Efeito da tecnologia de ultrassom na atividade de enzimas comerciais

Abstract

É crescente a utilização de enzimas em diversos segmentos, tais como têxtil, médico, farmacêutico e de alimentos. Reações enzimáticas apresentam alta eficiência, especificidade, não são tóxicas e, portanto, tem grande importância industrial. Entretanto, o uso de enzimas, em larga escala, é limitado devido ao alto custo e baixa estabilidade. A tecnologia de ultrassom vem sendo proposta para modificar o desempenho enzimático, e, portanto, pode ser uma alternativa para minimizar essas limitações. Nesse contexto, esse estudo objetivou avaliar o efeito do ultrassom na atividade de enzimas comercias, visando melhorias no seu desempenho. Para o estudo, utilizou-se um banho ultrassônico operando a 25 kHz (invertase e lipase) e 40 kHz (amiloglicosidade), com potência volumétrica de 22W/L (invertase e lipase) e 9,5W/L (amiloglicosidade). Em um primeiro momento, avaliou-se o efeito do processamento ultrassónico, como um pré-tratamento da amiloglicosidade, na atividade e estabilidade enzimática. A atividade foi avaliada sob condições ótimas e não ótimas de temperatura e pH e sua estabilidade foi avaliada durante o armazenamento a 8 ° C. Para a invertase, foi avaliado o efeito em três situações: a reação (invertase atuando no substrato sob processamento ultrassonográfico), o substrato isolado (sacarose) e a enzima isolada (invertase). O processamento por ultrassom foi realizado sob diferentes condições de pH e temperatura. Por fim, o efeito do ultrassom foi estudado no desempenho da lipase na hidrólise da gordura do leite de cabra. O processamento foi realizado em diferentes condições de temperatura, avaliando o efeito em três abordagens: lipase, creme de cabra e reação. O ultrassom foi capaz de aumentar, reduzir ou não alterar a atividade enzimática da amiloglicosidade, dependendo das condições aplicadas. Em diferentes condições de ultrassom, principalmente a 35 e 65 ° C, a atividade enzimática não se alterou. O aumento da atividade de até 15% ocorreu em condições não ideais de pH e temperatura (pH 3,5 ou 5,5 / 80 ° C). A reação assistida por ultrassom promovida pela invertase foi acelerada em relação ao processamento convencional. Esse processo aumentou a taxa de hidrólise da sacarose em 33% a 40 ° C e 30% a 30 ° C. O ultrassom como método de pré-tratamento não provocou a hidrólise da sacarose, mas reduziu ligeiramente a atividade da invertase, independentemente do pH e da temperatura. Como pré-tratamento, o ultrassom não induziu a hidrólise do creme de cabra, mas aumentou levemente a atividade da lipase (até 12%), dependendo da temperatura e do tempo de processamento. A hidrólise de gordura assistida por ultrassom apresentou maior taxa de conversão (12 - 28%) quando comparada ao processamento convencional em diferentes temperaturas. Portanto, a tecnologia de ultrassom surge como uma alternativa interessante para melhorar o desempenho dessas enzimas e acelerar as reações enzimáticas. Palavras-chave: Enzimas. Ultrassom. Pré-tratamento. Reação assistida. Ativação.

The use of enzymes in several segments is growing, such as textiles, medical, pharmaceutical, food. Enzymatic reactions have high efficiency, specificity, are non- toxic, and therefore have great industrial importance. However, the use of enzymes, on a large scale, is limited due to high cost and low stability. The ultrasound technology has been proposed to modify the enzymatic performance, and, therefore, it can be an alternative to minimize these limitations. In this context, this study aimed to evaluate the effect of ultrasound on the activity of commercial enzymes, in order to improve the performance of these enzymes. For the study, an ultrasonic bath was used, operating at 25 kHz (invertase and lipase) and 40 kHz (amyloglucosidase), with volumetric power of 22.0W/L (invertase and lipase) and 9.5 W/L (amyloglucosidase). At first, the effect of ultrasonic processing, as a pre-treatment of amyloglucosidase, on the enzymatic activity and stability was evaluated. The activity was evaluated under optimal and not optimal conditions of temperature and pH and its stability was evaluated during storage at 8 ° C. For invertase, the effect was evaluated in three situations: the reaction (invertase acting on the substrate under ultrasound processing), the isolated substrate (sucrose) and the isolated enzyme (invertase). Ultrasonic processing was carried out under different pH and temperature conditions. Finally, the effect of ultrasound was studied on the performance of lipase in the hydrolysis of fat from goat's milk. The processing was carried out under different temperature conditions, evaluating the effect in three approaches: lipase, goat cream and reaction. Ultrasound was able to increase, reduce or not change the enzymatic activity of amyloglycosity, depending on the conditions applied. Under different ultrasound conditions, mainly at 35 and 65 ° C, the enzyme activity did not change. The increase in activity (up to 15%) occurred under non-ideal conditions of pH and temperature (pH 3.5 or 5.5 / 80 ° C). The ultrasound-assisted reaction promoted by invertase was accelerated in relation to conventional processing. This process increased the rate of sucrose hydrolysis by 33% at 40 ° C and 30% at 30 ° C. Ultrasound as a pre- treatment method did not promote sucrose hydrolysis, but slightly reduced invertase activity, regardless of pH and the temperature. As a pre-treatment, ultrasound did not induce hydrolysis of the goat's cream, but slightly increased the lipase activity (up to 12%), depending on the temperature and processing time. Ultrasound-assisted fat hydrolysis showed a higher conversion rate (12 - 28%) when compared to conventional processing at different temperatures. Therefore, ultrasound technology appears as an interesting alternative to improve the performance of these enzymes and accelerate enzymatic reactions. Keywords: Enzymes. Ultrasound. Pre-treatment. Assisted reaction. Activation.