Publicação: Estudo da estabilidade da beta-galactosidase imobilizada de Bacillus licheniformis e aplicação em reator de leito fixo
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CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::CIENCIA E TECNOLOGIA DE ALIMENTOS::ENGENHARIA DE ALIMENTOS
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Orientador
Coorientador
Falleiros, Nayhara Soares Santana Larissa
Resumo
Os produtos lácteos são alguns dos alimentos mais completos e mais consumidos. A
intolerância à lactose em grande parte da população mundial leva a produção de produtos sem
ou com teor reduzida de lactose utilizando a β-galactosidase. A imobilização enzimática é um
processo que permite a recuperação e a reutilização desse biocatalisador, além de aumentar a
sua estabilidade operacional. Neste trabalho estudou-se a estabilidade de β-galactosidase
de Bacillus licheniformis imobilizada por adsorção em resina Duolite A-568 em temperatura
ambiente (aproximadamente 25ºC), tampão BR com força iônica de 40 mM e pH 4,0 e
concentração de enzima de 43 mL/L. A enzima imobilizada foi reticulada com glutaraldeído
em diferentes concentrações (2,0 a 3,5 g/L). A estabilidade do biocatalisador imobilizado foi
avaliada em relação ao pH na faixa de 3 a 8, à temperatura na faixa de 30 a 60°C e ao
armazenamento, por 90 dias. A energia de ativação do processo de desativação térmica da
enzima imobilizada também foi determinada. Foi avaliada a taxa de conversão da lactose por
enzima imobilizada e imobilizada reticulada em reator batelada com recirculação e diferentes
vazões de alimentação. Os resultados de rendimento, eficiência e atividade recuperada da β galactosidase imobilizada, foram respectivamente de 84%, 99% e 83%. A concentração de
glutaraldeído de 2,0 g/L proporcionou melhor estabilidade, mantendo 75% da atividade inicial
no sexto uso, e teve sua atividade inalterada quando armazenada por 35 dias. A enzima
imobilizada sem reticulação apresentou pH ótimo em 4, enquanto a faixa ótima de pH para
enzima imobilizada seguida de reticulação (2,0 g/L) foi de 4 a 7. Em relação à estabilidade
térmica a enzima imobilizada e reticulada foi mais estável que a enzima apenas imobilizada
em todas as temperaturas avaliadas. O armazenamento afetou mais a atividade da enzima
imobilizada (sem reticulação), que apresentou atividade relativa de 27%, em pH 3 e 4 em 90
dias, já a enzima imobilizada e reticulada reteve mais de 70% da atividade inicial durante 90
dias em todos os valores de pH (3 a 8). A energia de desnaturação encontrada para a enzima
imobilizada sem reticulação e da enzima imobilizada seguida de reticulação foram de
59.715,32 e 66.063,78 kcal/mol, respectivamente. Em relação à conversão de lactose, a
enzima imobilizada reticulada foi mais estável mantendo mais de 50% da sua capacidade de
conversão inicial. Com o aumento da vazão na ordem de 2 mL/min observou-se a diminuição
da taxa de conversão de cerca de 5%. Em geral a reticulação com glutaraldeído aumentou a
estabilidade da β-galactosidas de Bacillus licheniformis imobilizada em Duolite A-568. A β galactosidase de Bacillus licheniformis imobilizada pode ser aplicada em vários processos de
hidrólise ou de conversão da lactose em condições estudadas.
Abstract
Dairy products are some of the most complete and widely consumed foods. Lactose
intolerance in a large part of the world population leads to the production of products
without or with reduced lactose content using β-galactosidase. Enzyme immobilization is a
process that allows the recovery and reuse of this biocatalyst, besides increasing its
operational stability. In this work, the stability of β-galactosidase from Bacillus licheniformis
immobilized by adsorption on Duolite A-568 resin at room temperature (approximately
25°C), BR buffer with ionic strength of 40 mM and pH 4.0 and enzyme concentration of 43
mL/L was studied. The immobilized enzyme was cross-linked with glutaraldehyde at different
concentrations (2.0 to 3.5 g/L). The stability of the immobilized biocatalyst was evaluated
with respect to pH in the range of 3 to 8, temperature in the range of 30 to 60°C, and storage
for 90 days. The activation energy of the thermal deactivation process of the immobilized
enzyme was also determined. The conversion rate of lactose by immobilized and immobilized
cross-linked enzyme in a batch reactor with recirculation and different feed rates was
evaluated. The results of yield, efficiency and recovered activity of immobilized β galactosidase were 84%, 99% and 83%, respectively. The glutaraldehyde concentration of
2.0 g/L provided better stability, maintaining 75% of the initial activity on the sixth use, and
had its activity unchanged when stored for 35 days. The immobilized enzyme without cross linking presented pH optimum at 4, while the optimum pH range for immobilized enzyme
followed by cross-linking (2.0 g/L) was 4 to 7. In relation to thermal stability the immobilized
and cross-linked enzyme was more stable than the immobilized enzyme only at all
temperatures evaluated. The storage affected more the activity of the immobilized enzyme
(without crosslinking), which presented a relative activity of 27%, at pH 3 and 4 in 90 days,
while the immobilized and crosslinked enzyme retained more than 70% of the initial activity
during 90 days in all pH values (3 to 8). The denaturation energy found for the immobilized
enzyme without crosslinking and the immobilized enzyme followed by crosslinking were
59,715.32 and 66,063.78 kcal/mol, respectively. Regarding lactose conversion, the cross linked immobilized enzyme was more stable maintaining more than 50% of its initial
conversion capacity. With the increase of the flow rate in the order of 2 mL/min a decrease in
the conversion rate of about 5% was observed. In general, cross-linking with glutaraldehyde
increased the stability of β-galactosidases from Bacillus licheniformis immobilized on Duolite
A-568. The immobilized β-galactosidase from Bacillus licheniformis can be applied in various
processes of hydrolysis or lactose conversion under the studied conditions.
Palavras-chave
Enzima, Enzyme, Glutaraldeído, Glutaraldehyde, Reticulação, Reticulation, Lactose, Lactose, Conversão, Conversion
Citação
LAFIA, Aliou Toro. Estudo da estabilidade da beta-galactosidase imobilizada de Bacillus licheniformis e aplicação em reator de leito fixo. 2023. 84 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Alimentos) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2023. http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.79.
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