Diseño de biocatalizadores para su aplicación en la industria alimenticia

Abstract

Históricamente las tecnologías basadas en enzimas han sido relevantes en numerosos campos científicos como una alternativa a métodos convencionales. En este contexto, la inmovilización enzimática aparece como una herramienta clave para superar las desventajas asociadas al uso de enzimas libres por lo que es actualmente considerada un proceso estándar y común para la fabricación de muchos productos asociados a diferentes industrias. Así, el objetivo de este trabajo fue el desarrollo y caracterización de sistemas enzimáticos basados en lipasas y nanopartículas magnéticas y su aplicación en la generación de productos para la industria alimenticia. Las diferentes metodologías de inmovilización se abordaron empleando diseños experimentales para evaluar la influencia de las variables involucradas y optimizar el proceso. Se estudió la inmovilización por unión covalente de una lipasa de Candida rugosa (CRL) sobre MgFe2O4, el cual fue funcionalizado con APTES y glutaraldehído. Las condiciones óptimas fueron: pH: 3,7; concentración de lipasa: 1,1 mg/mL; temperatura: 4ºC; fuerza iónica: 100 mM; obteniendo 3,2 veces más actividad en relación a las condiciones iniciales. El uso del biocatalizador en reacciones consecutivas fue afectado por el solvente de lavado, con una retención de más de 50% de actividad luego del 10º ciclo cuando se empleó el buffer de reacción. La enzima inmovilizada mostró además potencial para reacciones de hidrólisis y transesterificación, así como en el enriquecimiento del contenido de ácidos grasos poliinsaturados en aceite de pescado. La adsorción de enzimas sobre los soportes también fue estudiada. Inicialmente, se optimizó la composición del medio de cultivo la producción de enzimas lipolíticas a partir de la cepa Bacillus sp. Mcn4: sacarosa 5 g/L, peptona 7,5 g/L, CaCl2 0,05 M. Se realizó un análisis preliminar de la inmovilización del extracto libre de células sobre Ca2Fe2O5; las variables significativas en el proceso fueron: temperatura, pH, fuerza iónica, cantidad de soporte y tritón X100. Para indagar en la interacción proteína-soporte, ambos óxidos se emplearon como plataformas para la adsorción de CRL mostrando diferentes comportamientos en los parámetros asociados a la inmovilización bajo diferentes condiciones de fuerza iónica y pH. Se observó una significativa hiperactivación enzimática a pH ácidos (3-4) y valores de fuerza iónica cercanos a 150 mM, registrando una actividad recuperada de hasta un 2000% mayor a la esperada. El análisis espectroscópico sugirió que los residuos aromáticos, en especial fenilalanina, cumplieron un rol importante durante la inmovilización, favoreciendo así la ocurrencia de interacciones del tipo hidrofóbicas. El aceite de pescado enriquecido catalíticamente fue encapsulado empleando matrices de alginato y el polímero extraído del exudado gomoso de Prosopis nigra (PN-biopolímero). Se emplearon dos metodologías de encapsulación: gelación externa e inversa. El PN-biopolímero mostró muy buenas propiedades antioxidantes y como agente emulsionante, apropiadas para su aplicación en la encapsulación de compuestos lábiles. Mostró jugar un papel clave durante el proceso de encapsulación permitiendo un entrecruzamiento ordenado de la red de alginato por estabilización de la emulsión. Particularmente, durante la gelación inversa cumplió además un excelente rol como agente espesante y mostró ejercer cierto control sobre la liberación de iones calcio durante la gelación.