactérias
Aditivos: edulcorantes,
edulcorantes, acidulantes,
vitaminas, corantes, espessantes,
espessantes, etc.
Conselho de Informações sobre Biotecnologia
GRAS
2 - 17
INDÚSTRIA DE ALIMENTOS
milho
bactérias
Diversidade Genética
soja
Conselho de Informações sobre Biotecnologia
fungos
3 - 17
ANIMAIS GENETICAMENTE MODIFICADOS
Utilização de técnicas de rDNA aplicadas a animais:
Produção de ítens biológicos e farmacêuticos;
Otimização do valor nutricional de alimentos derivados;
Melhoramento da taxa anual de crescimento e reprodução;
Prevenção de doenças;
Seleção de linhagens superiores;
Identificação de indivíduos;
Preservação de estoques genéticos;
Conselho de Informações sobre Biotecnologia
4 - 17
INDÚSTRIA DE ALIMENTOS
PLANTAS
1a Geração de Plantas GMs:
Introdução de um gene de resistência:
herbicidas insetos pragas
Objetivos:
redução dos custos de produção; maior
rendimento
(redução do uso de defensivos agrícolas, proteção do
solo, redução de contaminação da água, redução de
micotoxinas
produto mais seguro)
Conselho de Informações sobre Biotecnologia
5 - 17
Tipos de Plantas Geneticamente Modificadas para Características de
Qualidade Aprovadas para Testes de Campo nos EUA em 2001
PPllaannttaass
Alfafa
Alfafa
Maçã
Maçã
Cevada
Cevada
Brócolis
Brócolis
Canola
Canola
Cenoura
Cenoura
Mandioca
Mandioca
Café
Café
Milho
Milho
Algodão
Algodão
Uva
Uva
Alface
Alface
Melão
Melão
Mamão
Mamão
Pêra
Pêra
Pimentas
Pimentas
Abacaxi
Abacaxi
Ameixa
Ameixa
Batata
Batata
Arroz
Arroz
Soja
Soja
Morango
Morango
Girassol
Girassol
Batata
Batata doce
doce
Tomate
Tomate
Trigo
Trigo
C
Caarraacctteerrííssttiiccaa Q
Quuaalliittaattiivvaa
Redução
Redução da
da lignina,
lignina, atraso
atraso na
namaturação
maturação
Aumento
de
açúcar,
maturação
Aumento de açúcar, maturação alterada,
alterada,metabolismo
metabolismo de
decarboidrato
carboidrato alterado
alterado
Enzimas
termoestáveis,
nova
proteína,
armazenamento
protéico
Enzimas termoestáveis, nova proteína, armazenamento protéico alterado,
alterado,pontes
pontes
dissulfídicas
dissulfídicas reduzidas,
reduzidas, digestibilidade
digestibilidade aumentada
aumentada
Vida
Vida comercial
comercial prolongada
prolongada
Perfil
Perfil de
de ácido
ácidograxo
graxo alterado,
alterado, aumento
aumento de
delisina,
lisina, composição
composição de
deaminoácidos
aminoácidos alterada
alterada
Propriedade
Propriedade nutricional
nutricionalmelhorada
melhorada
Propriedade
Propriedade nutricional
nutricional melhorada
melhorada
Retardamento
Retardamentono
no amadurecimento,
amadurecimento, redução
reduçãode
decafeína.
cafeína.
Alteração
Alteração do
do metabolismo
metabolismo de
de carboidratos;
carboidratos; aumento
aumento de
demetionina,
metionina, lisina
lisina eetriptofano;
triptofano;
alteração
alteração na
nacomposição
composiçãodos
dos aminoácidos;
aminoácidos; aumento
aumento da
daqualidade
qualidade protéica;
protéica; alteração
alteração
no
no perfil
perfil do
do óleo;
óleo; diminuição
diminuição de
defitato
fitato eelignina;
lignina; aumento
aumento do
dofosfato
fosfato ee antocianina
antocianina nas
nas
sementes;
sementes; inibição
inibição da
da produção
produção de
demicotoxinas
micotoxinas
Aumento
Aumentoda
da durabilidade
durabilidade eequalidade
qualidade das
dasfibras
fibras
Qualidade
Qualidade do
do fruto
fruto melhorada
melhorada
Resistência
Resistência aa doenças,
doenças, retardamento
retardamentode
de senescência
senescência
Maturação
Maturação retardada
retardada
Maturação
Maturação retardada
retardada
Alteração
Alteração na
na maturação
maturação
Maturação
Maturação retardada,
retardada, aumento
aumentoda
da vida
vida de
de prateleira
prateleira
Aumento
Aumentodo
do sabor
sabor adocicado
adocicado
Maturação
Maturação retardada
retardada
Aumento
Aumentode
de sólidos,
sólidos, carboidratos,
carboidratos,melhoria
melhoria da
da qualidade
qualidade nutricional,
nutricional, aumento
aumento de
de
tirosina,
tirosina, alteração
alteração dos
dos aminoácidos,resistência
aminoácidos,resistência aa doenças,
doenças, diminuição
diminuição de
deglicoalcalóides
glicoalcalóides
Proteína
Proteína alterada,
alterada, produção
produção de
de nova
nova proteína,
proteína, aumento
aumentode
de amido.
amido.
