Evaluación de la actividad β-galactosidasa de bacterias grado alimentario para la selección de cepas con fines probióticos/prebióticos

Abstract

El desarrollo de alimentos funcionales, en particular aquellos conteniendo microorganismos probióticos y/o compuestos prebióticos ha recibido particular atención de la industria alimentaria debido a la alta demanda de alimentos saludables por parte de los consumidores. Al respecto, la enzima β-galactosidasa reviste interés biotecnológico por cuanto confiere a los microorganismos que la poseen potencial probiótico para aliviar los síntomas de intolerancia a la lactosa o prebiótico como generadores de galactooligosacáridos (GOS) capaces de modular positivamente la microbiota intestinal. En este sentido, la selección de microorganismos para estos fines implica no solo la presencia excluyente de la enzima sino también la cuantificación de la actividad específica y el efecto de las condiciones ambientales en la misma. Por lo tanto, el objetivo de este trabajo fue evaluar la actividad β-galactosidasa de un panel de bacterias lácticas grado alimentario (GRAS status) en cuanto a su capacidad de hidrólisis del sustrato en diferentes condiciones de pH y presencia de iones; como así también su actividad transglicosilasa sobre lactosa. Asimismo, se evaluó la capacidad de estos microorganismos de crecer a expensas de diferentes fuentes de carbono que involucran la actividad de la enzima β-galactosidasa. La actividad enzimática se determinó en extractos libres de células de los microorganismos mediante un método espectrofotométrico (DO420) usando el sustrato cromogénico ONPG análogo a la lactosa. El crecimiento fue evaluado por determinación a intervalos de la absorbancia a 560 nm de la biomasa bacteriana. Todas las cepas evaluadas mostraron actividad β-galactosidasa observándose cepas con baja, media y alta velocidad de hidrólisis. Los iones Na+ y K+ actuaron como estimulantes de la actividad enzimática mientras que Ca2+, Co2+, Ni2+, Fe3+, Mn2+ y Mg2+ mostraron efectos inhibitorios en diferentes medidas. Con respecto al pH todos los microorganismos evaluados mostraron actividad óptima a pH 6,5-7,0, menor actividad a pH 8 y actividad nula a pH 5. En cuanto a su capacidad de emplear la enzima β-galactosidasa para crecer empleando diferentes sustratos, el crecimiento más elevado se observó a expensas de GOS y lactosa, un desarrollo intermedio cuando los sustratos fueron lactulosa y oligosacáridos derivados de la misma y escaso crecimiento en permeado de suero y suero adicionado de extracto de levadura. L. bulgaricus CRL 450, la cepa con mayor actividad hidrolítica fue capaz de sintetizar GOS a partir de 30% de lactosa. Estos resultados representan el paso inicial en el estudio y la selección de microorganismos con potencial aplicación probiótica y/o prebiótica para ser aplicados en la producción de nuevos ingredientes funcionales relevantes para la industria alimentaria.

The development of functional foods, particularly those containing probiotics and/or prebiotics have received great attention from food industry due to the high demand of healthy foods by consumers around the world. In this respect β-galactosidase enzyme possesses high biotechnological impact as it confers to microorganisms probiotic properties to alleviate lactose intolerance symptoms or prebiotic potential as galactooligosaccharides (GOS) producers which in turn can modulate intestinal microbiota in a positive manner. Then, selection of microorganisms for these issues requires not only the presence of the enzyme in cells but also the quantification of specific activity and the effect of environmental conditions on it. In consequence, the objective of this work was to assess the β-galactosidase activity of a set of lactic acid bacteria (GRAS status) regarding their hydrolytic activity under different pH conditions and presence of cations, as well as its transglycosilase activity on lactose. Besides, the capacity of these microorganisms to grow on different carbon sources that involve β-gal activity was assessed. Enzyme activity was determined on free cell extracts by a spectrophotometric (OD420) method with ONPG as substrate. Bacterial growth was followed by determination at intervals of biomass absorbance at 560 nm. All strains assayed showed β-galactosidase activity displaying low, medium or high hydrolysis rate. Cations like Na+ and K+ acted as stimulators of enzyme activity whereas Ca2+, Co2+, Ni2+, Fe3+ , Mn2+ y Mg2+ exerted inhibitory effects to different extents. With respect to pH, all microorganisms showed maximal activity at pH 6.5-7.0, lower activity at pH 8 and null activity at pH 5. Regarding the ability of using β-galactosidase for growing on different substrates, the higher growth was reached when the carbon sources were GOS or lactose, intermediate development was observed when substrates were lactulose and their oligosaccharides and scarce growth was attained on whey permeate or whey supplemented with yeast extract. L. bulgaricus CRL 450, the strain with the highest enzyme activity was able to synthesize GOS from 30% lactose. These results represent the first step in the study and selection of microorganisms with potential probiotic and/or prebiotic application to the production of novel functional ingredients with relevance for food industry.