Estudo da Imobilização de proteases extraídas da Bromelia fastuosa (Gravatá)

Abstract

Proteases são enzimas que catalisam a quebra de proteínas, hidrolisando ligações peptídicas. Grande parte das proteases são de origem vegetal e são do tipo cisteíno-proteases, como as papaínas proveniente do mamão (Carica papaya) e as bromelinas do abacaxi (Ananas comosus), que são amplamente empregadas nos setores alimentícios. Dentre as possíveis fontes vegetais de proteases, tem-se o gravatá (Bromelia fastuosa), um fruto presente na flora brasileira, da família Bromeliaceae. Entretanto, a aplicabilidade das proteases presentes no gravatá é ainda pouco explorada devido, principalmente, aos poucos estudos sobre essas enzimas, além da ausência de trabalhos relacionados à sua imobilização, o que caracteriza uma lacuna sobre o potencial de aplicações desses catalisadores tanto livres, quanto imobilizados. Além disso, a fim de garantir uma maior viabilidade aos processos catalisados por essas enzimas, imobilizar o biocatalisador em um suporte sólido torna-se uma boa alternativa. A imobilização tem como outros objetivos, melhorar a estabilidade da enzima ao processo e sua fácil separação do meio reacional para o seu reuso por mais ciclos de produção, gerando assim economia no processo. Com isso, após o estudo do extrato proveniente da Bromelia fastuosa observou-se que o processo de extração das proteases foi eficaz, e a caracterização de suas proteases apresentou alta estabilidade ao pH. Quanto à imobilização das enzimas presentes no extrato, para os suportes avaliados obteve-se 74% de rendimento de imobilização com a agarose 6BCL modificada com glutaraldeído, o que se mostrou acima do esperado quando comparado a imobilização de proteases de extratos vegetais que alcançaram 30% e próximo a rendimentos de imobilizações de proteases comerciais. Para o outro suporte, o poli(estireno-co-divinilbenzeno) (Diaion HP-20), a imobilização alcançou resultados inéditos de 89%, já que não se possui estudos com este suporte para imobilização de proteases, destacando o potencial desse estudo. Para ambas as imobilizações se observaram melhorias em seus parâmetros ótimos de operação (pH e temperatura) e resultados interessantes de seus parâmetros cinéticos. No entanto, destaca-se o Diaion®, uma vez que este suporte forneceu resultados semelhantes à Agarose, que é bastante empregada para imobilização de proteases. O Diaion® não necessita de modificações para a imobilização das proteases, além de não ser relatado nenhum estudo com este suporte para esse grupo de enzimas. Por fim, as proteases do gravatá, tanto no extrato enzimático, quanto imobilizadas, se mostraram promissoras na hidrólise de substratos proteicos como o soro do leite.

Proteases are enzymes that catalyze the breakdown of proteins by hydrolyzing peptide bonds. Most proteases are of plant origin and are cysteine-proteases, such as papain from papaya (Carica papaya) and bromelain from pineapple (Ananas comosus), which are widely used in the food industry. Among the potential plant sources of proteases is gravatá (Bromelia fastuosa), a fruit native to the Brazilian flora and belonging to the Bromeliaceae family. However, the applicability of the proteases present in gravatá is still underexplored, primarily due to the limited studies on these enzymes, as well as the lack of research on their immobilization, which highlights a gap in understanding the potential applications of these catalysts, both free and immobilized. Moreover, to ensure greater viability for the processes catalyzed by these enzymes, immobilizing the biocatalyst on a solid support is a promising alternative. Immobilization aims to enhance enzyme stability during the process and facilitate its separation from the reaction medium for reuse in multiple production cycles, thus providing economic benefits. The study of the extract from Bromelia fastuosa revealed that the extraction process was effective, and the characterization of its proteases showed high stability at different pH levels. Regarding the immobilization of the enzymes in the extract, 74% immobilization yield was achieved with 6BCL agarose modified with glutaraldehyde, which was higher than expected compared to the immobilization of proteases from other plant extracts, which typically achieve around 30%, and close to yields for commercial protease immobilizations. For the other support, poly(styrene-co-divinylbenzene), immobilization reached unprecedented results of 89%, as there are no studies available for protease immobilization on this support, highlighting the potential of this study. For both immobilization methods, improvements in optimal operational parameters (pH and temperature) and interesting kinetic results were observed. However, Diaion® stands out, as this support provided results similar to agarose, which is widely used for protease immobilization. Diaion® does not require modifications for protease immobilization, and no studies have been reported using this support for this group of enzymes. Finally, the proteases from gravatá, both in the enzymatic extract and when immobilized, showed promising results for the hydrolysis of protein substrates such as whey.