Modelamiento matemático de la estabilidad térmica de la inulinasa de Kluyeromices marxianus fermentado en extracto de Yacón (Polymnia sanchifolia)

Abstract

Actualmente los jarabes de fructosa son producidos a partir de almidón de maíz mediante procesos enzimáticos, obteniéndose una mezcla de oligosacáridos, fructosa y glucosa. Una alternativa económica es la hidrólisis enzimática de inulina en un proceso de una etapa utilizando inulinasa, con rendimientos de hasta el 95% en producción de fructosa. La inulinasa es una enzima caracterizada por hidrolizar inulina en fructosa prácticamente pura, por ello el creciente interés por su producción, purificación y caracterización a partir de cultivos microbianos, siendo las levaduras Kluyveromyces marxianus las más estudiadas. El uso de inulina como materia prima para la producción de inulinasa por fermentación, se vislumbra como promisorio, por lo que la presencia de inulina en los tubérculos de yacón despierta el interés por utilizar esta raíz andina como sustrato para la producción de la enzima, como alternativa a las materias primas comerciales actuales y en el horizonte de revalorar la producción regional de este producto. El objetivo de la presente investigación fue el modelamiento matemático de la estabilidad térmica de la inulinasa, en el rango de trabajo de 48-60°C. La enzima fue obtenida de Kluyveromyces marxianus NRRL Y-7571, en un cultivo por lotes en extracto de yacón (Polymnia sanchifolia) como medio complejo, y purificada por precipitación con etanol. Las actividades enzimáticas, se determinaron por mediciones de velocidad inicial sobre 20 g/L de sacarosa y 10 g/L de inulina a 55°C y pH 5.0. Se determinó que la temperatura óptima que conduce a actividades enzimáticas superiores de 47,096 y 3,090 UI/mL es 55ºC, para la enzima actuando sobre sacarosa e inulina respectivamente. Los valores de energía de activación y desactivación enzimática fueron de 10,4559 y 61,917 Kcal/mol para la reacción sobre sacarosa respectivamente y de 7,103 y 27,710 Kcal/mol para la reacción sobre inulina. Los modelos matemáticos permiten predecir la actividad enzimática con respecto a los cambios de la temperatura y el tiempo del proceso enzimático, en un amplio rango de temperatura (35-65ºC). Se observó que en ambos casos la enzima fue más estable a temperaturas menores a la óptima de 55°C. Se concluyó, a partir del modelo matemático, que la temperatura de proceso debería ser 49°C para ambos casos, pues se obtienen altos valores de actividad enzimática y mayores niveles de estabilidad, en tanto que para Santos et al., (2007) el valor de la temperatura de proceso fue de 52°C.

Actually, fructose syrups are produced from corn starch by enzymatic processes to yield a mixture of oligosaccharides, fructose and glucose. An economical alternativa is the enzymatic hydrolysis of inulin in a process step using a inulinase, with yields of up to 95% fructose production. lnulinase hydrolyzes inulin in almost pure fructose, so the growing interest in the production, purification and characterization from microbial cultures, yeast Kluyveromyces marxianus are the most studied. The use of inulin as a feedstock for the fermentativa production of inulinase, is emerging as promising, so that the presence of inulin yacen tuber is attractive in order to use this Andean root as substrate for the production of the enzyme, it si an alternativa to current commercial raw materials and on the horizon to reassess the regional production of this product. The objective of this research was the mathematical modeling of the thermal stability of inulinase in the working range of 48-60 o C. The enzyme was obtained from Kluyveromyces marxianus NRRL Y-7571, a batch culture in yacen extract (Smallanthus sonchifolius) as cemplex medium, and purified by ethanol precipitation. Enzyme activities were determinad by initial velocity measurements on 20 g 1 L suerosa and 1 O g 1 L of inulin at 55 o C and pH5.0. lt was determinad that the optimum temperatura leading to higher enzyme activities of 47.096 and 3.090 IU 1 ml, is 55 o C, for the enzyme acting on suerosa and inulin respectively. The activation energy values and enzyme deactivation of 10.4559 and 61.917 were Kcal/ mole for the reaction of sucrose and 7,103 respectively and 27.710 kcal 1 mole for the reaction of inulin. Mathematícal models predíct the enzymatic activity with respect to changes in the temperatura and time of the enzymatic process, over a wide temperatura range (35-65°C) lt was observad that in both cases the enzyme was more stable at temperaturas below the optimum of 55 o C. lt was concluded, from the mathematical model, the process temperatura should be 49 oC for both cases, as high values of enzyme actívity and higher levels of stability is obtained, while for Santos et al., (2007) the value of the process temperatura was 52 o C.