Uso da tecnologia de ultrassom no processamento da ciclodextrina glicosiltransferase: efeito na atividade, estabilidade e macroestrutura

Abstract

As maltodextrinas podem ser convertidas em β-ciclodextrina (β-CD) através da ciclodextrina glicosiltransferase (CGTase). No entanto, a CGTase apresenta limitações devido aos altos custos de produção e à baixa estabilidade enzimática na produção de β-CD. Este estudo explora a tecnologia de ultrassom (US) como uma solução potencial para potencializar a performance enzimática. Investigando o impacto do US na atividade, estabilidade e conformação estrutural da CGTase, os experimentos utilizaram um banho ultrassônico (25 kHz, 38 W/L) com pH variado (4,0 e 6,0), temperaturas (25, 55, 80°C), e tempos (5-120 min). Os resultados revelaram que o pré-tratamento ultrassônico aumentou significativamente a atividade da CGTase. Notavelmente, em pH 6,0, foram observados aumentos máximos de 93% (pré-tratamento a 25°C/30min), 68% (pré-tratamento a 25°C/30min) e 31% (pré-tratamento a 25°C/60min) a 25°C, 55°C e 80°C, respectivamente. Da mesma forma, o pré-tratamento em pH 4,0 durante 5 min/55°C mostrou atividade relativa aumentada de 28%, 21% e 16% a 25, 55 e 80°C. Os níveis de atividade aumentados permaneceram estáveis após 24 horas de armazenamento a 8°C. Os pré-tratamentos ultrassônicos induziram alterações conformacionais na CGTase, evidentes em um aumento de até 11% na intensidade de fluorescência intrínseca, e resultaram em modificações macroestruturais, incluindo redução do tamanho de partícula (até 85%) e índice de polidispersão (45,8%). Estes resultados são interessantes e demonstram que sob condições específicas de sonicação (pH, tempo e temperatura) é possível ativar a CGTase para produzircompostos tecnologiaemergente; industrialmente relevantes. Palavras-chave: ciclodextrina glicosiltransferase; atividade enzimática; estabilidade enzimática; sonicação; β-ciclodextrina.

Maltodextrins can be converted into β-cyclodextrin (β-CD) through cyclodextrin glycosyltransferase (CGTase). However, CGTase poses limitations due to high production costs and low enzyme stability in β-CD production. This studyexplores ultrasound (US) technology as a potential solution to enhance enzyme performance. Investigating the impact of US on CGTase activity, stability, and structural conformation, the experiments utilized an ultrasonic bath (25 kHz, 38 W/L) with varied pH (4.0 and 6.0), temperatures (25, 55, 80°C), and times (5-120 min). Results revealed that ultrasonic pretreatment increased CGTase activity significantly. Notably, at pH 6.0, maximum increases of 93% (pre-treated at 25°C/30min), 68% ((pre-treated at 25°C/30min), and 31% (pre-treated at 25°C/60min) were observed at 25°C, 55°C, and 80°C, respectively. Similarly, pretreatment at pH 4.0 for 5 min/55°C showed increased relative activity of 28%, 21%, and 16% at 25, 55, and 80°C. The enhanced activity levels remained stable after 24 hours of storage at 8°C. Ultrasonic pretreatments induced conformational changes in CGTase, evident in an up to 11% increase in intrinsic fluorescence intensity, and resulted in macrostructural modifications, including reduced particle size (up to 85%) and polydispersion index (45.8%). These results are interesting and demonstrate that under specific sonication conditions (pH, time, and temperature) it is possible to activate CGTase to produce industrially relevant compounds. Keywords: cyclodextrin glycosyltransferase; emerging technology; enzymatic activity; enzymatic stability; sonication; β-cyclodextrin.