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Utilização da enzima ß-Galactosidase na hidrólise da lactose do leite

VÁRIOS AUTORES

CLAUCIA FERNANDA VOLKEN DE SOUZA

EM 17/05/2016

5 MIN DE LEITURA

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O leite é um alimento de reconhecido valor nutricional por apresentar em sua composição elevada concentração de cálcio e proteínas de valor biológico, além de peptídeos bioativos com ação protetora na saúde humana, tais como antibacteriana, antiviral, antifúngica, antioxidante, anti-hipertensiva e antitrombótica (PEREIRA, 2014).

No entanto, a lactose presente no leite limita o consumo desses produtos por indivíduos que apresentam intolerância à lactose. A intolerância a esse açúcar é devido à diminuição dos níveis da enzima β-galactosidase na parede intestinal. Segundo Mattar e Mazo (2010), no Brasil essa intolerância ocorre em 57% da população de cor branca, 80% dos indivíduos negros, chegando a 100% da população de origem japonesa.

Em virtude dessa problemática, a indústria de laticínios tem investido no desenvolvimento e na modificação de produtos à base de leite (FREITAS et al., 2011). A reação de hidrólise enzimática surge como um dos processos biotecnológicos mais importantes na indústria de alimentos, pelo efeito benéfico na assimilação da lactose, bem como uma possível vantagem tecnológica e ambiental de grande aplicação na indústria (GÜRDAS et al., 2012).

As β-galactosidases usadas em escala industrial devem ser provenientes de micro-organismos Generally Recognized as Safe (GRAS). As enzimas obtidas de fungos filamentosos (Aspergillus oryzae e Aspergillus niger) e de leveduras (Kluyveromyces lactis e Kluyveromyces fragilis) possuem grande potencial comercial. Algumas características importantes para uso da enzima em processos industriais são o pH ótimo de atuação, a termoestabilidade e a elevada atividade enzimática a baixas temperaturas (HUSAIN, 2010).

Com base nisso, o objetivo desse trabalho foi estudar a hidrólise enzimática da lactose do leite empregando duas β-galactosidases comerciais de origem microbiana e avaliar a influência da concentração da enzima e da temperatura na reação.

Material e métodos

O leite em pó utilizado nos ensaios foi reconstituído 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 isso determinou-se a concentração de glicose por meio do kit enzimático Bioliquid. A avaliação estatística foi realizada por meio de Análise de Variância (ANOVA), e verificada a significância dos modelos pelo Teste-F. Nos modelos significativos, as médias foram comparadas entre si pelo Teste de Tukey, ao nível de 95% de significância (p<0,05) utilizando o software Bioestat 5.0.

Resultados e discussão

A Figura 1 apresenta os resultados de hidrólise da lactose do leite, pelas enzimas de A. oryzae e de K. lactis ao longo das 12 horas de reação.


Figura 1. Concentrações de glicose resultantes da hidrólise enzimática da lactose do leite 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).

Comparando o processo de hidrólise a 10ºC e na temperatura ótima de cada uma das enzimas, verificou-se que, nas condições experimentais empregadas, o efeito da variação da temperatura foi mais expressivo para a β-galactosidase de A. oryzae do que para a β-galactosidase de K. lactis. A Figura 1 mostra que a hidrólise da lactose do leite 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 testadas (10 e 37°C).

Em relação à concentração da enzima empregada no processo de hidrólise da lactose, verificou-se que a variação desse parâmetro teve uma maior influência quando utilizada a β-galactosidase de A. oryzae. Para a enzima de K. lactis, os resultados de hidrólise da lactose do leite foram semelhantes, independente da concentração testada.

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 horas, na temperatura ótima, valores próximos a máxima conversão teórica da lactose nos seus respectivos açúcares. Enquanto que para a β-galactosidase 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 aproximadamente 20 g/L de glicose.

A Tabela 1 apresenta os resultados de eficiência de hidrólise da lactose do leite, pelas enzimas de A. oryzae (nas temperaturas de 10 e 55 °C) e de K. lactis (nas temperaturas de 10 e 37 °C) após 2 horas de reação. A eficiência de hidrólise foi avaliada em 2 horas de reação considerando a possível aplicação industrial das enzimas no referido processo.

Tabela 1.
Eficiência da hidrólise da lactose do leite pelas β-galactosidases de A. oryzae e K. lactis nas concentrações de 3, 6 e 9 U/mL em 2 horas de reação.

Para os valores da mesma coluna, letras diferentes representam diferenças estatisticamente significativas (p<0,05).

Observa-se que não há diferença significativa (p<0,05) entre as eficiências de hidrólise da lactose presente no leite, quando foram empregadas concentrações de 6 e 9 U/mL, para ambas as enzimas nas temperaturas ótimas e de 10ºC. Porém, para a concentração de 3 U/mL, a eficiência foi significativamente menor (p<0,05) na maioria das condições avaliadas.

