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dc.contributor.authorLopes, Laiane Antunes
dc.date.accessioned2021-02-17T16:46:49Z
dc.date.available2021-02-17T16:46:49Z
dc.date.issued2020-09-29
dc.identifier.citationLOPES, Laiane Antunes. Hidrólise controlada das proteínas do leite de vaca com proteases imobilizadas para redução da alergenicidade. 2020. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2020. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/13858.*
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/13858
dc.description.abstractAllergy to cow's milk is clinically an abnormal reaction to cow's milk proteins regulated by immunological mechanisms and which affects mainly children. The partial hydrolysis of these proteins, catalyzed by proteases, offers an efficient way to eliminate, or at least reduce, the allergenic content of milk without significantly affecting its physicochemical and sensory properties. The use of free (soluble) proteases requires thermal inactivation of the enzyme at the end of the reaction, in addition to adding a contaminating molecule to the product. The use of immobilized proteases allows easy separation between enzyme and product and reuse of the catalyst. Multipoint immobilization can also lead to an important increase in the stability of the biocatalyst. In this work, Novo-Pro® D (NPD) and Alcalase® (ALC) proteases were immobilized on 6% agarose support activated with glyoxyl groups (AgGly) and the derivatives obtained were applied to the hydrolysis of cow's milk proteins to reduce allergenic factors in milk. The study of NPD immobilization in AgGly was done, initially, using casein (large molecular weight) and N-benzoyl-L-tyrosine ethyl ester (BTEE, low molecular weight) as substrates. The best results, immobilization yield (YI) of 90%, recovered activity (RA) of 92% (measuring the BTEE hydrolysis) were obtained with immobilization time of 24 h, at 20 ºC and pH 10.0. This derivative was about 20 times more stable than the dialyzed soluble protease, at 50 ºC and pH 6.5, and allowed to achieve a higher degree of hydrolysis (GH) of the casein (26g/L) (40%) than that reached with soluble NPD (34%), under the same reaction conditions. In addition, the derivative could be reused for at least ten batches of 2 hours of reaction. Different strategies were also tested to increase NPD stabilization in AgGly: chemical amination of the enzyme surface before immobilization on AgGly; coating the AgGly derivative with polyethyleneimine (PEI); and partial modification of the glyoxyl groups of the support with carboxylic groups, using glycine to be fixed on the support, and subsequent immobilization and coating with PEI. However, none of these strategies led to greater stabilization than that achieved with the traditional immobilization. Immobilization on chitosan-glutaraldehyde support also did not lead to better results than those already obtained with AgGly. Thus, it followed with the traditional AgGly-NPD derivative and this was compared with the enzyme ALC immobilized on AgGly (AgGly-ALC). The immobilization parameters of ALC and NPD enzymes (dialyzed and non-dialyzed) on AgGly, YI, RA and stability, presented similar values, obtained under the same immobilization conditions. The activities recovered from the derivatives of ALC and NPD were lower when measured with casein hydrolysis, which suggests the presence of a steric impediment in the hydrolysis of this large substrate. In the protein hydrolysis, the higher the degree of hydrolysis (DH), the lower the peptides obtained. However, increasing the degree of hydrolysis to values greater than 5% has also been shown to lead to visible changes in the product. Both derivatives (AgGly-NPD and AgGly-ALC) allowed to obtain approximately 70% of peptides with sizes smaller than 12.4 kDa, for a hydrolysis degree of 5%, suggesting that the main allergenic proteins may have already been sufficiently reduced with this conversion. In the case of soluble protease, in addition to the known disadvantages compared to immobilized protease, there is still difficulty in controlling the final GH, due to the need for inactivating by heating. Regarding the sensory analysis of the hydrolysates obtained, the hydrolysates with 5% DH, obtained with immobilized proteases, showed only small changes in the physicochemical properties of milk, with AgGly-ALC leading to sensory characteristics closer to whole milk than AgGly-NPD. In order to reduce the expected bitter taste that appears in hydrolysis with the generation of hydrophobic peptides in the product, the additions of 5 or 10% of α-cyclodextrin (α-CD) in the hydrolysate with AgGly-ALC were tested, with no reduction in the bitter taste, which suggests that the peptides generated in the hydrolysis of milk did not suit to the cavity of the α-CD molecule. In vivo tests showed that the DH of milk proteins of 5%, with the catalysts AgGly-NPD and AgGly-ALC, allowed to reduce the induction of allergenicity to the milk proteins compared to the in vivo model evaluated, which was not observed with hydrolysates with soluble proteases, which reached higher DH. With the soluble enzyme, although a higher mass percentage of peptides less than 6.5 kDa was obtained, the heating of the milk until the enzyme inactivation (from 50 °C to 90 °C) may have led to the exposure of hidden epitopes or to the appearance of new epitopes with protein denaturation, which induced a greater allergic response of these hydrolysates compared to those hydrolyzed with AgGly-NPD and AgGly-NPD.eng
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)por
dc.language.isoporpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectImobilização e estabilização enzimáticapor
dc.subjectEndoproteasespor
dc.subjectAgarose-glioxilpor
dc.subjectHidrólise de proteínaspor
dc.subjectAlergia ao leite de vacapor
dc.subjectEnzyme immobilization and stabilizationeng
dc.subjectEndoproteaseseng
dc.subjectAgarose-glyoxyleng
dc.subjectProtein hydrolysiseng
dc.subjectCow's milk allergyeng
