Immobilization of β-galactosidase on activated bentonite clay nanoparticles and evaluation of galactooligosaccharides production using paneer whey
Este estudio demuestra que la inmovilización de la β-galactosidasa en nanopartículas de arcilla bentonita funcionalizadas con glutaraldehído mejora significativamente la estabilidad y la vida de almacenamiento de la enzima, además de aumentar la producción de galactooligosacáridos a partir de suero de paneer en comparación con la enzima libre, aunque se requieren mejoras adicionales para optimizar la reutilización.
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Imagina una diminuta e invisible fábrica dentro de una gota de leche. Esta fábrica es dirigida por un trabajador especial llamado enzima, específicamente una "beta-galactosidasa". Su trabajo es descomponer un azúcar llamado lactosa. Para algunas personas, sus cuerpos no pueden manejar la lactosa, por lo que necesitan que este azúcar sea descompuesto antes de beber leche. Pero esta enzima tiene un problema de personalidad: es muy frágil. Si la temperatura se vuelve demasiado alta, o si el líquido se vuelve demasiado ácido o demasiado jabonoso (alcalino), la enzima se asusta, se desmorona y deja de funcionar. Es como intentar construir un castillo de arena durante un huracán; en el momento en que las condiciones se vuelven difíciles, la estructura colapsa.
Los científicos han estado tratando de resolver esto mediante la "inmovilización" de la enzima. Piensa en esto como pegar a ese frágil trabajador del castillo de arena sobre una roca sólida e inquebrantable. Al pegar la enzima a una superficie sólida, se vuelve más resistente, más fácil de atrapar después de terminar el trabajo y puede usarse una y otra vez. Usualmente, los científicos usan rocas grandes (macropartículas) o guijarros de tamaño mediano (micropartículas), pero la última tendencia es usar "nanopartículas". Estas son como motas de polvo microscópicas con una superficie supergrande. Debido a que son tan pequeñas y tienen tanta superficie para agarrarse, podrían sujetar la enzima con más fuerza y protegerla mejor que las rocas más grandes. La gran pregunta es: ¿Podemos usar estas diminutas motas para crear una superenzima que pueda convertir los desechos de la leche en un refrigerio prebiótico saludable llamado galactooligosacáridos (GOS), que ayuda al crecimiento de las bacterias buenas en nuestros estómagos?
Este artículo cuenta la historia de un equipo de investigadores que intentó pegar la beta-galactosidasa a un tipo específico de nanopartícula: arcilla bentonita activada. No solo la pegaron; trataron la arcilla con un "pegamento" químico llamado glutaraldehído para asegurar que la enzima se quedara bien adherida. Su objetivo era ver si esta nanoenzima podía sobrevivir mejor a condiciones severas que la versión libre flotante y si podía convertir el "suero de paneer" (el residuo acuoso de la fabricación del queso indio) en GOS.
Los investigadores descubrieron que la nanoenzima era, de hecho, un hueso duro de roer. Cuando probaron la enzima contra temperaturas extremas y diferentes niveles de pH (niveles de acidez), la nanoenzima resistió mucho mejor que la enzima libre. Por ejemplo, cuando se calentó a 60 °C, la enzima libre se rindió y perdió todo su poder tras solo 60 minutos. La nanoenzima, sin embargo, siguió trabajando durante 90 minutos a esa misma temperatura. Aún más impresionante, cuando almacenaron ambas enzimas en un refrigerador durante 90 días, la nanoenzima mantuvo el 97.41% de su fuerza original, mientras que la enzima libre solo mantuvo el 94.83%. Parece que las nanopartículas de arcilla actuaron como un escudo protector, evitando que la enzima se desplegara o se dañara.
Luego, intentaron fabricar GOS usando esta superenzima. Optimizaron la receta, encontrando que los mejores resultados se obtenían cuando dejaban trabajar a la enzima durante 60 minutos, usaban una concentración de lactosa del 40% y añadían 10 unidades de enzima por cada gramo de lactosa. Bajo estas condiciones perfectas, la nanoenzima fue una estrella del rendimiento, produciendo 1.41 veces más GOS que la enzima libre utilizando suero de paneer como base. Esto es una gran noticia porque el suero de paneer suele desecharse, causando contaminación, por lo que convertirlo en un ingrediente alimenticio saludable es una situación en la que todos ganan.
Sin embargo, la historia no tiene un final de cuento de hadas perfecto. Cuando los investigadores intentaron reutilizar la nanoenzima, no resistió tan bien como esperaban. Después de solo cuatro ciclos de producción de GOS, la capacidad de la enzima para producir el refrigerio cayó un 71%. Los investigadores sospechan que esto se debe a que la enzima comenzó a "lixiviarse", o a desprenderse de las nanopartículas de arcilla, de forma muy similar a una calcomanía que pierde su pegajosidad después de ser despegada unas cuantas veces. Aunque la nanoenzima es claramente más fuerte y estable a corto plazo, el artículo concluye que aún no está lista para el largo recorrido del uso industrial repetido. El equipo sugiere que se necesita más trabajo para hacer que el pegamento sea más pegajoso para que la enzima no se caiga, pero por ahora, esta nanoenzima basada en arcilla es una herramienta nueva prometedora, aunque ligeramente temperamental, para convertir los desechos de queso en comida saludable.
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