Hidrólise enzimática da lactose em soros lácteos

Soros lácteos, tais como o soro de queijo e o permeado de soro, são subprodutos do processamento dos derivados do leite e vêm sendo amplamente utilizados na elaboração de novos produtos, devido as suas composições de lactose, proteínas, vitaminas e sais minerais.

• Vantagens da aplicação do soro de leite na formulação de produtos alimentícios

Além das propriedades nutricionais, as proteínas dos soros conferem propriedades tecnológicas benéficas quando utilizadas como ingredientes de alimentos (Antunes, 2003). No entanto, a lactose presente nos soros limita o consumo desses produtos por indivíduos que apresentam intolerância a este açúcar, a qual atinge cerca de 70% da população mundial adulta (Mattar e Mazo, 2010).

Em função disso, a indústria de alimentos busca o desenvolvimento de produtos com baixo teor ou livre de lactose. Assim, a hidrólise enzimática desse açúcar a partir da enzima β-galactosidase, surge como um importante processo biotecnológico com aplicação na indústria de laticínios.

Esta aplicação leva a melhoria das propriedades sensoriais e tecnológicas dos produtos finais, tais como maior doçura, maior solubilidade e redução do período de fermentação (Husain, 2010).

Além disso, a hidrólise enzimática da lactose dos soros lácteos viabiliza os processos de biorremediação e de produção de biomoléculas e biomassa empregando esses soros como meios de cultivos, uma vez que seus descartes inadequados constituem um grave problema ambiental (Koutinas et al., 2009).

As β-galactosidases usadas em escala industrial devem ser provenientes de microrganismos Generally Recognized as Safe (GRAS). As características importantes para uso da enzima em processos industriais são a termoestabilidade e a elevada atividade enzimática a baixa temperatura, possibilitando sua aplicação em condições que não alteram as características sensoriais e nutricionais do leite e de seus derivados (Husain, 2010; Mlichová e Rosenberg, 2006).

Nesse contexto, o objetivo desse trabalho foi avaliar a influência da concentração enzimática, da temperatura e do tempo de reação no processo de hidrólise da lactose presente no soro de queijo e no permeado de soro empregando duas β-galactosidases comerciais de origem microbiana.

O soro de queijo e o permeado de soro em pó foram reconstituídos a 5% (m/v) de lactose. Os processos de hidrólise enzimática foram realizados empregando concentrações de 3, 6 e 9 U/mL da β-galactosidase de Aspergillus oryzae ou de Kluyveromyces lactis nas temperaturas de 10 e 55 °C para a enzima de A. oryzae e de 10 e 37 °C para a β-galactosidase de K. lactis.

Após 0, 1, 2, 4, 8 e 12 horas de reação de hidrólise coletaram-se amostras que foram submetidas a aquecimento a 100 °C em banho-maria por 10 minutos para inativação da enzima e após determinou-se a concentração de glicose através do kit enzimático Bioliquid.

As figuras 1 e 2 apresentam os resultados de hidrólise da lactose do soro e do permeado, respectivamente, pelas enzimas de A. oryzae (10 e 55 °C) e de K. lactis (10 e 37 °C) ao longo das 12 horas de reação.

Os processos de hidrólise da lactose do soro e do permeado foram realizados em baixa temperatura (10 ºC) para ambas as enzimas, visando não alterar as características sensoriais e nutricionais dos soros lácteos. Também foi avaliado o efeito da temperatura ótima de atividade enzimática de cada uma das β-galactosidases comerciais, A. oryzae (55 °C) e K. lactis (37 °C), no processo de hidrólise.

As figuras 1 e 2 mostram que a hidrólise da lactose do soro e do permeado pela enzima de A. oryzae foi superior na temperatura ótima em relação à de 10 °C, já para a enzima de K. lactis as concentrações de glicose geradas a partir da hidrólise da lactose são semelhantes em ambas as temperaturas (10 e 37 °C), independente da matéria-prima.

Figura 1. Concentrações de glicose resultantes da hidrólise enzimática da lactose do soro de queijo pelas enzimas β-galactosidases de A. oryzae: (a) 10 °C, (b) 55 °C e de K. lactis: (c) 10 °C, (d) 37 °C. A linha pontilhada em cada gráfico indica a concentração de glicose correspondente à conversão teórica máxima de lactose (CTM).



