La inmovilización enzimática implica confinar moléculas de enzima a un soporte o matriz sólido mientras se conserva su actividad catalítica. Las enzimas inmovilizadas ofrecen varias ventajas sobre las enzimas libres en el procesamiento industrial de alimentos: pueden recuperarse y reutilizarse varias veces, lo que permite un procesamiento continuo y una reducción significativa de costos; a menudo exhiben una estabilidad térmica y operativa mejorada; la separación del producto se simplifica porque la enzima queda retenida en el reactor; y el producto final no contiene enzimas residuales, lo que elimina la necesidad de pasos de inactivación térmica que podrían dañar la calidad del producto.
Los métodos de inmovilización se clasifican en enfoques físicos y químicos. Los métodos físicos incluyen la adsorción, donde las enzimas se unen a los materiales de soporte a través de interacciones hidrófobas, fuerzas de van der Waals o interacciones electrostáticas, y el atrapamiento, donde las enzimas están físicamente encerradas dentro de una matriz polimérica como geles de alginato o poliacrilamida o encapsuladas dentro de membranas semipermeables. Los métodos químicos implican la unión covalente a través de grupos funcionales en la superficie de la enzima (típicamente grupos amino, carboxilo o tiol) a soportes activados, o la reticulación utilizando reactivos bifuncionales como el glutaraldehído para crear agregados de enzimas reticulados (CLEA).
Los materiales de soporte para la inmovilización de enzimas deben ser inertes, estables en las condiciones de procesamiento, mecánicamente robustos y disponibles a un costo razonable. Los polímeros naturales incluyen alginato (perlas de alginato de calcio), quitosano, agarosa y carragenina. Los polímeros sintéticos incluyen resinas de poliacrilamida, poliuretano y polimetacrilato. Los soportes inorgánicos incluyen sílice, zeolitas y nanopartículas magnéticas. La elección del soporte depende de la enzima, las condiciones de reacción y la configuración del reactor. Las nanopartículas magnéticas ofrecen la ventaja adicional de una fácil recuperación mediante un campo magnético externo, lo que elimina la necesidad de centrifugación o filtración.
Las principales aplicaciones industriales de las enzimas inmovilizadas incluyen la glucosa isomerasa para la producción continua de jarabe de maíz con alto contenido de fructosa a partir de glucosa, que es el proceso enzimático a mayor escala en la industria alimentaria; lactasa inmovilizada (beta-galactosidasa) para la hidrólisis de la lactosa en la leche y el suero para producir productos lácteos sin lactosa; lipasas inmovilizadas para la producción de lípidos estructurados, ésteres de sabor y grasas libres de trans; e invertasa inmovilizada para la producción continua de azúcar invertido. Los tipos de reactores incluyen reactores de lecho compacto para el flujo de sustrato a través de una columna de enzima inmovilizada, reactores de lecho fluidizado para una mejor transferencia de masa y reactores de membrana que combinan la retención de enzimas con la separación de productos. La inmovilización mejora la utilidad de las enzimas industriales y se puede combinar con ingeniería enzimática para un rendimiento óptimo. Las aplicaciones incluyen la producción continua de jarabe de glucosa utilizado en horneado y elaboración de cerveza.
