Practical Action/Papain Production/pt

Uma enzima comum conhecida como papaína é obtida do mamão verde (papaia). Enzimas são proteínas que podem acelerar processos biológicos, como o amadurecimento de frutas. Ao final de uma reação catalisada por uma enzima, a própria enzima permanece inalterada e apta a reagir novamente.

introdução

As enzimas podem ser geralmente reconhecidas pela terminação -ase. Isso indica a natureza da substância afetada pela enzima (por exemplo, a carboidrase atua sobre carboidratos e a protease atua sobre proteínas) ou a natureza da reação (por exemplo, as transferases catalisam a transferência de átomos ou grupos de átomos dentro de uma substância).

As enzimas ocorrem naturalmente nos alimentos e muitas tecnologias tradicionais de processamento de alimentos envolvem o uso de enzimas. Hoje, com o conhecimento mais avançado da ciência dos alimentos, essas enzimas podem ser extraídas, concentradas e adicionadas aos alimentos durante o processamento (por exemplo, amaciantes de carne). A Tabela 1 descreve algumas das tecnologias tradicionais e as enzimas envolvidas. Vale ressaltar que somente em tempos relativamente recentes se obteve um entendimento detalhado das reações catalisadas por enzimas envolvidas nessas tecnologias de processamento de alimentos.

Tabela 1: Processamento tradicional de alimentos utilizando enzimas

Um importante grupo de enzimas são as proteases. Essas enzimas catalisam a quebra de proteínas. A maturação da cerveja a frio (ver Tabela 1), o amaciamento da carne e a produção de massa para pizzas e bases para waffles e wafers são aplicações de proteases na indústria de processamento de alimentos. A mais comum dessas proteases é a papaína.

Uma palavra de cautela: existem diversas dificuldades específicas na implementação da produção de papaína em pequena escala, sendo necessária uma pesquisa muito aprofundada antes de iniciar qualquer programa desse tipo. Especificamente, são as seguintes:

• A papaína é potencialmente perigosa - o contato prolongado pode danificar a pele das mãos dos trabalhadores e, em alguns casos, causar reações alérgicas.
  
• O mercado de papaína na Europa está diminuindo à medida que alternativas são encontradas, e ela pode ser proibida em alguns alimentos (como cervejas) em um futuro próximo.
  
• A papaína de baixa qualidade (seca ao sol) tem um mercado muito menor do que a papaína de alta qualidade seca por pulverização (ver abaixo). Portanto, uma pesquisa de mercado completa deve ser realizada para garantir que o produto possa ser comercializado.

• Para uma produção economicamente viável, são necessárias plantações de mamoeiros; a colheita a partir de algumas poucas árvores em quintais domésticos não é uma atividade sustentável.
  

Papaína: fonte e usos.
A papaína está presente no látex seco obtido do fruto do mamão (Carica papaya L.). É a protease mais comumente utilizada nas aplicações de processamento de alimentos mencionadas anteriormente. No entanto, outras proteases importantes são a ficina, obtida do figo, e a bromelaína, obtida do abacaxi.

A papaína é utilizada na indústria farmacêutica, na medicina e também na indústria de processamento de alimentos (por exemplo, na preparação de vacinas e no tratamento de calos). Possui ainda aplicações veterinárias, como na vermifugação de bovinos. A papaína também é utilizada no curtimento de couro e tem aplicações nas indústrias de papel e adesivos, bem como no tratamento de esgoto. A pesquisa médica inclui cirurgias plásticas para correção de fenda palatina utilizando papaína.

Métodos de coleta e extração

A papaína é obtida através de cortes na casca do mamão verde, mas quase maduro, e da coleta e secagem do látex que escorre pelos cortes. A extração do látex deve começar no início da manhã e terminar no final da manhã (ou seja, em períodos de alta umidade). Em baixa umidade, o fluxo de látex é menor.

Em seguida, são feitos dois ou três cortes verticais (exceto o primeiro, veja abaixo) com 1 a 2 mm de profundidade, que se encontram na base da fruta. As incisões são feitas com uma lâmina de aço inoxidável fixada em um pedaço de borracha preso a uma haste longa. A lâmina não deve ultrapassar 2 mm de profundidade, pois cortes maiores que 2 mm podem fazer com que o suco e o amido da polpa da fruta se misturem ao látex, o que diminui a qualidade.

