Utilización del suero de requesón para la obtención de galactooligosacáridos utilizando β-galactosidasas Público Deposited
Requeson cheese whey is a secondary whey obtained as a waste product the processing of requeson cheese. Considering its rich composition, it could serve as a source of valuable compounds, such as lactose. Despite being known as a serious pollutant from the dairy industry, there are no reports in Mexico of its recovery and processing or as an added-value product, creating an environmental challenge. Therefore, this project aimed at studying its use as a substrate for preparation of galactooligosaccharides (GOS) through enzyme catalyzed transgalactosylation reactions using β-galactosidases (β-GAL) from different origins. In the first stage of the project, the requeson whey was physicochemically characterized to determine its composition, obtaining a lactose concentration within the range reported for whey (5.23%), along with a very low protein concentration (0.03%). Subsequently, the four selected β-GAL were studied for their transgalactosylation activity, using an 18% (w/v) lactose aqueous medium. It was found that the β-GAL from Escherichia coli and Kluyveromyces lactis produced total GOS with the lowest yields during the first 6 h. Those β-GAL were not included in the further study. The highest transgalactosylation activity was shown by the recombinant GLY 001-02 followed by the β-GAL from Aspergillus oryzae with a maximum of total GOS at 30 h of 66.64±0.02% and 47.20±0.01%, respectively, during at 36 h experiment. Once the production time was optimized, the reaction was carried out using concentrated requeson cheese whey with 18% (w/v) of lactose, and GLY 001-02 which resulted in GOS production with yield at 44±0.00% at 24 h. Comparable results were obtained for β-GAL from A. oryzae (43.28±0.02%). Finally, the central composite design was used to optimize other parameters of the enzymatic reaction such as temperature and substrate concentration. It was found that 84 °c and 23% lactose yielded 58.41% GOS in transgalactosylation reaction catalyzed by GLY 001-02, while 52.5 °c and 22.73% lactose were optimum parameters for the syntesisi of GOS using β-GAL from A. oryzae (45.20%). Conversions obtained in wet experiments correlated well with the central design (61.56 and 44.35% yields for GLY 001-02 y A. oryzae, respectively). In conclusion requesón cheese whey can be used as a substrate for the production of GOS, using β-GAL from A. oryzae or the recombinant enzyme GY 001-02, highlighting that yields above 40% were obtained.
El suero de requesón es un suero secundario obtenido como subproducto en la elaboración de requesón. Teniendo en cuenta que contiene nutrientes valiosos, este podría servir como fuente de compuestos, como la lactosa. Sin embargo, en México no se tienen reportes sobre su utilización en algún proceso o producto de valor agregado, siendo uno de los subproductos de la industria láctea más contaminantes, plantea un desafío ambiental y representa un costo significativo para su correcta eliminación. Por lo tanto, en el presente estudió se evalúo su uso como sustrato para la obtención de galactooligosacáridos (GOS) empleando β-galactosidasas (β-GAL) de diferentes orígenes, que catalizan la reacción de transgalactosilación. En la primera etapa del proyecto se caracterizó fisicoquímicamente el suero de requesón para conocer la composición del sustrato a emplear, obteniendo una concentración de lactosa dentro del rango reportado para lactosuero (5.23%), además de una concentración muy baja de proteínas (0.03%). Posteriormente, se estudió la actividad de transgalactosilación de las cuatro β-GAL empleadas en un medio acuoso de lactosa al 18% (p/v), obteniendo en las primeras 6 h de reacción que las β-GAL con menor rendimiento de GOS totales fueron las provenientes de Escherichia coli y Kluyveromyces lactis, descartando su utilización en la siguiente etapa. En esta siguiente etapa, la reacción se llevó a cabo durante 36 h, trabajando solamente con las enzimas de mayor rendimiento, la recombinante GLY 001-02 y la β-GAL de Aspergillus oryzae mostrando un máximo de GOS totales a las 30 h de 66.64±0.020% y 47.20±0.015%, respectivamente. Teniendo a GLY 001-02 como la enzima de mayor rendimiento a las 6 y 30 h. Una vez obtenido el tiempo de máxima producción, se llevó a cabo la reacción empleando el suero de requesón concentrado a 18% de lactosa, obteniendo un rendimiento en la producción de GOS de 44±0.005% a las 24 h por parte de GLY 001-02. Por su parte la β-GAL de A. oryzae presentó un rendimiento de 43.28±0.024% en el mismo tiempo de reacción. En la última etapa, se llevó a cabo la optimización de la reacción de transgalactosilación mediante la utilización del diseño central compuesto, cambiando los parámetros de temperatura y concentración de lactosa. De esta forma, los parámetros obtenidos para la síntesis óptima de GOS para GLY 001-02 fueron 23% de lactosa a 84 °C, arrojando un rendimiento del 58.41% y para la β-GAL de A. oryzae se obtuvo el óptimo en 22.73% de lactosa a 52.5 °C, con un rendimiento de 45.20%. Al comprobar los parámetros óptimos se logró un rendimiento real de 61.56% para GLY 001-02 y del 44.35% para la β-GAL de A. oryzae. Finalmente concluimos que el suero de requesón puede ser aprovechado como sustrato para la producción de GOS, utilizando la β-GAL de A. oryzae o la enzima recombinante GY 001-02, destacando que se obtuvieron rendimientos arriba del 40%.
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