Qualidade
protéica
melhorada,
aumento
de
metionina
e
lisina,
Qualidade protéica melhorada, aumento de metionina e lisina, melhoria
melhoria da
daqualidade
qualidade de
de
alimentos
alimentos para
para animais,
animais, introdução
introduçãode
de nova
nova proteína,
proteína, qualidade
qualidade do
doóleo
óleo alterada,
alterada,
aumento
aumentode
de fitosteróis
fitosteróis ee degradação
degradação de
defumonisina
fumonisina
Maturação
retardada
Maturação retardada
Proteína
Proteína alterada,
alterada, melhoria
melhoria da
daqualidade
qualidade de
de alimentos
alimentos para
para animais
animais
Composição
dos
aminoácidos
alterada,
melhora
na
qualidade
Composição dos aminoácidos alterada, melhora na qualidade protéica
protéica
Amadurecimento
Amadurecimentoretardado,
retardado, aumento
aumentode
de amido
amido eesólidos,
sólidos, perfil
perfil de
de açúcar
açúcar ee pigmentação
pigmentação
alterados,
alterados, aumento
aumento do
dotamanho
tamanho dos
dosfrutos,
frutos, conteúdo
conteúdo de
de carotenóide
carotenóidealterado,
alterado, qualidade
qualidade
da
da proteína
proteína alterada,
alterada, aumento
aumento de
de enzimas
enzimas oxidantes
oxidantes
Proteína
Proteína alterada,
alterada, digestibilidade
digestibilidade melhorada,
melhorada, aumento
aumento de
de metionina,
metionina, qualidade
qualidade
nutricional
nutricional melhorada,
melhorada, introdução
introdução de
de nova
nova proteína
proteína
Conselho de Informações sobre Biotecnologia
SEGUNDA E TERCEIRA
GERAÇÕES DE PLANTAS GMs
Enriquecimento
nutricional
Melhoramento das
propriedades tecnológicas
Aumento do conteúdo
de micronutrientes
Enriquecimento de
compostos
biologicamente ativos
Modificação de funções
6 - 17
Aplicação direta de microrganismos
culturas starter;
flavour, (sabor e
aroma); proteólise;
autólise; produtos
probióticos; inibição
de microrganismos
deterioradores e
patogênicos
Limitações para o uso
da tecnologia genética em certos
alimentos
A maioria dos produtos lácticos contém
altos níveis de bactérias viáveis
a definição legal de iogurte em muitos países inclui
a presença de bactérias viáveis (vivas)
probióticos somente podem execer sua ação
benéfica se as bactérias forem viáveis
Conselho de Informações sobre Biotecnologia
7 - 17
Requerimentos para OGMs
food-grade (definição estrita)
As linhagens resultantes devem conter
somente DNA naturalmente presente na
mesma espécie. i.e. não transgênico.
Pequenas regiões de DNA sintético são aceitáveis.
Linhagens intermediárias podem conter DNA de
outras espécies, desde que ele DNA seja removido
na linhagem final.
☺
Johansen (1999) Encyclopedia of Food Microbiology pp 917-921.
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8 - 17
Vantagens das enzimas produzidas por
microrganismos GMs
Maior disponibilidade: por motivos econômicos, ocupacionais ou ambientais não
estariam disponíveis, permitindo novas aplicações.
Maior eficiência: modificação genética
melhor taxa metabólica e de
conversão
produção mais econômica
menor uso de energia e matéria-prima e menos resíduos.
Maior pureza: Ex: A quimosina GM tem 95% de pureza e, a bovina, 75%.
Maior segurança: microorganismo produtor da enzima GM pode ser mais seguro
para alimentos.
Redução de potencial alergênico e reações tóxicas: obtidas com a modificação
da seqüência da enzima.
