The enzymatic hydrolysis of lactose by β-galactosidase plays an important role in the processing of dairy products, such as the production of milk containing low concentrations of lactose, the prevention of crystallization in dairy products, and the use of galactosyltransferase for synthesizing galacto-oligosaccharides. In this context, this work aims to study how Kluyveromyces strains can be used to produce β-galactosidase from an agro-industrial by-product such as whey. The species studied were K. marxianus (LAMI CE 025, CCA 510, ATCC 36907) and K. lactis(NRRL Y-1564 and Y-4087). This work also aims to investigate the immobilization of the enzyme onto chitosan and determine its properties such as the optimal operating pH and temperature, the thermal stability of the enzyme, the thermal desnaturation
constant, the half-life and the kinetic parameters Km and Vmax using ONPG as substrate of the enzyme β-galactosidase from Kluyveromyces lactis strain NRRL Y1564. K. marxianus LAMI CE 025 and CCA 510 did not consume lactose of the
complex medium. The other strains were studied for β-galactosidase production in whey. The maximum enzymatic activity of 3.7 U/mL was achieved by K. lactis NRRL Y-1564 after 12h of fermentation at 180 rpm and 30ÂC, being selected as a microorganism for β-galactosidase production. The optimal pH for soluble β-gal activity was found to be 6.5 while the optimal pH for immobilized β-gal activity was
found to be 7.0, while the optimal operating temperatures were 50ÂC and 37ÂC, respectively. The soluble and immobilized enzyme showed similar deactivation profiles at 40ÂC. For more than 200 min, both biocatalysts showed the same stability, retaining approximately 50 % of their initial activities. However, However, the immobilized enzyme showed an increased stability (8 times) at 50ÂC. In the lactose hydrolysis at 37ÂC and pH 7.0 by soluble enzyme was observed a conversion of 58.68% using a enzymatic charge of 2.0 U and 17.57% to 0.5 U. The immobilized enzyme was reused for 10 cycles, showing a good operational stability by retaining more than 74% of its initial activity. The immobilized enzyme retained 100% of its initial activity when it was stored at 4ÂC and pH 7.0 for a period of 93 days. The soluble β-galactosidase lost 9.4% of its initial activity when it was stored at the same conditions. According to these results, an alternative culture medium prepared by using deproteinized whey supplemented with yeast extract was efficiently used for the production of β-galactosidase through the cultivation of Kluyveromyces strains. Chitosan activated with glutaraldehyde is a suitable alternative low cost support for β-galactosidase immobilization, providing the immobilized enzyme with higher thermal, operational and storage stabilities in comparison with the soluble enzyme. / A hidrÃlise enzimÃtica da lactose por β-galactosidase desempenha importante papel no processamento de produtos lÃcteos, sendo uma das aplicaÃÃes à obtenÃÃo de leite com lactose reduzida para o consumo por indivÃduos com intolerÃncia à lactose, produÃÃo de cÃpsulas de enzimas para tratamento e a prevenÃÃo da cristalizaÃÃo em produtos lÃcteos. Neste contexto, este trabalho foi desenvolvido visando a seleÃÃo de cepas de Kluyveromyces produtoras da enzima β-galactosidase usando um resÃduo agroindustrial, o soro de leite como meio de cultivo. Inicialmente, realizou-se a seleÃÃo de espÃcies de Kluyveromyces capazes de produzir β-
galactosidase utilizando lactose como fonte de carbono, em meio complexo e posteriormente em soro de leite (50 g/L de lactose) desproteinado e suplementado com extrato de levedura (1 g/L). ApÃs definir a levedura que apresentava maior produÃÃo da enzima de interesse, estudou-se a produÃÃo e a viabilidade de imobilizÃ-la em quitosana. ApÃs, caracterizou-se a enzima solÃvel e imobilizada, consistindo na determinaÃÃo do pH e temperatura Ãtimos, estabilidade tÃrmica, estimativa dos parÃmetros termodinÃmicos e determinaÃÃo dos parÃmetros cinÃticos Km e VmÃx usando como substrato ONPG. As cepas de K. marxianus LAMI CE025 e
CCA 510 nÃo consumiram lactose em meio complexo. As demais cepas foram avaliadas quanto à produÃÃo de β-galactosidase em soro de leite. A atividade mÃxima de 3,7 U/mL foi obtida por K. lactis NRRL Y-1564 apÃs 12 h de cultivo a 180 rpm e 30ÂC, sendo selecionada como micro-organismo para a produÃÃo da β-galactosidase. O pH Ãtimo para a enzima solÃvel e imobilizada foram 6,5 e 7,0, respectivamente, e temperatura Ãtima de 50 e 37ÂC para a β-galactosidase solÃvel e imobilizada, respectivamente. A enzima solÃvel e imobilizada mostrou perfis semelhantes de desactivaÃÃo a 40  C. Durante mais de 200 min, ambos os biocatalisadores mostrou a mesma estabilidade, retendo cerca de 50% da sua
actividade inicial. Entretanto, a 50ÂC, a enzima imobilizada mostrou uma maior estabilidade tÃrmica, sendo 8 vezes mais estÃvel. Os parÃmetros cinÃticos Km e VmÃx foram 3,34 mM e 1,78 mM/min para a β-galactosidase solÃvel comparado com 3,68 mM e 3,38 mM.min para a enzima imobilizada. Na hidrÃlise de lactose utilizando a enzima solÃvel a 37ÂC e pH 7,0 foi verificada uma conversÃo de 30,77% da lactose para a carga de 2,0 U e 9,8% usando 0,5 U. ApÃs o 10 reciclo de uso, a enzima imobilizada reteve 74% da atividade inicial. A β-galactosidase imobilizada, estocada em tampÃo fosfato de potÃssio pH 7,0 a 4ÂC manteve 100% de sua atividade enzimÃtica inicial no perÃodo de 93 dias. A β-galactosidase solÃvel perdeu 9,4% de sua atividade inicial quando foi estocada nas mesmas condiÃÃes. De acordo com os resultados obtidos, o soro de leite mostrou-se uma fonte de carbono alternativa para produÃÃo de β-galactosidase de K. lactis NRRL Y1564 e a quitosana ativada com glutaraldeÃdo à um suporte alternativo adequado de baixo custo para imobilizaÃÃo da
β-galactosidase, proporcionando a enzima imobilizada estabilidades tÃrmicas, operacional e de armazenamento comparado com a enzima solÃvel.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.teses.ufc.br:5779 |
| Date | 24 February 2012 |
| Creators | Ariosvana Fernandes Lima |
| Contributors | Luciana Rocha Barros GonÃalves, Sueli Rodrigues, Maria Valderez Ponte Rocha, Wellington Sabino Adriano, Dasciana de Sousa Rodrigues |
| Publisher | Universidade Federal do CearÃ, Programa de PÃs-GraduaÃÃo em Biotecnologia (Rede Nordeste de Biotecnologia - RENORBIO), UFC, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFC, instname:Universidade Federal do Ceará, instacron:UFC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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