dc.titleHidrólise controlada das proteínas do leite de vaca com proteases imobilizadas para redução da alergenicidadepor
dc.title.alternativeControlled hydrolysis of cow's milk proteins with immobilized proteases to reduce allergenicityeng
dc.typeTesepor
dc.contributor.advisor1Giordano, Raquel de Lima Camargo
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9695542424889786por
dc.contributor.advisor-co1Tardioli, Paulo Waldir
dc.contributor.advisor-co1Novelli, Paula Kern
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0808991927126468por
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0656257053166471por
dc.description.resumoA alergia ao leite de vaca é clinicamente uma reação anormal às proteínas do leite de vaca reguladas por mecanismos imunológicos e que atinge principalmente crianças. A hidrólise parcial dessas proteínas, catalisada por proteases, oferece uma maneira eficiente de eliminar, ou pelo menos reduzir, o conteúdo alergênico do leite sem afetar consideravelmente suas propriedades físico-químicas e sensoriais. O uso de proteases livres (solúveis) requer inativação térmica da enzima ao final da reação, além de adicionar ao produto uma molécula contaminante. Por outro lado, o uso de proteases imobilizadas permite fácil separação entre enzima e produto e reutilização do catalisador. A imobilização multipontual pode levar ainda a importante aumento na estabilidade do biocatalisador. Neste trabalho, as proteases Novo-Pro® D (NPD) e Alcalase® (ALC) foram imobilizadas em suporte agarose 6% ativada com grupos glioxil (AgGly) e os derivados obtidos foram aplicados na hidrólise de proteínas do leite de vaca visando redução dos fatores alergênicos no leite. O estudo da imobilização de NPD em AgGly foi feito, inicialmente, usando-se caseína (alta massa molecular) e éster etílico de N-benzoil-L-tirosina (BTEE, baixa massa molecular) como substratos. Os melhores resultados, rendimento de imobilização (RI) de 90%, atividade recuperada (AR) de 92% (medindo-se a hidrólise de BTEE) foram obtidos com tempo de imobilização de 24 h, a 20 ºC e pH 10,0. Esse derivado foi cerca de 20 vezes mais estável do que a protease solúvel dialisada, a 50 ºC e pH 6,5, e permitiu atingir grau de hidrólise (GH) da caseína (26g/L) mais alto (40%) que o atingido com NPD solúvel (34%), sob as mesmas condições reacionais, além de permitir reutilização do derivado por pelo menos dez bateladas de 2 h de reação. Foram ainda testadas diferentes estratégias para aumentar a estabilização da NPD em AgGly: aminação química da superfície da enzima antes da imobilização em AgGly; revestimendo do derivado de AgGly com polietilenoimina (PEI); e modificação parcial dos grupos glioxil do suporte com grupos carboxílicos, utilizando glicina para ser fixada no suporte, e subsequente imobilização e revestimento com PEI. No entanto, nenhuma dessas estratégias levou a uma estabilização maior do que a que já havia alcançado com a imobilização tradicional. A imobilização em suporte quitosana-glutaraldeído também não conduziu a melhores resultados que os já obtidos com AgGly. Dessa forma seguiu-se com o derivado AgGly-NPD tradicional e este foi comparado com a enzima ALC imobilizada em AgGly (AgGly-ALC). Os parâmetros de imobilização das enzimas ALC e NPD (dialisadas e não dialisadas) em AgGly, RI, AR e estabilidade, apresentaram valores semelhantes, obtidos nas mesmas condições de imobilização. As atividades recuperadas dos derivados de ALC e NPD foram menores quando medidas com hidrólise de caseína, o que sugere presença de impedimento estérico na hidrólise desse grande substrato. Na hidrólise de proteínas, maior o grau de conversão (GH), menores serão os peptídeos obtidos. Contudo, o aumento do grau de hidrólise a valores maiores que 5% mostraram conduzir também a alterações visíveis no produto. Ambos os derivados (AgGly-NPD e AgGly-ALC) permitiram obter aproximadamente 70% de peptídeos com tamanhos menores que 12,4 kDa, para grau de hidrólise de 5%, sugerindo que as principais proteínas alergênicas podem ter sido já suficientemente reduzidas com essa conversão. No caso da protease solúvel, somando-se às desvantagens já conhecidas comparando-se com protease imobilizada, ocorre ainda dificuldade de controle do GH final, devido à necessidade de inativação por aquecimento. Em relação à análise sensorial dos hidrolisados obtidos, os hidrolisados 5%, obtidos com proteases imobilizadas, apresentaram apenas pequenas alterações nas propriedades físico-químicas do leite, com AgGly-ALC levando a características sensoriais mais próximas do leite integral que AgGly-NPD. Visando reduzir o esperado sabor amargo que surge na hidrólise com a geração de peptídeos hidrofóbicos no produto, foram testadas as adições de 5 ou 10% de α-ciclodextrina (α-CD) no hidrolisado com AgGly-ALC, não se observando redução no sabor amargo, o que sugere que os peptídeos gerados na hidrólise do leite não se adequaram à cavidade da molécula de α-CD. Os testes in vivo mostraram que grau de hidrólise das proteínas do leite de 5%, com os catalisadores AgGly-NPD e AgGly-ALC, permitiram reduzir a indução da alergenicidade às proteínas do leite frente ao modelo in vivo avaliado, o que não se observou com os hidrolisados com proteases solúveis, que atingiram mais altos graus de hidrólise. Com a enzima solúvel, embora tenha sido obtido maior porcentagem em massa de peptídeos menores de 6,5 kDa, o aquecimento do leite até a inativação da enzima (de 50 °C para 90 °C) pode ter levado à exposição de epítopos ocultos ou ao surgimento de novos epítopos com a desnaturação de proteínas, o que induziu a uma maior resposta alérgica desses hidrolisados comparada aos hidrolisados com AgGly-NPD e AgGly-ALC.por
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQpor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICApor
dc.description.sponsorshipIdCNPq: 141487/2016-0por
dc.publisher.addressCâmpus São Carlospor
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/6546842202237520por


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