Orientador: Marcelo Cristianini

Texto em português e inglês

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos

Resumo: A homogeneização à alta pressão (HAP) é uma operação unitária capaz de alterar a conformação e, consequentemente a funcionalidade de polissacarídeos,proteínas e enzimas. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da HAP na atividade e estabilidade de cinco enzimas comerciais com...

Resumo: A homogeneização à alta pressão (HAP) é uma operação unitária capaz de alterar a conformação e, consequentemente a funcionalidade de polissacarídeos,proteínas e enzimas. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da HAP na atividade e estabilidade de cinco enzimas comerciais com aplicação na indústria de alimentos (x-amilase de Aspergillus niger, protease neutra de Bacillus subtilis, b-galactosidase de Kluyveromyces lactis, amiloglicosidase de A. niger e glicose oxidase de A. niger). Para cada enzima, a atividade foi avaliada antes e após a HAP (até 200 MPa) em diferentes temperaturas e pH. Além disso, a reversibilidade dos efeitos do processo foi determinada indiretamente através da medida de atividade da enzima após um período de repouso. Os resultados de x-amilase demonstraram que a enzima é altamente estável ao processo de HAP (em pressões de até 150 MPa), independentemente do pH e temperatura de processo e da ausência de cálcio no tampão de diluição da enzima. Os resultados da b-galactosidase, por outro lado, mostraram que a enzima é pouco estável, apresentando redução da atividade (~30%) após HAP a 150 MPa quando processadas em pH não ótimo para atividade da enzima. Os resultados obtidos para a protease neutra, amiloglicosidase e glicose oxidase indicaram que o efeito da HAP foi dependente dos parâmetros utilizados no processo (pH, temperatura e pressão de homogeneização) e das condições utilizadas na medida de atividade (pH, temperatura e tempo de estocagem). Para estas três enzimas, significativos ganhos de atividade e/ou estabilidade foram observados para pelo menos uma das condições avaliadas, sendo que os mais importantes foram: (i) redução da temperatura ótima de atividade da protease neutra de 55 para 20ºC após HAP a 200 MPa, (ii) aumento da atividade da glicose-oxidase à 75ºC após HAP a 150 MPa, (iii) aumento da atividade residual entre 100 e 400% após armazenamento refrigerado de glicose-oxidase homogeneizada em diferentes pressões, (iv) aumento da atividade de amiloglicosidase à 80ºC após a HAP a 100 MPa. A reversibilidade das alterações observadas foi inferida pela avaliação da atividade da enzima após um período de repouso, sendo as alterações determinadas como reversíveis (protease neutra, glicose-oxidase, amiloglicosidase) ou irreversíveis (protease neutra, glicose-oxidase, b-galactosidase) em função dos parâmetros de processo. O efeito de processamentos sequenciais sobre a glicose oxidase, a protease e a amiloglicosidase também foi avaliado e os resultados demonstraram que, para a maioria das condições estudadas, a atividade da enzima se manteve igual à obtida após o primeiro ciclo de homogeneização ou apresentou uma redução. Uma exceção foram os resultados da glicose oxidase homogeneizada a 150 MPa por 3 vezes, que apresentou aumento de atividade de aproximadamente 150% em relação à enzima nativa. A partir dos resultados, conclui-se que o efeito da HAP é diferente para cada enzima e que as maiores alterações ocorrem em condições de atividade não ótima e para enzimas de estruturas mais complexas, como é o caso da glicose oxidase. Os resultados obtidos apresentam aplicação direta, para modificação e melhoria do desempenho de enzimas comerciais, e preenchem uma lacuna científica importante sobre o conhecimento dos efeitos do processo de HAP em enzimas

Abstract: High pressure homogenization (HPH) is a unitary operation capable to alter the conformation and, consequently, the functionality of polyssacharides, proteins and enzymes. This work aimed to study the HPH effects on activity and stability of five commercial enzymes intensively applied in...

Abstract: High pressure homogenization (HPH) is a unitary operation capable to alter the conformation and, consequently, the functionality of polyssacharides, proteins and enzymes. This work aimed to study the HPH effects on activity and stability of five commercial enzymes intensively applied in food industry (x-amylase from Aspergillus niger, b-galactosidase from Kluyveromyces lactis, neutral protease from Bacillus subtilis, amyloglucosidase from A. niger and glucose-oxidase from A. niger). The activity of each enzyme was studied before and after HPH process (up to 200 MPa) at different temperatures and pH. Moreover, the process reversibility was indirectly determined by the activity measured after a rest period under refrigeration (8ºC).The results revealed that x-amylase was highly stable to HPH up to 150 MPa,independent on the pH or temperature used in the HPH process or the presence of calcium in buffer. On the other hand, the results of b-galactosidase indicated that enzyme was partially inactivated (~ 30%) after homogenization at 150 MPa when processed at non optimum pH. The HPH effects on neutral protease, amyloglucosidase (AMG) and glucose oxidase (GO) were dependent on the process parameters (pH, temperature and homogenization conditions) and the activity measurement conditions (pH, temperature and storage time). For these enzymes, it was observed activity and/or stability improvement after some process. The main improvements were: (i) change of the optimum temperature of neutral protease from 55 to 20ºC after HPH at 200 MPa, (ii) improvement of GO activity at 75ºC after HPH at 150 MPa, (iii) enzyme activity improvement between 100 and 400% after GO refrigerated storage, (iv) improvement on amyloglucosidase activity at 80ºC after HPH at 100 MPa. The reversibility of the HPH effects was evaluated after a rest period.The reversibility was dependent on the process parameters; but, in general, neutral protease, GO and AMG were reversible, while the results of neutral protease, GO and b-galactosidase were irreversible. The effects of sequential homogenization processes (sequential passes) on GO, AMG and neutral protease were evaluated and the results showed that the enzyme activity remained equal or reduced after 2 or 3 cycles of homogenization. An exception was the result obtained for GO homogenized at 150 MPa, which showed an activity improvement of 150% after three passes. The results evaluation of this research showed that HPH effects on enzymes were different for each enzyme. The main alterations occured at non optimum condition of enzyme activity and for enzymes with complex structure as the GO. The obtained results can be directly applied for improvement of enzyme industrial production. Also, the results enriched the scientific knowledge about the HPH effects on enzymes