Evaluación de la hidrólisis enzimática de lactosa en leche bovina mediante β-galactosidasa de Aspergillus oryzae

Abstract

La intolerancia a la lactosa representa una limitante para el consumo de leche y productos lácteos por una parte importante de la población mundial. La hidrólisis enzimática de la lactosa mediante β-galactosidasa constituye una alternativa eficiente para la obtención de productos con bajo contenido de lactosa. En este trabajo se determinaron los parámetros cinéticos de la β-galactosidasa de Aspergillus oryzae durante la hidrólisis enzimática de la lactosa presente en leche bovina, con el propósito de generar información útil para el diseño de reactores enzimáticos. Inicialmente se caracterizó la composición fisicoquímica de la leche y se cuantificaron las concentraciones de lactosa, glucosa y galactosa mediante cromatografía líquida de alta resolución (HPLC). Posteriormente, se evaluó el efecto de diferentes concentraciones iniciales de lactosa sobre la velocidad de reacción y los datos experimentales se ajustaron mediante un análisis paramétrico no lineal por mínimos cuadrados utilizando el modelo de Michaelis–Menten y diferentes mecanismos de inhibición por producto. Se obtuvieron valores de Vmax y Km, mientras que el modelo con inhibición por producto permitió describir de manera más adecuada el comportamiento cinético del sistema. La hidrólisis alcanzó un 91.05 % de conversión de lactosa después de 200 min de reacción. Los resultados obtenidos proporcionan parámetros cinéticos confiables que pueden emplearse en el modelado, simulación, diseño y escalamiento de reactores enzimáticos destinados a la producción de leche y derivados con contenido reducido de lactosa.

Lactose intolerance limits the consumption of milk and dairy products for a significant portion of the world's population. Enzymatic lactose hydrolysis using β-galactosidase has emerged as an effective alternative for producing low-lactose dairy products. The objective of this study was to determine the kinetic parameters of Aspergillus oryzae β-galactosidase during the enzymatic hydrolysis of lactose in bovine milk to provide fundamental information for enzymatic reactor design. Initially, the physicochemical composition of milk was characterized, and lactose, glucose, and galactose concentrations were quantified by high-performance liquid chromatography (HPLC). Enzymatic assays were subsequently performed at different initial lactose concentrations, and the experimental data were fitted by nonlinear parametric least-squares analysis using the Michaelis–Menten model and different product inhibition mechanisms. The kinetic parameters obtained were Vmax and Km. The enzymatic hydrolysis process reached 91.05% lactose conversion after 200 min of reaction, while product inhibition models provided a more accurate description of the enzymatic behavior than the classical Michaelis–Menten equation. The kinetic parameters determined in this study constitute a useful basis for the modeling, simulation, scale-up, and design of enzymatic reactors intended for the production of lactose-reduced dairy products.