Bioprocesso para produção de alfa-galactosidase utilizando vinhaça de soja como subproduto/resíduo industrial

Abstract

Resumo: A ?-galactosidase é uma enzima capaz de degradar oligossacarídeos, tais como estaquiose e rafinose. Tais açúcares não são metabolizados no trato intestinal humano, o que causa uma série de problemas digestivos. Para fins terapêuticos, a adição desta enzima em alimentos ou mesmo seu consumo direto pode eliminar os sintomas de desconforto abdominal. Outra aplicação das ?-galactosidases é para tratamento da doença de Fabry, uma doença genética de caráter hereditário que causa a deficiência ou a ausência da enzima no organismo de seus portadores. Sobre a aplicação industrial, boa parte é utilizada na produção de açúcar de beterraba e também para processos alimentícios envolvendo derivados de soja. Sabe-se que a produção brasileira de soja em 2014 correspondeu a aproximadamente 87 milhões de toneladas, com produtividade média de 2.897 kg/ha segundo o IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (2015). Visando estas aplicações e a fim de encontrar alternativas para sua produção, o presente processo tem por objetivo a produção de ?-galactosidase a partir de vinhaça de soja, um resíduo rico em oligossacarídeos essenciais para a produção enzimática, obtida da fermentação alcoólica de melaço de soja. Tal uso também visa reduzir os impactos ambientais causados pelo descarte ou não aproveitamento deste subproduto da indústria de processamento da soja, já que aproximadamente 260 m³ por dia de vinhaça são gerados a partir de 10 m3 diários de etanol produzidos em uma indústria brasileira processadora destes grãos. Foram realizados ensaios de fermentação por Leuconostoc mesenteroides INRA 23 em frascos de Erlenmeyer. Baseado nos testes de otimização, concluiu-se que a melhor condição para produzir a enzima ?-galactosidase foi a de vinhaça de soja contendo 5,0% (m/v) de rafinose e 0,5% (m/v) de MgSO4.7H2O, a 30ºC e 10% (v/v) de inóculo sob agitação a 120 rpm. Nestas condições obteve-se 7,48 ± 0,47 U/mL de enzima, enquanto que ensaios em biorreator do tipo tanque agitado, com 300 rpm de agitação e aeração de 1 vvm, levaram a uma produção de 8,84 ± 0,05 U/mL, um aumento de 15,38%. A enzima produzida foi extracelular, ou seja, secretada no meio de produção, fato que contribui para a sua separação e purificação, o que certamente é uma vantagem do processo.

Abstract: The ?-galactosidase is an enzyme capable of degrading oligosaccharides, such as stachyose and raffinose. These sugars are not metabolized in the human intestinal tract, which causes a number of digestive problems. As therapeutic purposes, addition of this enzyme in food or even its direct consumption can eliminate these symptoms, not only individuals but also in animals. Another application of ?-galactosidase is for the treatment of Fabry disease in humans, a genetic hereditary disease which causes the deficiency or absence of the enzyme in the organism of its carriers. On industrial application, much is used in sugar beet production and food processes involving soy products. It is known that the Brazilian soybean production in 2014 amounted about to 87 million tons, with average yield of 2897 kg/ha according to the IBGE - Brazilian Institute of Geography and Statistics (2015). Targeting these applications and to find alternatives for their production, this process aims to produce ?-galactosidase from soy vinasse, a residue rich in oligosaccharides essential for enzyme production, obtained from the alcoholic fermentation of molasses soybeans. Such use also aims to reduce the environmental impacts caused by the disposal or non-use of this by-product of soybean processing industry, as about 260 m³ per day of vinasse are generated from daily 10 m3 of ethanol produced in a Brazilian processing industry of these grains. Fermentation experiments were carried out by Leuconostoc mesenteroides INRA 23 in Erlenmeyer flasks. Based on the optimization tests, it was concluded that the best condition to produce the ?-galactosidase was soybean stillage containing 5.0% (w/v) raffinose and 0.5% (w/v) MgSO4.7H2O, at 30°C and 10% (v/v) inoculum with stirring at 120 rpm. Under these conditions yielded 7.48 ± 0.47 U/mL enzyme, while trials in agitated tank type bioreactor with 300 rpm agitation and aeration of 1 vvm, led to a production of 8.84 ± 0, 05 U/mL, an increase of 15.38%. The enzyme was produced extracellular, secreted into the production medium, a fact that contributes to its separation and purification, which is certainly an advantage of the process.