PARA HIDRÓLISE DA LACTOSE DO PERMEADO DE SORO DE LEITE

Transcrição

1 β-galactosidase DE Kluyveromyces lactis IMOBILIZADA PARA HIDRÓLISE DA LACTOSE DO PERMEADO DE SORO DE LEITE β-galactosidase OF Kluyveromyces lactis IMMOBILIZED FOR HYDROLYSIS OF LACTOSE OF MILK SORO PERMEATE Carla Cristina de Sousa (1) Larissa Nayhara Soares Santana Falleiros (2) Miriam Maria de Resende (3) Eloízio Júlio Ribeiro (4) Resumo Novas tecnologias são implantadas para reaproveitar o permeado do soro de leite, sendo a hidrólise da lactose uma forma delas. A β-galactosidase é a enzima que hidrolisa a lactose, sendo a sua forma imobilizada importante em aplicações industriais. O objetivo do trabalho foi imobilizar a β-galactosidase de Kluyveromyces lactis em resina de troca iônica e aplica-la na hidrólise da lactose do permeado de soro de leite. Como resultados, obteve-se uma atividade recuperada de 73,60% para oferta de 27 U e 61,30% e 54 U. O reuso da enzima implicou em uma manutenção de 66 e 60% de atividade em relação a primeira hidrólise. A enzima imobilizada e reutilizada mostrou potencial para hidrólise da lactose do permeado de soro de leite. Palavras-chave: Permeado de Soro de Leite. Lactose. β-galactosidase. Duolite A-568 Abstract New technologies are implanted to reuse the whey permeate, with the hydrolysis of lactose being a form of them. Β-galactosidase is the enzyme that hydrolyzes lactose, its immobilized form being important in industrial applications. The aim of the study was to immobilize β- galactosidase from Kluyveromyces lactis on ion-exchange resin and apply it to lactose hydrolysis of whey permeate. As results, a recovered activity of 73.60% was obtained for 27 U and 61.30% and 54 U. The reuse of the enzyme implied a maintenance of 66 and 60% of activity in relation to a first hydrolysis.immobilized and reused enzyme showed potential for lactose hydrolysis of whey permeate. Keywords: Whey permeate. Lactose. β-galactosidase. Duolite A Doutoranda em Engenharia Química pela Universidade Federal de Uberlândia. Discente da FEQ/ UFU. Endereço eletrônico: carlacrissousa@yahoo.com.br 2 Doutora em Engenharia Química pela Universidade Federal de Uberlândia. Docente da FEQ/UFU. Endereço eletrônico: larissa.falleiros@ufu.br 3 Doutora em Engenharia Química pela Universidade Federal de Uberlândia. Docente da FEQ/UFU. Endereço eletrônico: mresende@ufu.br 4 Doutor em Engenharia Química pela Universidade Federal de Uberlândia. Docente da FEQ/UFU. Endereço eletrônico: ejribeiro@ufu.br

