Modelado del proceso de hidrólisis enzimática de almidones gelatinizados del fruto de la planta de banano

Abstract

Se estudió la cinética de hidrólisis enzimática del almidón de banano a glucosa. Se realizó un análisis DSC para conocer la temperatura de gelatinización de este almidón; a partir de estos resultados se evaluó del cambio estructural y composicional del material amiláceo y el proceso de pretratamiento térmico, resultando un tiempo de 15min y una temperatura de 121°C como una combinación para esta etapa previa a la digestión del material amiláceo mediante enzimas. Para la optimización del proceso de hidrólisis enzimática se utilizó un enfoque estadístico y fisicoquímico consistente en un diseño factorial exploratorio inicial, un diseño central compuesto y un análisis de superficie de respuesta. Como enzima amiloglucosidasa (AMG) se uso Optidex L400 y como pululanasa Optimax L1000 de Genencor. Las mejores condiciones para estas enzimas fueron temperatura de 58.9°C, pH 4.37, dosis de Optidex L400 0.47L/gr almidón y dosis de Optimax L1000 0,40L/gr almidón. Para la caracterización de las enzimas, se utilizó la técnica de electroforesis y cromatografía líquida para proteínas ó FPLC para la separación y purificación de las enzimas comerciales. En la enzima AMG (Optidex L400) se encontraron dos proteínas de 66kDa y 100kDa respectivamente. En la enzima pululanasa (Optimax L1000) se encontró solo una proteína de 90kDa. Se utilizó la técnica de HPLC para estudiar la cinética y modelar la degradación del almidón por las amilasas en glucosa, maltosa, maltotriosa y dextrinas. Específicamente se utilizó la AMG de mayor tamaño molecular, pues posee mayor actividad sobre el almidón de banano gelatinizado y la pululanasa sin necesidad de ser purificada, con respecto a la cinética de degradación utilizando el modelo cinético de Michaelis-Menten. Se ajustaron los puntos experimentales a los del modelo para determinar, por medio de una optimización, las constantes cinéticas del modelo. El modelo sigue la degradación de oligómeros a glucosa teniendo como intermediarios la maltosa, maltotriosa y dextrinas, siendo este último la fuente principal de producción del sacárido. El modelo representa correctamente la fenomenología de la cinética de los compuestos./ Abstract. The kinetics of enzymatic hydrolysis of banana starch to glucose was studied. A DSC analysis was performed to determine the starch gelatinization temperature; from these results the structural and compositional change of the starchy material was assessed by a thermal treatment process, resulting in a time of 15min and a temperature of 121°C as a combination for this stage prior to the digestion of starchy material by enzymes. To optimize the enzymatic hydrolysis process a statistical and a physicochemical approach was used, consisting of an initial exploratory factorial design and a central composite design with response surface analysis. As amyloglucosidase the enzyme Optidex L400 was used and as pullulanase the enzyme Optimax L1000 was used, both of them from Genencor. The best conditions for these enzymes were a temperature of 58.9°C, pH 4.37, dose of Optidex L400 0.47 L/gr starch and dose of Optimax L1000 0.40 L/g starch. For the characterization of enzymes, we used the electrophoresis technique and fast protein liquid chromatography or FPLC for separation and purification of the commercial enzymes. The enzyme AMG (Optidex L400) had two proteins of 66kDa and100kDa respectively. The enzyme pullulanase (Optimax L1000) had only a 90kDa protein. We used the HPLC technique to model and study the kinetics of starch degradation by amylases into glucose, maltose, maltotriose and dextrins. Specifically, we used the larger molecular AMG, since it has greater activity on gelatinized banana starch and the pullulanase without being purified with respect to the kinetics of degradation following a Michaelis-Menten kinetics model. Experimental and modeled points were adjusted by optimization in order to determine the model kinetic constants. The model follows the degradation of oligomers to glucose, with maltose, maltotriose and dextrins as intermediaries; the last one being the most important source of the sacharide. The model represents correctly the phenomenology of the kinetic of products.