Síntese de galacto-oligossacarídeos a partir de soro de leite em diferentes tipos de reatores com a enzima ß-galactosidase

Abstract

RESUMO: A imobilizacao de enzimas e uma metodologia relativamente simples e oferece muitas vantagens, por exemplo: a reutilizacao eficiente da enzima, uma operacao continua, maior estabilidade termica e operacional. As ƒÀ-galactosidases pertencem ao grupo de enzimas que tem despertado crescente interesse por parte da industria de alimentos, devido a sua capacidade de hidrolisar a lactose e de produzir galacto-oligossacarideos (GOS). Os GOS sao considerados prebioticos, pois sao usados de forma seletiva por bacterias consideradas beneficas (probioticos) em detrimento das bacterias patogenicas, com diversos beneficios a saude. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi estudar a sintese de GOS utilizando ƒÀ-galactosidase de Kluyveromyces lactis imobilizada em suportes a base de silica macroporosa e soro de leite como substrato para a sintese. Inicialmente foi preparado um suporte pela silanizacao de silica macroporosa, ativada com GPTMS. A imobilizacao da ƒÀ-galactosidase foi realizada incubando-se, durante 48 h, uma solucao enzimatica com o suporte obtido. A atividade enzimatica da ƒÀ-galactosidase soluvel e imobilizada foi determinada como uma funcao do pH (6,0; 6,5; 7,0 e 7,5) e da temperatura (30, 35, 40, 45 e 50 oC) e, em seguida, foram obtidas as condicoes para a atividade maxima. Visando aumentar a estabilidade termica da enzima, foi estudada a reacao de reticulacao pos-imobilizacao com diferentes concentracoes de glutaraldeido (0,1; 0,5; 1,0; 1,5 e 2,0 %). Foi estudada a estabilidade termica da enzima e determinadas a as melhores condicoes para realizar reacoes em longos periodos (20 h). Esses experimentos foram realizados em reator batelada, e a atividade determinada pelo metodo das velocidades iniciais. A sintese de GOS foi estudada com a enzima imobilizada em diferentes tampoes (acetato, fosfato e uma formulacao especial), temperatura (40, 45 e 50 oC), concentracao inicial de lactose no soro de leite (30, 40 e 50 % (m/v)) e tipo de reator (batelada, batelada alimentada e continuo) e, posteriormente analisada por cromatografia liquida de alta eficiencia, para quantificacao dos acucares. A concentracao inicial de lactose no meio reacional e o tipo do reator foi o parametro que mais influenciou na sintese de GOS, sendo que a concentracao maxima de GOS obtida foi de 355,79 g L-1 com rendimento de 67,44 %, no reator continuo. A partir destes resultados, pode-se concluir que a ƒÀ-galactosidase de Kluyveromyces lactis imobilizada em silica macroporosa apresentou bom rendimento na sintese de GOS a partir do soro de leite. Esse produto enriquecido com GOS pode ser usado em bebidas lacteas, iogurtes e leite em po infantil.

ABSTRACT: Enzyme immobilization is a relatively simple methodology and offers many advantages, for example: efficient reuse of the enzyme, continuous operation, increased thermal and operational stability. ƒ -galactosidases belong to the group of enzymes that have arousedstimulated growing interest in the food industry due to their ability to hydrolyze lactose and produce galacto-oligosaccharides (GOS). GOS are considered prebiotics because they are selectively used by bacteria considered beneficial (probiotics) to the detriment of pathogenic bacteria, with several health benefits. Thus, study the synthesis of GOS using Kluyveromyces lactis ƒÀ-galactosidase immobilized on supports based on macroporous silica and whey as a substrate for the synthesis. Initially, a support was prepared by the silanization of macroporous silica, activated with GPTMS. Immobilization of ƒÀ-galactosidase was performed by incubating for 48h an enzyme solution with the support obtained. The enzymatic activity of soluble and immobilized ƒÀ-galactosidase was determined as a function of pH (6.0, 6.5, 7.0 and 7.5), temperature (30, 35, 40, 45 and 50 oC) and then the conditions for maximum activity were obtained. For increasing the thermal stability of the immobilized enzyme, post-immobilization crosslinking with different concentrations of glutaraldehyde (0.1, 0.5, 1.0, 1.5 and 2.0 %) was studied. The thermal stability of the enzyme was determined to seek for the best conditions to carry out reactions in long runs (20 h). These experiments were performed in a batch reactor, and the activity determined by the initial velocity method. GOS synthesis was studied with the enzyme immobilized in different conditions: buffers (acetate, phosphate and a unique formulation), temperature (40, 45 and 50 oC), initial lactose concentration in the whey (30, 40 and 50 % (m/v)) and type of reactor (batch, fed-batch and continuous) and then analyzed by high performance liquid chromatography for quantification of sugars. The initial concentration of lactose in the reaction medium and the type of reactor was the parameter that most influenced GOS synthesis, and the maximum concentration of GOS obtained was 355.79 g L-1 with a yield of 67.44 % in the continuous reactor. From these results, it can be concluded that the ƒÀ-galactosidase of Kluyveromyces lactis immobilized on macroporous silica gave a good yield in the synthesis of GOS from the whey. This product enriched with GOS can be used in dairy drinks, yogurts and infant milk powder.