Immobilization trial of invertase on different supports: comparison of efficiency and physicochemical characterization

Abstract

In this work, invertase was immobilized on different supports to compare their efficiencies and investigate the physicochemical properties of the immobilized enzyme. For this purpose, invertase was extracted from baker’s yeast, Saccharomyces cerevisiae, and its activity was evaluated using two quantitative assays: the Miller assay and the Bradford assay. The extracted enzyme was immobilized by adsorption onto various supports, including Lufa, Wood Sawdust, Filter Paper, Sponge, and Pumice Stone. Specific enzymatic activity was measured for each support to identify the most efficient immobilization matrix. The results showed that lufa and wood sawdust were the most effective supports and were therefore selected for further investigation. The effects of several physicochemical factors on the activity of both free and immobilized invertase were studied, including temperature, pH, stability, and the effect of some mineral salts. The results demonstrated that the immobilized enzyme exhibited greater stability than the free enzyme, particularly at high temperatures and under various pH. Maximum enzymatic activity was observed at 55°C and pH 5.6 for both free and immobilized enzymes, with a noticeable improvement in thermal stability for the immobilized enzymes. Regarding the effect of salts, some mineral salts negatively affected the activity of the free enzyme, whereas the immobilized enzyme, especially on lufa, showed greater resistance to these salts and maintained higher catalytic activity. Based on these findings, immobilization of invertase on natural supports, particularly lufa and Wood Sawdust, can be considered an effective strategy for improving enzymatic performance and enhancing its potential applications in biotechnology and the food industry. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- تم في هذا العمل تثبيت إنزيم الإنفرتاز على دعامات مختلفة بهدف مقارنة كفاءتها ودراسة الخصائص الفيزيوكيميائية للإنزيم المثبت. و لهذا الغرض قمنا باستخراج انزيم الانفارتاز من خميرة الخبز Saccharomyces cerevisiae و إختبار نشاطه من خلال اختبارين كميين: اختبار ميلر و اختبار برادفورد. تم تثبيت الانزيم المستخرج بطريقة الادمصاص على عدة دعامات مختلفة (لوفا، نشارة الخشب، ورق الترشيح اسفنج، حجر الخفاف). تم تقدير النشاط الانزيمي النوعي في كل دعامة بهدف اختيار الدعامة الأكثر كفاءة, و قد أظهرت النتائج أن اللوفا و نشارة الخشب كانتا الاكثر كفاءة لذا تم اختيارهما لاستكمال الدراسة على نطاق أوسع. كما تمت دراسة تأثير عدة عوامل فيزيائية وكيميائية على نشاط الإنزيم الحر والمثبت، مثل درجة الحرارة، الأس الهيدروجيني، الثبات وتأثير بعض الأملاح المعدنية. وقد أظهرت النتائج أن الإنزيم المثبت يتمتع بثبات أكبر مقارنة بالإنزيم الحر، خاصة عند درجات الحرارة المرتفعة وتغيرات pH. هدا و قد تم تسجيل أعلى نشاط إنزيمي عند درجة حرارة 55درجة مئوية وعند درجة حموضة 5.6 لكلا الانزيمين الحر و المثبت مع تحسن واضح في الاستقرار الحراري. أما فيما يخص تأثير الأملاح، فقد تبين أن بعض الأملاح أثرت سلباً على نشاط الإنزيم الحر، في حين أظهر الإنزيم المثبت خاصة على دعامة اللوفا قدرة أفضل على مقاومة هذه الأملاح والمحافظة على فعاليته التحفيزية. وبناءً على النتائج المتحصل عليها، يمكن اعتبار تثبيت إنزيم الإنفرتاز على الدعامات الطبيعية، وخاصة اللوفا، استراتيجية فعالة لتحسين الأداء الإنزيمي وفتح آفاق لاستخدامه في التطبيقات البيوتكنولوجية والصناعات الغذائية --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Dans ce travail, l'enzyme invertase a été immobilisée sur différents supports afin de comparer leur efficacité et d'étudier les propriétés physico-chimiques de l'enzyme immobilisée. À cette fin, nous avons extrait l'enzyme invertase de la levure de boulanger Saccharomyces cerevisiae et testé son activité à l'aide de deux tests quantitatifs : le test de Miller et le test de Bradford. L'enzyme extrait a été immobilisé par adsorption sur différents supports (lufa,sciure de bois, papier filtre, ponge, pumise) et l'activité enzymatique spécifique a été mesurée sur chaque support afin de choisir le support le plus efficace. Les résultats ont montré que la lufa et la sciure de bois étaient les plus efficaces, c'est pourquoi elles ont été choisies pour poursuivre l'étude à une grande échelle. L'effet de plusieurs facteurs physiques et chimiques sur l'activité de l'enzyme libre et immobilisée a été également étudié, tels que la température, le pH, la stabilité et l'effet de certains sels minéraux. Les résultats ont montré que l'enzyme immobilisée présente une plus grande stabilité par rapport à l'enzyme libre, en particulier à des températures élevées et à des variations de pH. L’activité enzymatique maximale a été enregistrée à une température de 55 °C et à un pH de 5,6 pour les deux enzymes, libres et immobilisées, avec une amélioration notable de la stabilité thermique pour les enzymes immobilisées. Quant à l'effet des sels, il a été constaté que certains sels ont un impact négatif sur l'activité de l'enzyme libre, tandis que l'enzyme immobilisée, en particulier sur un support de lufa, a montré une meilleure capacité à résister à ces sels et à maintenir son efficacité catalytique. Sur la base des résultats obtenus, l'immobilisation de l'invertase sur des supports naturels, particulièrement lufa et sciure de bois, peut être considérée comme une stratégie efficace pour améliorer la performance enzymatique et ouvrir des perspectives pour son utilisation dans les applications biotechnologiques et les industries alimentaires.