Immobilization of β-galactosidase on activated bentonite clay nanoparticles and evaluation of galactooligosaccharides production using paneer whey
Questo studio dimostra che l'immobilizzazione della β-galattosidasi su nanoparticelle di argilla bentonitica funzionalizzate con glutaraldeide aumenta significativamente la stabilità e la durata della conservazione dell'enzima, incrementando al contempo la produzione di galattooligosaccaridi dal siero di paneer rispetto all'enzima libero, sebbene siano necessari ulteriori miglioramenti per ottimizzarne la riutilizzabilità.
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Immagina una minuscola, invisibile fabbrica all'interno di una goccia di latte. Questa fabbrica è gestita da un lavoratore speciale chiamato enzima, nello specifico una "beta-galattosidasi". Il suo compito è quello di scomporre uno zucchero chiamato lattosio. Per alcune persone, i loro corpi non riescono a gestire il lattosio, quindi hanno bisogno che questo zucchero venga scomposto prima di bere il latte. Ma questo enzima ha un problema di personalità: è molto fragile. Se la temperatura diventa troppo alta, o se il liquido diventa troppo acido o troppo saponoso (alcalino), l'enzima si spaventa, si sfalda e smette di funzionare. È come cercare di costruire un castello di sabbia durante un uragano; nel momento in cui le condizioni si fanno dure, la struttura crolla.
Gli scienziati hanno cercato di risolvere questo problema "immobilizzando" l'enzima. Pensa a questo come se si incollasse quel fragile lavoratore del castello di sabbia su una roccia robusta e indistruttibile. Incollando l'enzima a una superficie solida, esso diventa più resistente, più facile da catturare dopo aver svolto il lavoro e può essere usato più volte e più volte. Di solito, gli scienziati usano grandi rocce (macro-particelle) o ciottoli di medie dimensioni (micro-particelle), ma l'ultima tendenza è l'uso di "nanoparticelle". Queste sono come microscopici granelli di polvere con una superficie super-enorme. Poiché sono così piccole e hanno così tanta superficie su cui aggrapparsi, potrebbero trattenere l'enzima più strettamente e proteggerlo meglio rispetto alle rocce più grandi. La grande domanda è: possiamo usare questi minuscoli granelli per creare un super-enzima capace di trasformare gli scarti del latte in uno snack prebiotico salutare chiamato galatto-oligosaccaridi (GOS), che aiuta i buoni batteri a crescere nei nostri stomaci?
Questo articolo racconta la storia di un team di ricercatori che ha cercato di incollare la beta-galattosidasi a un tipo specifico di nanoparticella: l'argilla bentonite attivata. Non si sono limitati ad incollarla; hanno trattato l'argilla con una "colla" chimica chiamata glutaraldeide per assicurarsi che l'enzima rimanesse attaccato saldamente. Il loro obiettivo era vedere se questo nano-enzima potesse sopravvivere meglio a condizioni difficili rispetto alla versione libera di fluttuare e se potesse trasformare il "siero del paneer" (il residuo acquoso della produzione del formaggio indiano) in GOS.
I ricercatori hanno scoperto che il nano-enzima era effettivamente un tipo tosto. Quando hanno testato l'enzima contro temperature estreme e diversi livelli di pH (livelli di acidità), il nano-enzima ha mantenuto la posizione molto meglio dell'enzima libero. Per esempio, quando riscaldato a 60°C, l'enzima libero si è arreso e ha perso tutto il suo potere dopo soli 60 minuti. Il nano-enzima, tuttavia, ha continuato a lavorare per 90 minuti alla stessa temperatura. Ancora più impressionante, quando hanno conservato entrambi gli enzimi in un frigorifero per 90 giorni, il nano-enzima ha mantenuto il 97,41% della sua forza originale, mentre l'enzima libero ne ha mantenuto solo il 94,83%. Sembra che le nanoparticelle di argilla abbiano agito come uno scudo protettivo, impedendo all'enzima di srotolarsi o danneggiarsi.
Successivamente, hanno provato a produrre GOS usando questo super-enzima. Hanno ottimizzato la ricetta, scoprendo che i risultati migliori si ottenevano lasciando lavorare l'enzima per 60 minuti, utilizzando una concentrazione di lattosio del 40% e aggiungendo 10 unità di enzima per ogni grammo di lattosio. Sotto queste condizioni perfette, il nano-enzima è stato una stella delle prestazioni, producendo 1,41 volte più GOS rispetto all'enzima libero utilizzando il siero del paneer come base. Questa è un'ottima notizia perché il siero del paneer viene spesso gettato via, causando inquinamento, quindi trasformarlo in un ingrediente alimentare salutare è una vittoria per tutti.
Tuttiave, la storia non ha un finale perfetto da favola. Quando i ricercatori hanno provato a riutilizzare il nano-enzima, questo non ha retto quanto speravano. Dopo appena quattro cicli di produzione di GOS, la capacità dell'enzima di produrre lo snack è scesa del 71%. I ricercatori sospettano che ciò sia dovuto al fatto che l'enzima ha iniziato a "leachare", ovvero a scivolare via dalle nanoparticelle di argilla, proprio come un adesivo che perde la sua appiccicosità dopo essere stato staccato alcune volte. Sebbene il nano-enzima sia chiaramente più forte e stabile nel breve termine, l'articolo conclude che non è ancora pronto per l'uso industriale prolungato. Il team suggerisce che sia necessario ulteriore lavoro per rendere la colla più appiccicosa affinché l'enzima non cada, ma per ora, questo nano-enzima a base di argilla è uno strumento nuovo promettente, seppur leggermente temperamentale, per trasformare gli scarti del formaggio in cibo salutare.
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