Desarrollo de biocatalizadores inmovilizados y su aplicación en la industria alimentaria y ambiental

Fil: Ramírez Tapias, Yuly Andrea. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología. Instituto de Microbiología Básica y Aplicada; Argentina. Fil: Ramírez Tapias, Yuly Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. La tecnología enzimática es un pilar fundamental de la biotecnología industrial, su propósito es el diseño y desarrollo de nuevos productos y procesos en un marco de sustentabilidad, partiendo de la aplicación de enzimas como agentes catalíticos, aplicados en diversos procesos industriales del sector energético, textil, farmacéutico y los diferentes segmentos de la industria de alimentos. En este sentido, la inmovilización enzimática se basa en asociar el biocatalizador a un soporte o matriz insoluble para obtener un sistema heterogéneo de reacción y que el biocatalizador pueda ser reusado en reacciones sucesivas bajo condiciones fisicoquímicas que le preserven la estabilidad. En el presente trabajo se propone el desarrollo de un biocatalizador inmovilizado con actividad poligalacturonasa para su utilización en industria de alimentos para la clarificación de jugos de fruta y en procesos de remediación ambiental para la degradación de subproductos frutihortículas. El diseño del bioproceso incluyó la selección del microorganismo con mayor actividad enzimática, la optimización de las condiciones de fermentación y formulación de medio de cultivo, la inmovilización enzimática que permitiera máxima actividad y estabilidad catalítica y el diseño del biorreactor para su aplicación en clarificación de jugos y tratamiento de residuos. Mediante técnicas de screening de diferentes cepas bacterianas, se seleccionó a Streptomyces halstedii ATCC 10897 por su elevada producción extracelular de la enzima de interés. El cultivo celular a escala de matraz se optimizó en cuanto a condiciones de pH, agitación, temperatura y condiciones nutricionales, específicamente de fuente de carbono y nitrógeno orgánico. La productividad del cultivo permitió cosechar a tiempos cortos, se propuso una ruta de recuperación y purificación de la proteína mediante técnicas de precipitación por salado y ultrafiltración, el estudio de las características bioquímicas de la poligalacturonasa sugiere una estructura monomérica con peso molecular aproximado de 48 kDa, características de estabilidad a diferentes condiciones térmicas y en un amplio rango de pH en la región alcalina, así como tolerancia a solventes orgánicos y estrés iónico. La inmovilización enzimática por unión covalente al soporte glioxil-agarosa, permitió obtener un biocatalizador que permitió altos rendimientos en la reacción y con elevada estabilidad. El atrapamiento de la poligalacturonasa en matrices poliméricas resultó en un biocatalizador con mejores propiedades cinéticas. Se diseñó un biorreactor de lecho percolado empacado con el biocatalizador heterogéneo inmovilizado en partículas de agar bacteriológico, se determinaron mínimas barreras difusionales para la reacción en el biorreactor y éste fue aplicado para la hidrólisis de pectina presente en residuos frutihortícolas. Finalmente, en el presente trabajo se propone un diseño de un bioproceso para el desarrollo de biocatalizadores con actividad poligalacturonasa para la hidrólisis enzimática de compuestos pécticos y su aplicación en procesos de industria alimentaria y ambiental.