Evaluación de un sistema mixto de enzimas para la producción de galactooligosacáridos y ácido glucónico a partir de lactosuero como fuente de lactosa

En Colombia se producen grandes cantidades de lactosuero a partir de la industria quesera. Éste contiene cantidades importantes de nutrientes que podrían ser aprovechados a nivel industrial. Sin embargo, la industria nacional no lo utiliza adecuadamente e incluso lo llega tratar como residuo líquido...

Full description

Autores:
Rico Rodríguez, Fabián
Tipo de recurso:
Doctoral thesis
Fecha de publicación:
2018
Institución:
Universidad Nacional de Colombia
Repositorio:
Universidad Nacional de Colombia
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repositorio.unal.edu.co:unal/63897
Acceso en línea:
https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/63897
http://bdigital.unal.edu.co/64519/
Palabra clave:
66 Ingeniería química y Tecnologías relacionadas/ Chemical engineering
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Ácido glucónico
Sistema multienzimático
Beta-galactosidasa
Glucosa oxidasa
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description En Colombia se producen grandes cantidades de lactosuero a partir de la industria quesera. Éste contiene cantidades importantes de nutrientes que podrían ser aprovechados a nivel industrial. Sin embargo, la industria nacional no lo utiliza adecuadamente e incluso lo llega tratar como residuo líquido. A partir de la lactosa, el principal constituyente del lactosuero, es posible obtener diferentes compuestos de alto valor agregado, por ejemplo, los galactooligosacáridos (GOS), compuestos reconocidos por su actividad prebiótica. En este trabajo se evaluó la producción de GOS a partir de la lactosa presente en el lactosuero, estudiando el efecto de sus constituyentes sobre la β-galactosidasa de Kluyveromyces lactis, enzima encargada de transformar la lactosa en GOS. Además, se planteó como alternativa la implementación de un sistema multienzimático (β-galactosidasa + glucosa oxidasa) en el que se aprovechara la glucosa para producción de ácido glucónico. Adicionalmente, fue evaluado el efecto de los ultrasonidos de potencia (US) sobre la actividad de ambas enzimas. Se encontró que la dosis empleada de β-galactosidasa para incrementar la actividad de transgalactosilación es más baja que aquella para favorecer la hidrólisis. Además, los monosacáridos y minerales como el calcio y el potasio, presentes en el suero, pueden tener un efecto inhibidor sobre la producción de GOS a las concentraciones en que se encuentran en el lactosuero. De otro lado, se encontró que la fuente de lactosa más desfavorable fue el permeado de lactosuero, debido a su alto contenido de minerales. En general, el uso de US no afecta significativamente a la actividad de la β-galactosidasa, pero en el caso de la glucosa oxidasa, su actividad se incrementa hasta ocho veces. Se concluye que, a pesar de que el sistema multienzimático es una estrategia viable para la producción de GOS y ácido glucónico, es necesario eliminar los minerales en el sustrato de partida para evitar reducir la actividad de la enzima y los rendimientos de producción
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A partir de la lactosa, el principal constituyente del lactosuero, es posible obtener diferentes compuestos de alto valor agregado, por ejemplo, los galactooligosacáridos (GOS), compuestos reconocidos por su actividad prebiótica. En este trabajo se evaluó la producción de GOS a partir de la lactosa presente en el lactosuero, estudiando el efecto de sus constituyentes sobre la β-galactosidasa de Kluyveromyces lactis, enzima encargada de transformar la lactosa en GOS. Además, se planteó como alternativa la implementación de un sistema multienzimático (β-galactosidasa + glucosa oxidasa) en el que se aprovechara la glucosa para producción de ácido glucónico. Adicionalmente, fue evaluado el efecto de los ultrasonidos de potencia (US) sobre la actividad de ambas enzimas. Se encontró que la dosis empleada de β-galactosidasa para incrementar la actividad de transgalactosilación es más baja que aquella para favorecer la hidrólisis. Además, los monosacáridos y minerales como el calcio y el potasio, presentes en el suero, pueden tener un efecto inhibidor sobre la producción de GOS a las concentraciones en que se encuentran en el lactosuero. De otro lado, se encontró que la fuente de lactosa más desfavorable fue el permeado de lactosuero, debido a su alto contenido de minerales. En general, el uso de US no afecta significativamente a la actividad de la β-galactosidasa, pero en el caso de la glucosa oxidasa, su actividad se incrementa hasta ocho veces. Se concluye que, a pesar de que el sistema multienzimático es una estrategia viable para la producción de GOS y ácido glucónico, es necesario eliminar los minerales en el sustrato de partida para evitar reducir la actividad de la enzima y los rendimientos de producciónAbstract: Colombia produces high volumes of whey from cheese industry. The later contains important amounts of nutrients which could be better used in industry. However, national industry does not employ it accurately; moreover, it is frequently disposed as a liquid residue. From lactose, the main constituent of whey, it is possible to synthetize different compounds of industrial value, like galactooligosaccharides (GOS), which are recognised due to their prebiotic activity. In this work the GOS production was evaluated from lactose present in whey, to find the effect of their constituents on β-galactosidase from Kluyveromyces lactis, the enzyme which converts lactose into GOS. Also, a multienzymatic system (β-galactosidase + glucose oxidase) was proposed to use the glucose released in GOS reaction to produce gluconic acid. Besides, de effect of power ultrasound (US) on enzymatic activities was also evaluated. Results suggest that dose employed for transgalactosylation is much lower than that one used for hydrolysis. Even more, compounds like monosaccharides, potassium and calcium inhibit GOS production at those levels present in cheese whey. On the other hand, whey permeate was found to exert the highest inhibitory effect on GOS production due to their high content of minerals. In general, US has no significant effect on β-galactosidase activity, nonetheless for glucose oxidase an 8-folded effect on gluconic acid production was found. It is concluded that, despite being a viable strategy for GOS and gluconic acid production, multienzymatic system requires mineral removal from the substrate to avoid enzyme activities and yield reduction.Doctoradoapplication/pdfspaUniversidad Nacional de Colombia Sede Bogotá Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Química y Ambiental Ingeniería QuímicaIngeniería QuímicaRico Rodríguez, Fabián (2018) Evaluación de un sistema mixto de enzimas para la producción de galactooligosacáridos y ácido glucónico a partir de lactosuero como fuente de lactosa. Doctorado thesis, Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá.66 Ingeniería química y Tecnologías relacionadas/ Chemical engineeringGalactooligosacáridosÁcido glucónicoSistema multienzimáticoBeta-galactosidasaGlucosa oxidasaUltrasonidosGalactooligosaccharidesGluconic acidmultienzyme systemBeta-galactosidaseGlucose oxidaseUltrasoundsEvaluación de un sistema mixto de enzimas para la producción de galactooligosacáridos y ácido glucónico a partir de lactosuero como fuente de lactosaTrabajo de grado - Doctoradoinfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_db06Texthttp://purl.org/redcol/resource_type/TDORIGINAL80525886_2018.pdfapplication/pdf3369449https://repositorio.unal.edu.co/bitstream/unal/63897/1/80525886_2018.pdfd892be2677e6b03026acbc8168f53fdbMD51THUMBNAIL80525886_2018.pdf.jpg80525886_2018.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4926https://repositorio.unal.edu.co/bitstream/unal/63897/2/80525886_2018.pdf.jpgb1c685f09fa8978192cb928ccd1d0bc5MD52unal/63897oai:repositorio.unal.edu.co:unal/638972024-05-01 23:11:43.113Repositorio Institucional Universidad Nacional de Colombiarepositorio_nal@unal.edu.co

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