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Tipo: Dissertação
Título: Biocatalisadores sintetizados a partir de β-galactosidase de Kluyveromyces lactis imobilizada em suportes revestidos com polietilenimina (PEI) e sua aplicação na síntese de prebióticos
Autor(es): Girão Neto, Carlos Alberto Chaves
Orientador: Rocha, Maria Valderez Ponte
Coorientador: Gonçalves, Luciana Rocha Barros
Palavras-chave: β-galactosidase;Imobilização;Polietilenimina (PEI);Lactulose - Soro de leite
Data do documento: 2020
Citação: GIRÃO NETO, C. A. C. Biocatalisadores sintetizados a partir de β-galactosidase de Kluyveromyces lactis imobilizada em suportes revestidos com Polietilenimina (PEI) e sua aplicação na síntese de prebióticos. 2020. 65f. Dissertação (mestrado) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Fortaleza, 2020.
Resumo: A intolerância à lactose é uma condição que afeta milhares de pessoas atualmente, e o aumento na incidência de casos de intolerância tem despertado o interesse das indústrias de alimentos em desenvolverem produtos free lactose. Com isso, o uso de enzimas imobilizadas para a obtenção desses produtos apresenta-se como uma alternativa atrativa do ponto de vista industrial, principalmente devido à possibilidade de reutilização desses biocatalisadores. Dentre as enzimas capazes de catalisar essas reações, podemos citar as β-galactosidases. Além de hidrolisar a lactose, essas enzimas são responsáveis também por produzir açúcares com função prebiótica, como por exemplo a lactulose, um prebiótico amplamente utilizado para o tratamento de constipação crônica e encefalopatia hepática. A produção enzimática de prebióticos, quando comparada à produção química atualmente utilizada pelas indústrias, apresenta certas vantagens, como alta especificidade e seletividade das enzimas ao substrato, além destas serem biodegradáveis, o que torna esse processo mais quimicamente verde. Em adição, as reações catalisadas por enzimas são geralmente conduzidas em condições brandas, minimizando assim a degradação do produto e reduzindo o gasto energético do processo. Estratégias de imobilização utilizando suportes revestidos com polímeros multifuncionais apresentam certas vantagens, tais como promoção de maior estabilização enzimática, principalmente de enzimas multiméricas, como as β-galactosidases, além de prolongar a vida útil dos biocatalisadores e protegê-los contra variações ambientais. Além disso, o uso dessas estratégias pode melhorar substancialmente os parâmetros de imobilização e, consequentemente, a eficiência dos processos enzimáticos. Portanto, o objetivo deste trabalho foi avaliar a utilização de suportes de quitosana-glutaraldeído e glioxil-agarose não revestidos e revestidos com polietilenimina (PEI) para imobilização de β-galactosidase de Kluyveromyces lactis e aplicar os biocatalisadores obtidos na hidrólise da lactose e síntese de prebióticos, utilizando o soro de leite como matéria-prima. Os suportes de agarose revestidos com PEI apresentaram um melhor desempenho para imobilizar a β-galactosidase. Além disso, esses biocatalisadores foram eficientes na hidrólise da lactose e na produção de prebióticos, alcançando mais de 90% de conversão de lactose e produção máxima de lactulose de 7,02 ± 0,02 g/L e 11,31 ± 1,60 g/L para os biocatalisadores Qui_Glu_PEI_Gal e Aga_Gli_PEI_Gal, respectivamente. Entretanto, os biocatalisadores obtidos com os suportes revestidos com PEI apresentaram menor estabilidade térmica a 50 °C e baixa estabilidade operacional, fato explicado pela interação entre a enzima e o suporte ser do tipo adsorção. A síntese de lactulose usando o soro de leite como matéria-prima mostrou-se eficaz, atingindo uma produção máxima de 7,60 ± 0,4 g/L para o biocatalisador Qui_Glu_PEI_Gal e 13,90 ± 0,96 g/L para o biocatalisador Aga_Gli_PEI_Gal, apresentando-se como uma alternativa industrialmente promissora para a produção de prebióticos e ecologicamente sustentável por reduzir o impacto ambiental causado pelo descarte direto desse resíduo no meio ambiente.
Abstract: Lactose intolerance affects thousands of people nowadays, and the increase in the incidence of cases of intolerance has awakened the interest of the food industries to develop free lactose products. Thus, the use of immobilized enzymes to obtain these products is an attractive alternative from an industrial point of view, mainly due to the possibility of their reuse. β-galactosidases are able to catalyze these reactions. In addition to hydrolyzing lactose, these enzymes are also responsible for producing sugars with prebiotic function, such as lactulose, a prebiotic widely used for the treatment of chronic constipation and hepatic encephalopathy. Enzymatic prebiotics production, when compared to chemical production currently used by industries, has certain advantages such as high specificity and selectivity of enzymes to the substrate, besides being biodegradable, which makes this process greener. Besides, enzyme-catalyzed reactions are generally conducted under mild conditions, thus minimizing product degradation and reducing process energy expenditure. Immobilization strategies using multi-functional polymer coated supports have certain advantages, such as promoting greater enzymatic stabilization, especially of multimeric enzymes, such as β-galactosidases, as well as extending the life of biocatalysts and protecting them against environmental variations. Moreover, these strategies can substantially improve the immobilization parameters and, consequently, the efficiency of enzymatic processes. Therefore, the aim of this work was to evaluate the use of chitosan-glutaraldehyde and glyoxyl-agarose supports uncoated and coated with polyethylenimine (PEI) to immobilize β-galactosidase from Kluyveromyces lactis and apply the obtained biocatalysts in the hydrolysis of lactose and synthesis of prebiotics, using whey as feedstock. PEI-coated agarose supports performed better to immobilize β-galactosidase. Besides that, these biocatalysts were efficient in the hydrolysis of lactose and prebiotic production, achieving over 90% lactose conversion and maximum lactulose production of 7.02 ± 0, 02 g/L and 11.31 ± 1.60 g/L for the Qui_Glu_PEI_Gal and Aga_Gli_PEI_Gal biocatalysts, respectively. However, biocatalysts obtained using PEI-coated supports showed lower thermal stability at 50 °C and low operational stability, a fact explained by the interaction between the enzyme and the support being of the adsorption type. The lactulose synthesis using whey as feedstock was very effective, reaching a maximum lactulose production of 7.60 ± 0.4 g/L for the biocatalyst Qui_Glu_PEI_Gal and 13.90 ± 0.96 g/L for the Aga_Gli_PEI_Gal biocatalyst, proving to be an industrially promising alternative for the production of prebiotics and ecologically sustainable because it reduces the environmental impact caused by the direct disposal of this waste in the environment.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/53763
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