Fracionamento a partir de isolado proteico de soro de leite em reator contínuo utilizando dióxido de carbono supercrítico

Abstract

RESUMO: Neste trabalho, o isolado proteico do soro do leite bovino (WPI) foi utilizado como matéria-prima para a obtenção de correntes individuais das proteínas ?-lactalbumina (?-La) e ?-Lactoglobulina (?-Lg) purificadas. Para tanto, foi desenvolvido um reator de fluxo contínuo utilizando dióxido de carbono supercrítico (scCO2) como solvente para permitir a acidificação no meio reacional contendo suspensões com concentração de 1 e 5% de WPI. As condições de processamento avaliadas foram pressão (8, 16 e 24 MPa) e temperatura (55, 60 e 65 °C). A confirmação do fracionamento foi realizada por meio de análise quantitativa das proteínas conduzida em Cromatografia Líquida de Alta Eficiência. Os níveis de ?-La e ?-Lg foram utilizados para o cálculo da seletividade (razão ?-La/?-Lg). A suspensão de WPI (1% massa/massa; sem tratamento) utilizada no fracionamento do soro sob alta pressão apresentou razão de ?-La/?-Lg de 0,37. Após o tratamento do WPI com scCO2, a condição da extração a 16 MPa e 55 °C resultou na maior razão ?-La/?-Lg (4,01), com correspondente recuperação de ?-La no precipitado de 39,6% e rendimento de 14,9%. A condição de processo de maior seletividade foi 8 MPa e 55 °C, com recuperação da ?-La no precipitado de 52,9%, rendimento de 20,9% e razão ?-La/?-Lg de 3,84. Portanto, esta condição foi considerada o melhor binômio pressão/temperatura para a obtenção de ?-La, devido à alta seletividade, rendimento e recuperação da proteína e menor custo energético. O uso desta condição também resultou em uma corrente rica em ?-Lg com alta seletividade (?-La/?-Lg de 0,12). Além disso, menores valores de pressão e de temperatura significam menor custo com energia. A suspensão de WPI (5% massa/massa; sem tratamento) utilizada no fracionamento do soro a alta pressão apresentou razão de ?-La/?-Lg de 0,34. A maior seletividade foi obtida ao utilizar o binômio 16 Mpa/60 °C, com respectiva razão ?-La/?-Lg de 5,42, recuperação de proteína ?-La no precipitado de 24,5% e rendimento de 13,5%. A condição de 8 MPa/65 °C, com razão ?-La/?-Lg de 3,66, rendimento de 14,8% e a recuperação de ?-La no precipitado de 52,7%, é também uma alternativa, devido a elevada recuperação da ?-La. A influência da tecnologia supercrítica na desnaturação das proteínas foi estudada a partir dos espectros de dicroísmo circular (DC). Para tanto, foram conduzidas análises de DC a fim de determinar o perfil da estrutura secundária das proteínas puras (?-La e ?-Lg) e das proteínas fracionadas presentes nas correntes obtidas com suspensão de WPI 1%, nas condições de extração extremas, de 24 MPa e 65 °C. Os resultados indicaram que nessa condição de operação, a ?-La foi parcialmente desnaturado e ?-Lg permaneceu em seu estado nativo. O software Aspen Plus® foi utilizado para realizar a análise econômica da extração das proteínas utilizando scCO2. Verificou-se que a obtenção de correntes enriquecidas em ?-La é mais rentável quando se usa o scCO2, em modo contínuo, em comparação com reação em batelada

ABSTRACT: In this framework, bovine milk whey protein isolate (WPI) was used as a protein source for the production of purified ?-lactalbumin (?-La) and ?-Lactoglobulin (?-Lg) fractions. A continuous flow reactor was developed. Supercritical carbon dioxide (scCO2) was used as solvent to allow acidification in the reaction medium. Solutions with 1 and 5% concentration of WPI were used. The pressure conditions evaluated were 8, 16 and 24 MPa and temperatures of 55, 60 and 65 °C. The fractionation was verified by means of quantitative analysis conducted in HPLC (High Performance Liquid Chromatography). The levels of ?- La and ?-Lg were used to calculate the selectivity (?/? ratio). The results were statistically analyzed using Statistica 8.0 software. The ?-La:?-Lg ratio in the untreated (initial) WPI used in fractionation with 1% WPI solution was 1:2.7. The condition resulting in higher ratio ?/? (4.01) was applying 16 MPa and 55 °C, with recovery of ?-La protein of 39.6% and yield of 14.9%. The second most selective pressure and temperature combination was 8 MPa and 55 °C. In this condition, recovery of the ?-La protein in the precipitate was 52.9%, yield 20.9% and ? / ? ratio = 3.84. Therefore, this condition was considered the best condition for obtaining ?-La, due to the high selectivity, yield and recovery of the ?-La protein. This condition also resulted in a ?-Lg rich fraction with high selectivity (? / ? = 0.12). In addition, lower pressures and temperatures mean less energy costs. The untreated WPI solution used in the 5% fractionation had ?/? ratio = 0.34. The best selectivity obtained was ?/? ratio = 5.42, with ?-La protein recovery = 24.5% and yield = 13.5%, using a pressure of 16 MPa and temperature of 60 °C. However, when using the pressure 8 MPa and temperature 65 °C, the ratio ?/? was 3.66, yield of 14.8% and recovery of ?-La of 52.7%, showing more viability due to higher production and recovery. Circular dichroism (DC) analyzes were performed to determine the secondary structure profile of fractioned samples with 1% WPI solution, 24 MPa and 65 °C, as well as pure ?La and ?-Lg proteins. From this profile it was possible to evaluate the influence of supercritical technology on protein denaturation. The results indicated that, under these operating conditions, ?-La was partially denatured and ?-Lg remained in its native state. The economic analysis was performed for all operating conditions using the Aspen Plus software and it was verified that the production of fractions enriched in ?-La using scCO2 in continuous mode is more profitable than the production in batch reactor available in the literature