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9 - 17
Quimosina
Cultura láctica
proteases
peptidases
autolisina
coagulação
PUREZA E IDENTIDADE
Enzima
proteolítica:
pode
reduzir o
tempo de
maturação:
economia de
US$ 50
milhões
- Alto grau de pureza e
qualidade:
- não possui enzimas
contaminantes (pepsina,
normalmente encontrada
no coalho de estômago
de bezerros)
- não possui resíduos de
DNA/RNA
Maturação
Autólise, Proteólise, Lipólise
Compostos aromáticos
Conselho de Informações sobre Biotecnologia
- não possui resíduos dos
organismos de produção
- aprovação por série de
testes toxicológicos
(aprovada pelo FDA e UE)
11 - 17
Enzimas comerciais produzidas por organismos
GM para a indústria de alimentos
Enzima
Aplicações
α – Acetolactato decarboxilase
Bebidas
α – Amilase
Cereais, amido, bebidas, alimentação
animal, frutas, vegetais, açúcar e mel,
Aceitação de enzimas obtidas por
rDNA em alimentos
entre outros
Catalase
Leite e maionese
Quimosina
Queijos
Ciclodextrina glicosil
Cereais e amido
É
É baseada
baseada nos
nos seguintes
seguintes fatos:
fatos:
1.
1.
transferase (CGTase)
α – Galactosidases
Alimentação animal
β – Glucanases
Cereais, amido, alimentação animal e
Enzimas
écnicas
Enzimas produzidas
produzidas por
por ttécnicas
de
ão id
ênticas ààs
s
de rDNA
rDNA ssão
idênticas
convencionais
convencionais (ex:
(ex: quimosina)
quimosina)
alimentos dietéticos, entre outros
Glucose isomerase
Cereais e amido
Glucose oxidase
Ovos, bebidas, confeitos e saladas
Hemicelulase
Confeitos
Lipase
Óleos, gorduras, confeitos e alimentação
animal
Amilase maltogênica
Cereais, amido, bebidas e confeitos
Pectinase
Bebidas (sucos de frutas)
Fitase
Alimentação animal
Protease
Queijo, carne, peixe, cereais, amido,
2.
ções de
ão
2. As
As prepara
preparações
de enzimas
enzimas est
estão
livres
ância
livres de
de qualquer
qualquer subst
substância
delet
éria que
deletéria
que pudesse
pudesse ser
ser
introduzida
introduzida durante
durante os
os passos
passos de
de
bioprocessamento
bioprocessamento ee de
de
purifica
ção (ex:
purificação
(ex: endotoxinas
endotoxinas de
de
E.
coli)
E.coli)
bebidas, confeitos, saladas e alimentação
animal
Pululanase
Cereais, amido, bebidas e confeitos
Xilanase
Confeitos, cereais, amido e alimentação
animal
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12 - 17
3.
ável: produtor
3. Microrganismo
Microrganismo GM
GM vi
viável:
produtor
á presente
da
ão est
da enzima
enzima nnão
está
presente no
no
final
ção
final da
da prepara
preparação
Biossíntese de Lisina
Corynebacterium glutamicum
Produção industrial de lisina: 120g/l
Acetil CoA
Aspartato
- Aspartato
L L-
Piruvato
Piruvato
Oxalacetato
metionina, treonina e isoleucina
Tecnologia do rDNA
aumentou os níveis de
aspartato quinase
resistente à inibição
por treonina e lisina
e de diidrodipicolinato
sintetase
β -Aspartilfosfato
lysC
asd
Aspartato
AspartatodapA
dapB
quinase
Ciclo do
Ácido Cítrico
semialdeído
Dihidrodipicolinato
sintetase
Piperidina dicarboxilato
dapD
Desidrogenase
dapE
Inibição em
feedback
Diaminopimelato
NÍVEIS DE AMINOÁCIDOS (G/L) PRODUZIDOS
PELAS LINHAGENS MELHORADAS
Permease
lysA
lysE
Lisina
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13 - 17
•
L-treonina – 100
•
L-leucina – 34
•
L-fenilalanina – 28
•
L-triptofano – 55
•
L-prolina – 100
•
L-histidina – 40
•
L-isoleucina – 40
•
L-valina – 31
•
L-lisina – 170
•
L-tirosina – 26
•
L-arginina – 100
SABORES E AROMAS
Quase todas as macromoléculas presentes nos alimentos têm impacto no flavour quando
hidrolisam: gorduras, proteínas e ácidos nucléicos.
Setores da indústria de alimentos que usam saborizantes:
embutidos, snacks, biscoitos, molhos, sopas e derivados de
tomate, entre outros.
