Porungo cheese whey : β-galactosidase production, characterization and lactose hydrolysis

Abstract

This study evaluated the lactose hydrolysis by immobilized β-galactosidase, which was produced by Kluyveromyces marxianus using porungo cheese whey as substrate. Initially, the yeast was cultivated in porungo cheese medium at 30 °C and 200 rpm, showing a maximal β-galactosidase production of 14.19 U mL-1. The crude extract obtained was used to evaluate the enzymatic hydrolysis in lactose solution. The optimal pH and temperature of the free and immobilized enzyme was investigated, whereas the lactose hydrolysis was carried out using two enzyme solutions (total activities of 2 U and 6 U) for both forms of the biocatalyst. Ca-alginate immobilization of β-galactosidase increased optimal temperature range to 40 °C, compared to the value for the free enzyme, which was 37 °C. The optimal pH was also increased by immobilization to 7.0, from pH 6.5 observed for the free enzyme. The highest lactose hydrolysis conversion was 15.82% using 6 U of free enzyme and 13.77% for 2 U of immobilized enzyme. Although, free enzyme showed higher conversion rates in the initial reaction time, the immobilized enzyme kept operational stability throughout reaction time, suggesting the advantage of using this technology. The use of porungo cheese whey allowed to aggregate value to this agro-industrial by-product, with the concomitant production of β-galactosidase to be used in the food industry chain itself.

Este trabalho analisou a hidrólise da lactose por β-galactosidase imobilizada, produzida por Kluyveromyces marxianus, utilizando soro de queijo porungo como substrato. Inicialmente, a levedura foi cultivada em meio soro de queijo porungo, nas condições de 30 °C e 200 rpm, apresentando produção máxima de β-galactosidase de 14,19 U mL-1. O extrato bruto obtido foi utilizado para avaliar a hidrólise enzimática em solução de lactose. O pH e a temperatura ótimos da enzima livre e imobilizada foram investigados, e a hidrólise da lactose foi realizada utilizando duas soluções enzimáticas (atividades totais de 2 U e 6 U) para ambas as formas do biocatalisador. A imobilização de β-galactosidase com alginato de cálcio aumentou a faixa de temperatura ótima para 40 °C, em comparação com a faixa de temperatura ótima da enzima livre, que foi de 37 °C. O pH ótimo também foi aumentado com o uso da imobilização quando comparado ao pH ótimo da enzima livre, alcançando pH 7,0 frente ao pH 6,5 observado para a enzima livre. A maior conversão de hidrólise de lactose foi de 15,82% usando 6 U de enzima livre e 13,77% para 2 U de enzima imobilizada. Embora a enzima livre tenha apresentado maiores taxas de conversão no tempo inicial de reação, a enzima imobilizada manteve estabilidade operacional ao longo do tempo de reação, sugerindo a vantagem do uso desta tecnologia. O uso do soro de queijo porungo permite agregar valor a esse subproduto agroindustrial com a concomitante produção de β-galactosidase para uso na própria cadeia da indústria alimentícia.