Os frutos devem ser sangrados em intervalos de aproximadamente 4 a 7 dias, sendo que na primeira sangria geralmente basta um único corte. Nas sangrias subsequentes, os dois ou três cortes são espaçados entre os anteriores (conforme explicado acima).

Após cerca de 4 a 6 minutos, o fluxo de látex cessa. Utiliza-se um recipiente para coletar o látex, que é então raspado e transferido para uma caixa forrada com polietileno e com tampa hermética; essa caixa deve ser armazenada na sombra. O uso de uma tampa hermética e a manutenção da caixa na sombra são importantes, pois reduzem as reações que causam a perda da atividade enzimática. Deve-se evitar a presença de materiais estranhos, como sujeira e insetos, no látex. O látex aderido à fruta deve ser cuidadosamente raspado e transferido para a caixa de coleta. No entanto, o látex seco não deve ser misturado com o látex fresco, pois isso diminui a qualidade.

Ao manusear látex fresco, deve-se ter cuidado para evitar o contato com a pele, pois pode causar queimaduras. Também não deve entrar em contato com metais pesados ​​como ferro, cobre ou latão, pois isso causa descoloração e perda de propriedades. Panelas, facas e colheres não devem ser utilizadas, a menos que sejam de plástico ou aço inoxidável. O látex fresco não se conserva bem e deve ser seco o mais rápido possível, até atingir um teor de umidade inferior a 5% (quando apresentará uma textura seca e quebradiça).

Após dois ou três meses, os frutos amadurecem e devem ser colhidos da árvore. Os frutos maduros são comestíveis, mas têm pouco valor comercial devido à sua aparência com cicatrizes. No entanto, a casca do mamão verde maduro contém cerca de 10% de pectina (em peso seco), e os frutos podem ser processados ​​para extrair essa substância.

do látex do mamão

O método de secagem é o principal fator que determina a qualidade final da papaína. Diversos graus de qualidade foram utilizados desde que a papaína se tornou um produto internacional. Até meados da década de 1950, quando a papaína do Sri Lanka dominava o mercado, três graus eram conhecidos: 1 - pó branco fino, 2 - farelo branco seco em forno e 3 - farelo escuro seco ao sol. Até a década de 1970, existiam dois graus: 1 - papaína de primeira qualidade, seca em forno, em pó ou farelo, geralmente de cor branco-creme, e 2 - papaína de segunda qualidade, seca ao sol, marrom, em farelo. Desde 1970, como resultado de novas técnicas de processamento, a papaína foi reclassificada em três grupos: 1 - papaína bruta - variando do grau branco de primeira qualidade ao grau marrom de segunda qualidade; 2 - papaína bruta em flocos ou pó - às vezes chamada de semirrefinada; 3 - papaína bruta seca por atomização - em pó, chamada de papaína refinada.

ao sol

A secagem ao sol resulta em um produto de qualidade inferior, pois há uma perda considerável da atividade enzimática e a papaína pode facilmente escurecer. No entanto, em muitos países, a secagem ao sol ainda é a técnica de processamento mais comum para a papaína. O látex é simplesmente espalhado em bandejas e deixado ao sol para secar.

em forno

Os secadores de papaína podem ter uma construção simples. No Sri Lanka, geralmente são fogões simples ao ar livre (com cerca de um metro de altura) feitos de barro ou tijolos de argila. O tempo de secagem varia, mas uma estimativa aproximada é de 4 a 5 horas a uma temperatura de cerca de 35 a 40 °C. A secagem está completa quando o látex estiver quebradiço e não pegajoso. Um produto de melhor qualidade é obtido se o látex for peneirado antes da secagem. O produto seco deve ser armazenado em recipientes herméticos e protegidos da luz (por exemplo, potes de barro selados ou latas de metal) e mantido em local fresco. Os recipientes de metal devem ser revestidos com polietileno.

Secagem por aspersão

Isso não é possível em pequena escala. É necessário um investimento considerável em equipamentos (por exemplo, £10.000). No entanto, a papaína liofilizada pode ser adquirida para o processamento de alimentos em pequena escala.

