Propiedades de no equilibrio en sistemas vítreos y sobreenfriados en relación con la estabilidad enzimática

El objetivo del presente trabajo fue analizar propiedades de no equilibrio en sistemas amorfos o sobre-enfriados obtenidos por liofilización o congelación (transición vítrea (Tg), cristalización de hielo o azúcar, propiedades de sorción) y su influencia sobre la estabilidad enzimática (β-galactosidasa). Se estudió en particular el impacto de la cristalización de la matriz sobre la capacidad protectora de azúcares en sistemas de baja humedad. La estabilidad enzimática se vio afectada por cambios moleculares independientes de Tg en matrices vítreas y por la cristalización del azúcar en estado sobreenfriado. Los azúcares no reductores trehalosa y rafinosa en estado amorfo ofrecieron mayor protección que las matrices poliméricas de Tg más elevada, lo cual sugiere un mecanismo de protección no relacionado con el estado físico del medio pero sí con interacciones intermoleculares específicas. La dependencia de la cinética de inactivación enzimática y de la cristalización de azúcar con la temperatura se pudo describir con las ecuaciones de Arrhenius, VTF y WLF, empleando los coeficientes adecuados. El uso de excipientes como azúcares, sales o polímeros permitió retrasar la cristalización de azúcares o la formación de hielo y extender el efecto protector a la zona de liquido sobreenfriado. Tanto la inactivación enzimática en matrices vitreas como el retraso de la cristalización de hielo o azúcar se asociaron con cambios microestructurales (a nivel molecular) no relacionados con cambios en el valor de Tg del sistema (nivel supramolecular). Los mecanismos por los cuales los azúcares y las sales retrasan la cristalización del azúcar, analizados por la ecuación de JMAK, serían distintos