2 1 Introdução O permeado de soro de leite (PS) é oriundo do soro de leite que é um subproduto da indústria de laticínios gerado em alta quantidade (177 bilhões de litros em 2017). Devido ao seu alto conteúdo de nutrientes o descarte do PS leva a inúmeros danos ambientais o que gera a necessidade de pesquisas para aumentar a aplicabilidade industrial desse composto a fim de diminuir custos com o tratamento de efluentes (ALMEIDA et al., 2015; USDA, 2017). O PS é rico em lactose e a hidrólise desta pode fornecer inúmeras vantagens para indústria de alimentos, como por exemplo a elaboração dos produtos isentos de lactose. O tipo de hidrólise mais comum é a hidrólise enzimática, que utiliza a enzima β-galactosidase, que é proveniente de plantas, animais e microrganismos. Dentre os microrganismos destacam-se as leveduras do gênero Kluyveromyces, por assimilarem lactose e inulina, sendo considerados microrganismos seguros (PANESAR; KUMARI; PANESAR, 2010). O uso das enzimas imobilizadas é uma alternativa eficiente em relação ao uso das enzimas livres em processos industriais, que é dificultado devido à instabilidade, o alto custo e a difícil recuperação ao final dos processos. Existem diferentes métodos de imobilização, com destaque para a adsorção física que é considerada uma técnica simples. Dentre os suportes destacam-se as resinas de troca iônica por possibilitar rápido isolamento e separação ao final da reação, diminuindo custos operacionais (SHELDON; VAN PELT, 2013). Assim, o objetivo do trabalho foi imobilizar β-galactosidase de K. lactis em resina Duolite A-568, com intuito de hidrolisar a lactose do permeado de soro de leite. 2 Material e Métodos 2.1 β-galactosidase e suporte para imobilização Utilizou-se a enzima β-galactosidase de K. lactis, Lactozyme 2600 da empresa Sigma Chemical CO (Sigma-Aldrich), na forma líquida com concentração superior a 2600 U.g -1. Para imobilização o suporte utilizado foi a resina de troca iônica Duolite A-568 (Rohm Haas), doada pela Dow Chemical Company. A resina Duolite A-568 é um trocador aniônico fracamente básico e tem como princípio a ligação cruzada fenol-formaldeído. 2.2 Imobilização A imobilização baseou-se na adsorção da enzima na resina de troca iônica Duolite A-568. Uma massa de 0,5 g da resina Duolite A-568, previamente ativada, foi incubada na

3 solução de β-galactosidase preparada em tampão fosfato de sódio 0,8 M em ph 7,3. As amostras foram mantidas em incubadora rotatória a 150 rpm e 25 ± 1 ºC por 1 hora. As condições de imobilização empregadas em relação a temperatura, agitação e massa de resina foram seguidas de acordo com Falleiros et al., (2017). As imobilizações foram conduzidas ofertando 27 U e 54 U e em seguida calculada a atividade recuperada (AR) definida como uma razão entre a atividade observada na enzima imobilizada sobre a atividade da enzima solúvel inicial (SHELDON E VAN PELT, 2013). 2.3 Determinação da atividade enzimática A atividade enzimática foi determinada pelo método das taxas iniciais da reação de hidrólise da lactose em reator de mistura batelada tipo cesta, usando uma solução 50 g.l -1 de lactose (PA) preparado em tampão lático ph 6,5, a 30 C. A unidade de atividade foi U, definida como µmol de glicose produzida por minuto. 2.4 Hidrólise da lactose do permeado de soro de leite Após a determinação da atividade enzimática do biocatalisador imobilizado conforme o item 2.3 foi feita a reutilização desse mesmo biocatalisador para hidrólise da lactose do PS. Foi preparado uma solução de 50 g.l -1 de lactose expressa no PS em tampão lático em ph 6,5 e foi feita a determinação da atividade enzimática. 2 Resultados e Discussão A Tabela 1 apresenta os resultados obtidos da imobilização da enzima comercial Lactozyme em resina Duolite A-568. Tabela 1 - Resultados referentes à imobilização da enzima comercial Lactozyme Amostra 1 Amostra 2 Atividade Inicial (U) 27,00 54,00 Atividade da enzima imobilizada (U)* Atividade Recuperada (%) 19,87 33,10 73,60 61,30 *Atividade enzimática determinada conforme o item 2.2 utilizando solução de Lactose (PA).

