Estratégia de purificação das proteínas α-lactoalbumina e β-lactoglobulina do soro de queijo

Abstract

A extração líquido-líquido convencional, usando soluções aquosas e solventes orgânicos, não é adequada para separar compostos de origem biológica, como proteínas e células, pois a estabilidade destas é baixa em solventes orgânicos. Uma variante da extração líquido-líquido tradicional, compatível com os processos de biosseparações, é a partição em SAB, a qual vem sendo usada com sucesso no isolamento de proteínas e de outras biomoléculas. As técnicas cromatográficas destacam-se também na purificação de biomoléculas, pela sua elevada resolução. Neste trabalho foram utilizadas as técnicas de Cromatografia de Troca Iônica (CTI), Sistemas Aquosos Bifásicos (SAB) e Cromatografia por Exclusão Molecular (CEM) para desenvolver uma estratégia de purificação das proteínas do soro de queijo α- lactoalbumina (α-la) e β-lactoglobulina (β-lg). Na etapa de adsorção foi empregada a cromatografia de toca iônica com a resina Accell Plus QMA ®, ocorrendo uma adsorção seletiva das proteínas α-la e β-lg. Na etapa de pré- purificação das proteínas foi empregado um sistema aquoso bifásico composto por 18% de polietilenoglicol 1500 Da (PEG) + 18% de fosfato de potássio (FFP). Os coeficientes de partição das proteínas mostraram que a α-la migrou para a fase rica em PEG e a β-lg para a fase rica em FFP. Na etapa de polimento foi utilizada a cromatografia por exclusão molecular (CEM) para purificar as proteínas α-la e β-lg presentes, respectivamente, nas fases polimérica e salina do sistemas aquosos bifásicos compostos por PEG + água + FFP. As soluções aquosas provenientes da CEM, contendo α-la e β-lg foram então liofilizadas, obtendo-se uma pureza de 93% para α-la e 97% para β-lg, com rendimentos aproximados de 47% e 65% para α-la e β-lg, respectivamente. Por fim um estudo financeiro preliminar para a implantação de uma unidade de purificação destas proteínas apresentou um elevado grau de atratividade do projeto com uma taxa de retorno de capital (TRC) inferior a três anos e uma taxa interna de retorno (TIR) superior a 35%.

Committee Members: Luis Antonio Minim and José Antonio Marques Pereira. Convectional liquid-liquid extraction based on partition between an aqueous phase and water-immiscible organic solvent is not appropriate for biomolecules separation, such as proteins, due to its low stability in organic solvents. An alternative is the partitioning using ATPS, which has been applied recently with success for isolation of proteins and other biomaterials. The strategy developed for purification whey proteins α-lactalbumin (α-la) e β-lactoglobulin (β-lg) employed a combination of ion exchange chromatography, aqueous two-phase system and size exclusion chromatography (SEC) techniques. In the stage of adsorption ion exchange chromatography was used with Accell Plus QMA ® resin. A selective adsorption of the proteins α-la and β- lg was verified. Aqueous Two-Phase Systems (ATPS) composed by 18% (w/w) polyethylene glycol 1500 Da (PEG) + 18% (w/w) potassium phosphate (FFP) was used in intermediary purification stage. The proteins α-la and β-lg were satisfactorily separated in aqueous two-phase systems. Practically all β-lg remained in the saline phase, and α-la was largely transferred to the polymeric phase. Size exclusion chromatography (SEC) was used in the polish stage to purify the whey proteins α-la and β-lg present, respectively, in the polymeric and saline phases of aqueous two-phase systems, composed by 18% (w/w) PEG 1500 Da + 18% (w/w) (FFP). The yield and purity from whey proteins was approximately 93% and 47% and 97% and 65% to α-la and β-lg, respectively. To conclude the study, a preliminary financial analysis was accomplished for the implantation of a unit proteins purification. This study showed high attractiveness of the project, presented a return of investment inferior to three years and a return internal rate superior to 35%.