Artificial intelligence applied to enzymatic hydrolysis of lactose: improving the control of industrial processes / Inteligência artificial aplicada a hidrólise enzimática da lactose: melhorando o controle dos processos industriais

ABSTRACT

Lactose is the main carbohydrate in milk, and its absorption occurs via enzymatic hydrolysis, generating glucose and galactose. Lactose intolerance is the reduction of intestinal hydrolysis capacity due to hypolactasia, which results in the need to consume dairy foods with low levels of this carbohydrate. ß-galactosidase enzymes are used in dairy industries to hydrolyze lactose, thereby allowing intolerant consumers access to dairy products without the negative health implications. Alternative and official analytical methods are used to quantify the carbohydrate content resulting from enzymatic hydrolysis. The objective of this study was to evaluate the enzymatic hydrolysis of two distinct industrial enzymes produced by the microorganisms Bacillus licheniformis and Kluyveromyces lactis using three analytical methods: enzymatic method, cryoscopy, and high performance liquid chromatography (HPLC) using artificial intelligence to improve the control of the industrial processes. After adding the enzymes to skim milk, time kinetics was performed by collecting samples at time 0, every 10 min for 1 h, and every 30 min until the end of 5 h of hydrolysis. In 97% of the cases, a decrease in lactose concentration was observed by HPLC, followed by the deepening of the cryoscopic point. Glucose measurements by absorbance and HPLC quantification were correlated (r = 0.79; p < 0.01) but not concordant (p < 0.01). It was concluded that by means of artificial intelligence, it was possible to indirectly estimate lactose concentration using an algorithm that associates cryoscopy and glucose concentration.(AU)

RESUMO

O principal carboidrato do leite é a lactose e a sua absorção ocorre devido à hidrólise enzimática, gerando glicose e galactose. A intolerância à lactose é a redução da capacidade de hidrólise intestinal devido à hipolactasia, gerando a necessidade do consumo de alimentos lácteos com baixo teor deste carboidrato. As enzimas ß-galactosidase são utilizadas nas indústrias de laticínios para hidrolisar a lactose, proporcionando ao consumidor intolerante a possibilidade de ingerir os produtos lácteos sem prejuízos à saúde. Para quantificar o conteúdo de carboidratos resultante da hidrólise enzimática, são utilizados métodos analíticos alternativos e oficiais. O objetivo deste estudo foi avaliar a hidrólise enzimática de duas enzimas industriais distintas produzidas pelos microrganismos Bacillus licheniformis e Kluyveromyces lactis, por meio de três métodos analíticos método enzimático, crioscopia e HPLC. A inteligência artificial foi utilizada para melhorar o controle dos processos industriais. Após a adição das enzimas ao leite desnatado, foi realizada a cinética de tempo coletando as amostras no tempo 0, a cada 10 minutos, até completar 1 hora de reação, e a cada 30 minutos até serem atingidas 5 horas de reação de hidrólise. Em 97% dos casos, a diminuição da concentração de lactose por HPLC acompanhou o aprofundamento do ponto crioscópico. As medições de glicose por absorbância e HPLC foram correlacionadas (r = 0,79; p < 0,01), mas não concordantes (p < 0,01). Concluiu-se que, por meio da inteligência artificial, é possível estimar indiretamente a concentração de lactose a partir de um algoritmo que associa a crioscopia e a concentração de glicose.(AU)