Aktywność i stabilność katalazy immobilizowanej w kapsułkach alginianowych w aplikacjach przemysłowych

Efektywną metodą zahamowania rozwoju zanieczyszczeń mikrobiologicznych (bakteryjnych i grzybowych) obecnych w wodzie pitnej, mleku czy w sokach jest dodanie nadtlenku wodoru. Technika ta nie jest w Polsce powszechnie stosowana, jest jednak dopuszczona w wielu krajach pod warunkiem całkowitego usunięcia dodanego nadtlenku wodoru przed dopuszczeniem produktu do spożycia lub do dalszych etapów przetwarzania. Szybką metodą usunięcia nadtlenku wodoru może być zastosowanie enzymu – katalazy. W celu możliwości wielokrotnego użycia preparatu enzymatycznego, jak i łatwej jego separacji z mieszaniny reakcyjnej, zaproponowano immobilizację katalazy w kapsułkach alginianowych. Przeanalizowano możliwość zastosowania otrzymanego preparatu do usuwania H₂O₂ dodanego do różnych płynów: wody, mleka, soków warzywnych. Określono stabilność preparatu w warunkach procesowych (11 i 24 °C) i w temperaturze przechowywania preparatu (4 °C). Wyznaczone w buforach o danym pH stałe równania kinetycznego zweryfikowano w badaniach wymienionych płynów. Na podstawie parametrów kinetycznych określono warunki do przeprowadzenia procesu o założonej wydajności. Zaproponowano proces okresowy z separacją preparatu na sitach. Podano czas procesu dla poszczególnych szarży. W przypadku, gdy temperatura procesu zostanie obniżona do 11 °C, czas reakcji musi być znacząco dłuższy, niemniej liczba przeprowadzonych szarży (z uwagi na zachowaną aktywność preparatu) rekompensuje dłuższy czas procesu. Prowadzenie reakcji w obniżonej temperaturze jest uzasadnione w przypadku, gdy medium oczyszczane jest przetrzymywane w warunkach chłodniczych, co zwykle ma miejsce. Temp. 11 °C jest najniższą wartością, w której stosowany enzym wykazuje aktywność.

The addition of hydrogen peroxide is an efficient method to inhibit the growth of microbial contaminants (bacterial and fungal) present in drinking water, milk, or juice. This technique is not commonly applied in Poland, but it is allowed in many countries provided that the hydrogen peroxide added to the product is completely removed from it prior to its release for consumption or for further processing. A rapid method of removing hydrogen peroxide could be the use of a catalase enzyme. In order to make it possible to repeatedly use that enzyme preparation and to easily separate it from the reaction mixture, it was suggested to immobilize the catalase in alginate capsules. The potentiality of using the produced preparation for H₂O₂ removal was analyzed through adding it to various liquids: water, milk, and vegetable juices. The stability of the preparation was determined under the process conditions (11 and 24°C) and at a temperature for storing the preparation (4 °C). The values of the kinetic equation constants, determined in the buffers of a given pH value, were verified through the analyses of the above named liquids. Based on the kinetic parameters, the processing conditions were determined for a planned process efficiency. A batch process including separation on sieves was proposed. The time of individual process charges was given. In the case of decreasing the process temperature to 11°C, the reaction time must be significantly longer; however, the number of performed charges (because of the maintained activity of the preparation) balances the effect of a longer process time. Performing the reaction at a lower temperature is also valid in the case of keeping the medium being purified under the refrigeration conditions, which is usually the case. A temperature of 11°C is the lowest value, at which the enzyme applied is active.