Optimization of (-galactosidase production from lactic acid bacteria

Abstract

(-galactosidase, commonly known as lactase, represents commercially important enzyme that is prevalently used for lactose hydrolysis in milk and whey. To the date, it has been isolated from various sources. In this study different strains of lactic acid bacteria were assessed for their (-galactosidase productivity, and Lactobacillus acidophilus ATCC 4356 resulted with the highest production potential. Thereafter, optimal conditions for accomplishing high yields of (-galactosidase activity were determined. Maximal specific activity (1.01 IU mL-1) was accomplished after 2 days shake flask culture fermentation (150 rpm) at 37°C, with modified Man Rogosa Sharpe culture broth using lactose (2.5%) as sole carbon source. Finally, in order to intensify release of intracellular (-galactosidase different mechanical and chemical methods were conducted. Nevertheless, vortexing with quartz sand (150 μm) as abrasive was proven to be the most efficient method of cell disruption. The optimum temperature of obtained (-galactosidase was 45°C and the optimum range pH 6.5-7.5.

Enzim (-galaktozidaza, poznatija kao laktaza, predstavlja industrijski izuzetno važan enzim, koji ima primarnu ulogu u hidrolizi disaharida laktoze. Upotrebom ovog enzima u industriji mleka i mlečnih proizvoda dolazi do poboljšanja fizičkih i senzornih karakteristika proizvoda, kao i do povećanja svarljivosti proizvoda, a samim tim i prevazilaženja problema netolerancije na laktozu. Takođe, hidrolizom laktoze surutke, rešava se pitanje njenog ekološki prihvatljivog odlaganja. Sa druge strane, enzim pod kontrolisanim reakcionim uslovima može katalizovatii proces transgalaktozilacije, odnosno prenošenja galaktozil jedinica na druge šećere prisutne u sistemu (najčešće laktozu), pri čemu nastaju izuzetno važna funkcionalna jedinjenja galaktooligosaharidi. Enzim (-galaktozidaza može biti različitog porekla - biljnog, životinjskog ili mikrobnog. Međutim, najznačajniji među njima su mikrobni postupci proizvodnje, zbog lake fermentacije, velike brzine rasta i razmnožavanja ćelija, visokih prinosa, visoke aktivnosti, kao i stabilnosti enzima. Kao posledica velikog komercijalnog interesa za ovaj enzim, opisane su različite metode dobijanja i prečišćavanja dobijenih enzima iz različitih mikroorganizama. Poslednjih godina bakterije mlečne kiseline privlače sve više pažnje kao potencijalni izvori (-galaktozidaza najviše zahvaljujući svom statusu bezbednih za upotrebu u prehrambenoj i farmaceutskoj industriji, čime se omogućava neometano korišćenje enzima bez primene komplikovanih metoda prečišćavanja. U ovom radu ispitana je mogućnost proizvodnje (-galaktozidaza pomoću nekoliko vrsta bakterija mlečne kiseline. Kao najbolji producent među ispitanim bakterijama pokazala se bakterija Lactobacillus acidophilus. Najveća aktivnost (-galaktozidaze, dobijena je mikroaerofilnom fermentacijom u modifikovanoj komercijalnoj MRS podlozi, sa 2,5% laktoze kao jedinim izvorom ugljenika. Fermentacija je vršena na tresilici (150 rpm) u trajanju od 48 h i na temperaturi od 37°C. Kako je enzim intracelularan, u cilju razaranja ćelija i oslobađanja enzima, primenjeno je više različitih fizičkih i hemijskih metoda, a daleko najboljom pokazala se metoda vorteksiranja sa kvarcnim peskom (150 μm) kao abrazivnim sredstvom. Ovako dobijen enzim pokazao je maksimalnu aktivnost pri temperaturi od 45°C i pH u opsegu 6.5-7.5.