Study of frutose production from levana obtained from sucrose

O mercado consumidor da frutose tem aumentado significativamente nos últimos anos pela sua utilização cada vez maior em substituição à sacarose em virtude do seu poder edulcorante 70% superior e dos benefícios fisiológicos importantes, como metabolismo independente da insulina, sendo adequada para alimentos fabricados especificamente para diabéticos. Sua maior aplicação tecnológica encontra-se no uso de xaropes enriquecidos com frutose em vários segmentos industriais como alimentício, farmacêutico e químico. Comercialmente, a obtenção de frutose envolve um processo de alto custo sendo interessante o desenvolvimento de um processo que combine a produção por via enzimática e a utilização da sacarose como substrato para obtenção de frutose de alto grau de pureza. O objetivo geral deste trabalho foi estudar e otimizar a hidrólise da levana para obtenção de frutose livre. Para tal, levana foi previamente obtida pela levanassacarase durante fermentação da cepa mutante de Zymomonas mobilis CCT 4494 em substrato a base de sacarose. Kluyveromyces marxianus NRRL Y-8281 foi selecionada dentre três linhagens da espécie Kluyveromyces marxianus (CCT4294, NRRL Y-8281 e NRRL Y-610) devido à sua maior produção de frutana ß-frutosidase. Foram realizados delineamentos experimentais tendo como variáveis temperatura, pHinicial, concentrações iniciais de levana, extrato de levedura e peptona. A enzima agiu exohidroliticamente obtendo apenas frutose como produto, e não foi observado inibição da reação pelo produto. A frutana ß-frutosidase de Kluyveromyces marxianus NRRL Y-8281 foi caracterizada parcialmente quanto ao pH e temperatura ótimos (4,4 e 50 ºC), estabilidade térmica e pH de pré incubação, além dos parâmetros cinéticos da Equação de Michaelis-Mentem, Km e Vmáx (61,5 µmol/mL e 0,0112 µmol/mL.min, respectivamente) para o substrato levanaThe market for fructose consumption has increased significantly in the last years by increasing its use in place of sucrose, because of its sweetening power 70% higher than the sucrose and the physiological benefits like independent metabolism of insulin, which is, therefore, suitable for food made specifically for diabetics. His greatest technological application is the use of enriched fructose syrups in various industries like food, pharmaceutical and chemical ones. Commercially, the obtainment of fructose involves a high cost, being interesting to develop a process that combines the production of fructose by an enzyme, using sucrose as substrate to obtain fructose of high purity. Therefore, the objective of this work was to study and optimize the hydrolysis of levan to obtain free fructose. To accomplish this, the levan was previously obtained by levansucrase during fermentation of mutant strain of Zymomonas mobilis CCT 4494 in sucrose substrate. Kluyveromyces marxianus NRRL Y-8281 was selected among three strains of the species Kluyveromyces marxianus (CCT4294, NRRL Y-8281 and NRRL Y-610) by the increased production of fructan ß-frutosidase. Experimental designs were performed having as variables temperature, initial pH, initial concentrations of levan, yeast extract and peptone. The enzyme acted in a exohydrolytically fashion, getting only fructose as released product, and it was not observed inhibition by product reaction. The fructan exo-ß-frutosidase of Kluyveromyces marxianus NRRL Y-8281 was partially characterized for optimum pH and temperature (4.4 and 50 °C), thermal and pH stability, besides the kinetic parameters of the Michaelis-Mentem equation, Km and Vmáx (61,5 µmol/mL and 0,0112 µmol/mL.min, respectively) to the substrate leva