4 A atividade recuperada da enzima imobilizada foi de 73,60 e 61,30% para as amostras 1 e 2 respectivamente, a menor atividade recuperada obtida na oferta de 54 U pode ser justificada pela saturação do suporte. De acordo com os resultados da atividade enzimática após a imobilização é possível notar uma redução de 7,13 e 20,90 U de atividade enzimática correspondente às atividades ofertadas de 27 e 54 U, respectivamente, comparando a atividade da enzima solúvel com a atividade da enzima imobilizada. Entretanto, mesmo com essa diminuição na atividade a imobilização em resina de troca iônica se apresentou um método promissor na imobilização de β-galactosidase de K. lactis. Para a oferta de 27 U a atividade recuperada foi de 73,60%, comparando esse valor com Campello et al., (2012) que imobilizou β-galactosidase de K. lactis em Eupergit é possível dizer que o valor alcançado de 73,60% é razoável, pois no trabalho em comparação eles utilizaram uma oferta enzimática muito maior (cerca de 100 vezes) e alcançaram uma atividade recuperada de 85,02%. Depois da determinação da atividade do biocatalisador imobilizado, realizada a partir da hidrólise em solução de lactose (PA) 50 g.l -1, foi feito o reuso da enzima imobilizada para hidrolisar a lactose proveniente do permeado de soro de leite. A atividade enzimática alcançada na condição de reutilização do biocatalisador imobilizado para hidrólise da lactose da solução de permeado de soro de leite preparada em tampão fosfato foi de 13,19 U e 19,90 U para os biocatalisadores 1 e 2, respectivamente. Na Figura 1 pode ser observada uma comparação entre a atividade enzimática inicial do biocatalisador imobilizado e atividade enzimática da reutilização desse biocatalisador para hidrólise da lactose do PS. Figura 1 Comparação entre a atividade enzimática do biocatalisador imobilizado e posteriormente reutilizado para hidrólise do PS. Atividade Enzimática (U) Atividade enzimática na hidrólise de Lactose (PA) Atividade enzimática na hidrólise do PS Amostras Pela figura observa-se que as diferenças entre as atividades enzimáticas foram de 6,82 U para a oferta de 27 U e de 13,20 U para oferta de 54 U. A redução é justificada pela reutilização do biocatalisador na hidrólise da lactose do PS. Após a reutilização, as amostras 1

5 e 2 mantiveram 66 e 60% de atividade, respectivamente, em relação a atividade inicial da hidrólise com solução de lactose (PA). a enzima imobilizada e reutilizada mostrou potencial para hidrólise da lactose do permeado de soro de leite, sendo que a reutilização contribui para redução dos custos, visto que a enzima pode ser utilizada mais de uma vez nos processos. 4 Conclusões Obteve-se da imobilização da Lactozyme uma atividade recuperada de 73,60% para a oferta de 27 U, valor expressivo. Após a reutilização, os biocatalisadores imobilizados mantiveram entre 66 e 60% de atividade, em relação a atividade inicial da hidrólise com solução de lactose (PA). A imobilização agrega valor aos processos industriais e é uma boa alternativa para reutilização na hidrólise do PS conseguindo reduzir custos, aumentar o valor agregado e contribuir para problemas ambientais. 5 Agradecimentos/ Apoio financeiro Os autores agradecem a UFU, CNPQ, CAPES E FAPEMIG pelo apoio financeiro. Referências ALMEIDA, K. N.; ALVIM, T.; SOUZA, A.; LACERDA, G.; ALVIM, F.; ALVIM, J. Hidrólise enzimática da lactose do permeado de soro de leite. Rev. Inst. Laticínios Cândido Tostes, v. 70, n. 2, p , CAMPELLO, G. S.; TRINDADE, R. A.; RÊGO, T. V.; BURKERT, J. F. M.; BURKERT, C. A. V. Immobilization of β-galactosidase from Kluyveromyces lactis on Eupergit C and Properties of the Biocatalyst. International Journal of Food Engineering, v. 8, p. 1-17, FALLEIROS, L. N. S. S.; CABRAL, B. V. FISCHER, J. ; GUIDINI, C. Z. ; CARDOSO, V. L. ; RESENDE, M. M. ; RIBEIRO, E. J. Improvement of recovered activity and stability of the Aspergillus oryzae β-galactosidase immobilized on duolite A568 by combination of immobilization methods.chemical Industry&Chemical Engineering Quarterly, p.1-10, PANESAR, P. S.; KUMARI, S.; PANESAR, R. Potential Applications of Immobilized β- Galactosidase in Food Processing Industries.Enzyme Research, v.2010, 16 p., SHELDON, R. A.; VAN PELT, S. Enzyme immobilisation in biocatalysis: why, what and how. Chemical Society Reviews, v. 42, n. 15, p , USDA, United States Department of Agriculture. Dairy: World Markets and Trade