Em 2 horas de reação, para uma mesma concentração de enzima, a β-galactosidase de K. lactis apresentou maior eficiência de hidrólise que a β-galactosidase de A. oryzae. Provavelmente esse resultado ocorreu devido ao pH da matéria-prima. O pH do leite reconstituído utilizado nesse estudo apresentou valores de aproximadamente 6,8. A β-galactosidase de A. oryzae empregada apresenta pH ótimo na faixa de 4,5-5,0 e a de K. lactis entre 7,3-7,7.

As máximas eficiências de hidrólise da lactose, em 2 horas de reação, foram obtidas utilizando a β-galactosidase de K. lactis na temperatura de 37 ºC (Tabela 1). A maior taxa de conversão foi de 73,84% com 9 U/mL de enzima. Para a β-galactosidase de K. lactis, em nenhuma das condições avaliadas, atingiu-se 100% de eficiência de hidrólise (Figuras 1c e 1d).

Conclusão

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 leite que a de A. oryzae. No entanto, nas condições de tempo de reação e concentração enzimática avaliadas, não foram atingidos 100% de hidrólise da lactose utilizando a β-galactosidase de K. lactis.

Referências bibliográficas

Freitas, F. F.; Marquez, L. D. S.; Ribeiro, G. P.; Brandão, G. C.; Cardoso, V. L.; Ribeiro, E. J. A comparison of the kinetic properties of free and immobilized Aspergillus oryzae β – Galactosidase. Biochemical Engineering Journal, v. 58-59, p. 33-38, 2011.

Gürdas S.; Guleç A.; Mutlu M. Immobilization of Aspergillus oryzae β galactosidase onto duolite A568 resin via simple adsorption mechanism. Food Bioprocess Technology, v. 5, p. 904-911, 2012.

Husain, Q. Β-Galactosidases and their potential applications: a review. Critical Reviews in Biotechnology, Boca Raton, v. 30, p. 41-62, 2010.

Mattar, R.; Mazo, D. F. C. Intolerância à lactose: mudança de paradigmas com a biologia molecular. Revista da Associação Médica Brasileira, São Paulo, v. 56, p. 230-236, 2010.

Pereira, P. C. Milk nutritional composition and its role in human health. Nutrition, London, v. 30, p. 619-627, 2014.

Leia também:

Hidrólise enzimática da lactose em soros lácteos utilizando β-galactosidases microbianas


ADRIANO GENNARI

Graduado em Química Industrial, Mestre em Biotecnologia e doutorando do Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia da Universidade do Vale do Taquari - Univates

CLAUCIA FERNANDA VOLKEN DE SOUZA

Professora Titular da Univates, atuando nos Programas de Pós-Graduação em Biotecnologia e Sistemas Ambientais Sustentáveis e nos cursos de Engenharia de Alimentos, Engenharia Química e Química Industrial. Doutora em Biologia Celular e Molecular.

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CLAUCIA FERNANDA VOLKEN DE SOUZA

LAJEADO - RIO GRANDE DO SUL - PESQUISA/ENSINO

EM 06/03/2017

Bom dia Eli Cezar, considerando os cuidados e os controles de processo necessários, não é possível produzir a enzima de forma caseira.

Cordialmente

Dra. Claucia Fernanda Volken de Souza
ELI CEZAR

BELO HORIZONTE - MINAS GERAIS - REVENDA DE PRODUTOS AGROPECUÁRIOS

EM 05/03/2017

Tem como produzir a lactase em casa com apenas a utilização de utensílios domésticos e leite in natura?
CLAUCIA FERNANDA VOLKEN DE SOUZA

LAJEADO - RIO GRANDE DO SUL - PESQUISA/ENSINO

EM 16/01/2017

Boa tarde Eliezer, seguem as referências de alguns artigos que avaliaram isso.

Cordialmente

Dra. Claucia Fernanda Volken de Souza

Optimisation of process conditions for lactose hydrolysis in paneer whey with cold-active ß-galactosidase from psychrophilic Thalassospira frigidphilosprofundus, Vol 66, No 2, May 2013, International Journal of Dairy Technology.

Utilização da ß-galactosidase na Hidrólise da Lactose do Leite em Baixa Temperatura. Campos TCAS, D'Almeida WK, Aragon-Alegro LC, Roig SM, Suguimoto HH / UNOPAR Cient., Ciênc. Biol. Saúde. 2009;11(4):51-4

Immobilization of recombinant thermostable ß-galactosidase from Bacillus stearothermophilus for lactose hydrolysis in milk, Journal of Dairy Science Vol. 92 No. 2. 2009.
ELIEZER CRUZ

PESQUISA/ENSINO

EM 14/01/2017

Boa noite. O uso de lactase em alimentos muito quentes reduz a eficiência para redução do teor de lactose. Existe algum estudo onde é mostra a eficiência em temperaturas extremas (alta e baixa)?    

Grato

Eliezer