A papaína liofilizada possui atividade enzimática superior à de outras papaínas e é totalmente solúvel em água. É necessário extremo cuidado ao manusear essa forma de papaína, pois a inalação pode causar alergias e enfisema. Por esse motivo, a papaína liofilizada é frequentemente encapsulada em uma camada de gelatina.

atividade enzimática

Se a papaína for explorada comercialmente para exportação ou para uso na indústria alimentícia local, é importante determinar sua atividade enzimática. Esse método é conhecido como ensaio. O ensaio pode ser realizado, por exemplo, pelo Instituto Nacional de Normas.

A papaína é usada para hidrolisar (ou degradar) proteínas. Portanto, os ensaios para medir a atividade da papaína baseiam-se na medição de um produto da hidrólise. Existem dois métodos principais de ensaio. O primeiro baseia-se na capacidade da papaína de coagular o leite. É um método de baixo custo, mas demorado. Além disso, a falta de um método padrão para determinar o ponto de coagulação e as variações no leite em pó utilizado podem introduzir erros.

Neste método, uma quantidade conhecida de amostra de papaína (preparada dissolvendo-se uma massa conhecida de papaína em um volume conhecido de solução de ácido acético) é adicionada a uma quantidade fixa de leite (preparada dissolvendo-se uma massa conhecida de leite em pó em um volume conhecido de água) que foi aquecida a 30°C em banho-maria.

Os conteúdos são misturados cuidadosamente e observados até que os primeiros sinais de coagulação (formação de grumos) sejam detectados. O tempo necessário para atingir esse estágio, a partir do momento em que a papaína foi adicionada ao leite, é registrado. O experimento é então repetido utilizando diferentes quantidades conhecidas de soluções de papaína. As diferentes quantidades de amostra de papaína utilizadas devem resultar em tempos de coagulação entre 60 e 300 segundos para resultados ótimos. A atividade da amostra de papaína é então calculada através da construção de um gráfico, determinando-se o tempo necessário para a coagulação do leite em uma concentração infinita de papaína e, em seguida, utilizando esse valor em uma fórmula para calcular a atividade.

To introduce a measure of standardisation the amount of milk can be fixed at a certain known concentration. This is done by reacting a known concentration of high grade papain with the milk. The concentration of milk powder solution can then be adjusted to obtain the desired clotting time under fixed reaction conditions. The 'activity of pure papain' at this known amount of milk can then be calculated. Testing the sample papain under the same reaction conditions and same (known) amount of milk will then give an activity relative to the pure papain.

The second method is based on the science of the absorption of light known as absorptiometry. This is the analytical technique for measuring the amount of radiation (or 'colour' of light) absorbed by a chemical solution.

It is known that, for example, a yellow-coloured solution will absorb blue light. (Blue is the 'complement colour' to yellow). The greater the concentration of yellow in the solution the more the absorption of blue light. This is a useful discovery because certain products of chemical reactions are coloured. The more intense the colour, the greater the concentration of product. Therefore by shining the relevant complement colour through the sample liquid the amount of light absorbed can be related to the concentration of product.

Not all 'colours' (or radiations of light) are visible to the human eye. The technique used when the 'colours' extend beyond the visible spectrum is known as spectrophotometry and the instrument used is called a spectrophotometer.

In the second method to determine the activity of a papain sample, a known amount of papain sample is mixed with a fixed amount of casein (the protein found in milk). The reaction is allowed to proceed for 60 minutes at 40°C. After this time, the reaction is stopped by the addition of a strong acid.

The product of the reaction is known as tyrosine which is known to absorb ultra-violet light (invisible to the human eye). The solutions containing the tyrosine are prepared for analysis using the spectrophotometer. The amount of ultra-violet light absorbed by the solution can be related to the number of tyrosine units produced by the papain sample. Hence the greater this number, the greater the activity of the papain sample.

World trade in papain

The principal producers of crude papain are Zaire, Tanzania, Uganda and Sri Lanka. Most of the spray-dried papain comes from Zaire.

The principal importing countries are the United States, Japan, United Kingdom, Belgium and France. Almost all the best quality papain goes to the United States.

Na Grã-Bretanha, a papaína bruta é utilizada na indústria cervejeira para tornar a cerveja e o lager mais resistentes ao frio. No entanto, a crescente tendência de cervejas sem aditivos, iniciada por outros países europeus, está surtindo efeito na Grã-Bretanha, e, portanto, esse mercado para a papaína está em declínio. Outro uso da papaína é na indústria de carnes para amaciar a carne e produzir amaciantes em pó.