São conhecidos 16.400 fragrâncias e flavours
Mercado avaliado em US$ 12 bilhões
Mais consumidos no mercado brasileiro:
glutamato monossódico (MSG)
proteína vegetal hidrolisada
extrato de levedura
Consumo aumentou muito porque:
os realçadores de sabor melhoram a qualidade do
aroma, e
maximizam esta sensação a baixos custos
Busca de novos produtos e bioprocessos nessa área é incrementada por:
mercado crescente
conscientização do público no que tange à salubridade e segurança química
dos ingredientes para alimentos
conscientização pública crescente das características nutricionais da dieta
Conselho de Informações sobre Biotecnologia
14- 17
Biossíntese de Glutamato
Principal aminoácido comercial 42,1 bilhões de Kg são produzidas anualmente
Mercado cresce 6% ao ano
por fermentação
Piruvato
Ciclo do
Ácido Cítrico
Acetil CoA
Ácido α- cetoglutárico
NH 3
Ácido 2(ou + L-
oxoglutárico
Glutamina )
2- oxoglutarato
aminotransferase
Glutamina
Glutamina
sintetase
Corynebacterium glutâmico
Conselho de Informações sobre Biotecnologia
Ácido LL- glutâmico
Brevibacterium (B. flavum e B. lactofermentum)
Micrococcus
Microbacterium Artrobacter
15 - 17
ÁCIDO CÍTRICO
Fungos
Fungos filamentosos:
filamentosos:
Vitaminas
Aspergillus
Aspergillus niger
niger -- 100
100 g/l
g/l
Leveduras:
Candida -- 225
225 g/l
g/l de
de ácido
ácido
Leveduras: Candida
cítrico
e
isocítrico
cítrico e isocítrico
Produção
Produção por
por biotecnologia:
biotecnologia: 2,2
2,2 bilhões
bilhões Kg/ano
Kg/ano
Mercado
Mercado mundial:
mundial: US$
US$ 1,4
1,4 bilhões
bilhões
BETACAROTENO
→
→ protege
protege os
os microrganismos
microrganismos contra
contra danos
danos
foto
oxidativos
foto-oxidativos
Fungos
Fungos ee Leveduras
Leveduras
astaxantina
-alaranjada)
astaxantina (róseo
(róseo-alaranjada)
Mercado
Mercado mundial
mundial em
em 2000:
2000:
US$
aquacultura ee avicultura)
US$ 150
150 milhões
milhões ((aquacultura
avicultura)
→
Flavobacterium sp:
sp: zeaxantina
zeaxantina.. Operon
Operon do
do
→Flavobacterium
seqüenciado
seqüenciado ee clonado
clonado →
→ Produção
Produção melhorada
melhorada de
de
zeaxantina
e
ouros
carotenóides
zeaxantina e ouros carotenóides
Conselho de Informações sobre Biotecnologia
11..RibloflavinaRibloflavina- B2
B2
•• Microrganismos:
Microrganismos: •• Eremothecium
Eremothecium ashbyii
ashbyii ee Ashbya
Ashbya
gossypii
gossypii:: >> 20
20 g/l
g/l
•• Candida
Candida sp
sp ee B.
B. subtilis
subtilis –– 30
30 g/l
g/l
•• Linhagens
Linhagens superprodutoras
superprodutoras de
de Bacillus
Bacillus →
→ genética
genética
clássica
clássica
2.
Cianobalanina –– B12
2.Cianobalanina
B12
•• Microorganismos:
Microorganismos: Propionibacterium
Propionibacterium shaermanii
shaermanii,,
Pseudomonas
Pseudomonas denitrificans
denitrificans
•• Produção:
Produção: 150mg/l
150mg/l
•• Valor
Valor de
de mercado:
mercado: US$
US$ 71
71 milhões
milhões
3.Biotina
3.Biotina
•• Microorganismo:
Microorganismo: Serratia
Serratia marcescens
marcescens
•• Melhoramento:
Melhoramento: mutagênese
mutagênese ee clonagem
clonagem molecular
molecular
→
→ produção
produção de
de 600
600 mg/l
mg/l
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Derivados da Soja: óleo, lecitina, isolados
protéicos,
mono e diglicerídeos
, etc. de
Além
das empresas
internacionais
biotecnologia presentes no país, há em
Derivados do milho: óleo, amido, farinha,
torno
de
354
empresas
brasileiras
de
dextrose e xarope de frutose, entre outros
biotecnologia com faturamento de
Microorganismos: células e aditivos
5,4 a 9 bilhões de reais
Aproximadamente 90% de todos os alimentos
processados contêm pelo menos um ingrediente
e que geram 27.835 postos de trabalho
que pode ser derivado de soja, milho ou
Fonte: Fundação Biominas, 2001
microorganismo GM
Conselho de Informações sobre Biotecnologia
17 -17