Imobilização de β-galactosidase para obtenção de produtos lácteos com baixo teor de lactose

Abstract

A β-galactosidase (E.C 3.2.1.23) é uma das enzimas mais empregadas na indústria de alimentos sendo utilizada na hidrólise da lactose. Neste trabalho foram utilizadas duas metodologias para imobilização desta enzima. Na primeira delas foi empregado como suporte um material híbrido à base de sílica que possui um grupo orgânico catiônico covalentemente ligado. A adsorção da enzima a este material apresentou eficiência que variou de 74 a 53% com o aumento da quantidade de enzima aplicada ao suporte. A baixa estabilidade térmica da enzima imobilizada obtida e as prováveis fracas interações envolvidas na sua adsorção a este suporte podem explicar o decréscimo de atividade observada durante as sucessivas bateladas de hidrólise da lactose. Na primeira batelada o grau de hidrólise foi de 90,9% e no final da última batelada (4ª), a enzima foi capaz de converter apenas 13% do substrato. A segunda metodologia utilizada foi imobilização covalente da enzima em um filme de celulose/líquido iônico modificado com uma poliamina e ativado com glutaraldeído. A presença da poliamina foi confirmada por análises de infravermelho. Após a imobilização, a enzima reteve 60% de sua atividade inicial. Bons resultados de hidrólise da lactose em batelada foram obtidos tanto a 7ºC como a 35ºC e foi possível reutilizar a enzima imobilizada por 16 ciclos consecutivos, a 7ºC, sem mudanças significativas na atividade enzimática. O valor de Km para a enzima imobilizada no material híbrido à base de sílica foi de 9,17 mM e para a enzima imobilizada nos filmes de celulose foi de 11,22 mM, ambos apresentaram um acréscimo quando comparados ao Km enzima livre (1,25 mM), devido à dificuldade de acesso do substrato ao sítio ativo da enzima. Não houve mudança no pH e temperatura ótimos da enzima imobilizada em relação à enzima livre em nenhum dos métodos testados.

β-galactosidase (E.C 3.2.1.23) is the most widely used enzymes in the food industry and its employed in the lactose hydrolysis process. In this study, two methodologies were used to test their immobilization. In the first, the enzyme was immobilized by adsorption in one silica based hybrid material that contains a cationic organic group covalently linked. The efficiency of immobilization showed a decrease of 74 to 53% by increasing the protein load applied to the support. The low thermo stability of the immobilized enzyme and the probable weak interactions involved in their adsorption, could explain the decrease in enzyme activity observed in the successive batch hydrolysis of lactose. In the first run, the degree of lactose hydrolysis was 90.9% and, at the end of the last run (4th), the enzyme was able to convert only 13% of the substrate. The second methodology used was the covalent immobilization of the enzyme on a cellulose/ionic liquid film, modified with a polyamine and activated using glutaraldehyde. The presence of a polyamine was confirmed by infrared analysis. After immobilization, the enzyme retained 60% of its initial activity. Highly efficient lactose conversion was achieved in a batch process at 7ºC and 35ºC and was possible to reuse the immobilized enzyme in 16 repeated cycles, at 7ºC, without any drastic decrease in enzyme activity. Km value for the immobilized enzyme in silica based hybrid material was 9.17 mM and for the enzyme immobilized in the film of cellulose/ionic liquid was 11.22 mM, both showing an increase compared with the Km value for free enzyme (1.25 mM), due to the difficulty of access of the substrate to the active sites of the enzyme. The immobilized enzyme did not show any changes in the optimal pH and temperature when compared to the free enzyme in both methods tested.