Figura 2. Concentrações de glicose resultantes da hidrólise enzimática da lactose do permeado de soro pelas enzimas β-galactosidases de A. oryzae: (a) 10 °C, (b) 55 °C e de K. lactis: (c) 10 °C, (d) 37 °C. A linha pontilhada em cada gráfico indica a concentração de glicose correspondente à conversão teórica máxima de lactose (CTM).

Em relação à concentração da enzima empregada no processo de hidrólise, verificou-se que a variação desse parâmetro teve uma maior influência quando utilizada a β-galactosidase de A. oryzae, independente da matéria-prima estudada.

Para a enzima de K. lactis, os resultados de hidrólise da lactose apresentaram o mesmo comportamento da β-galactosidase de A. oryzae apenas quando utilizado o permeado como substrato. Para o soro os resultados de hidrólise foram semelhantes, independente da concentração da enzima de K. lactis testada.

A concentração da enzima influencia diretamente na hidrólise da lactose, como já observado em outros trabalhos (Horner et al., 2011; Akgül et al., 2012). Horner et al. (2011) avaliaram a hidrólise da lactose de leite cru e pasteurizado empregando quatro β-galactosidases comerciais de Kluyveromyces na temperatura de 2 ºC durante 72 h. Os autores observaram que o aumento de quatro vezes na concentração da enzima dobrou a concentração de lactose hidrolisada no leite após 12 h de reação.

Nas figuras 1 e 2 observa-se que para a β-galactosidase de A. oryzae as concentrações de glicose aumentaram gradualmente ao longo de todo o período de hidrólise, atingindo em 12 h, na temperatura ótima, valores próximos a máxima conversão teórica da lactose.

Enquanto para a enzima de K. lactis verifica-se um aumento gradual da concentração de glicose nas primeiras duas horas de reação e após permaneceu praticamente constante ao longo do tempo de processo avaliado, atingindo valores de cerca de 20 g/L de glicose.

O grau de hidrólise obtido no presente estudo foi superior ao descrito por Haider e Husain (2009), que avaliaram o processo de hidrólise da lactose presente no soro empregando a β-galactosidase de A. oryzae, na temperatura de 37 ºC, na concentração de 0,44 U/mL. Os autores observaram uma hidrólise máxima de 70% após 3 h de reação.

Os resultados obtidos indicam que na temperatura de 10 ºC a enzima β-galactosidase de K. lactis é mais eficiente para a hidrólise da lactose presente no soro de queijo e no permeado de soro que a de A. oryzae. No entanto, nas condições de tempo de reação e concentração enzimática avaliados, não foram atingidos 100% de hidrólise da lactose utilizando a β-galactosidase de K. lactis.

A hidrólise total da lactose presente no soro e no permeado foi obtida pela enzima de A. oryzae quando empregada sua temperatura ótima (55 ºC), ao final de 12 h de reação, independente da concentração enzimática utilizada.

Referências 

Akgül BF, Demirhan E, Özbeck B. 2012. A Modelling study on skimmed milk lactose hydrolysis and β-Galactosidase stability using three reactor types. Int J Dairy Technol 65:217-231.

Antunes AJ. 2003. Funcionalidade de proteínas do soro de leite bovino. São Paulo: Manole. 135p.

Haider T, Husain Q. 2009. Immobilization of β-galactosidase by bioaffinity adsorption on concanavalin A layered calcium alginate–starch hybrid beads for the hydrolysis of lactose from whey/milk. Int Dairy J 19:172–177.

Horner TW, Dunm ML, Eggett DL, Ogden LB. 2011. β-galactosidase activity of commercial lactase samples in raw and pasteurized milk at refrigerated temperatures. J Dairy Sci 94:3342-3349.

Husain Q. 2010. β-Galactosidases and their potential applications: a review. Crit Rev Biotechnol 30:41-62.

Koutinas AA, Papapostolou H, Dimitrellou D, Kopsahelis N, Katechaki E, Bekatorou A, Bosnea LA. 2009. Whey valorisation: A complete and novel technology development for dairy industry starter culture production. Bioresour Technol 100:3734–3739.

Mattar R, Mazo DFC. 2010. Intolerância à lactose: mudança de paradigmas com a biologia molecular. Rev Assoc Méd Bras 56:230-236.

Mlichová Z, Rosenberg M. 2006. Current trends of β-galactosidase application in food technology. J Food Nutrit Res 5:47-54.