L’immobilisation d’enzymes consiste à confiner les molécules d’enzymes sur un support ou une matrice solide tout en conservant leur activité catalytique. Les enzymes immobilisées offrent plusieurs avantages par rapport aux enzymes libres dans la transformation industrielle des aliments : elles peuvent être récupérées et réutilisées plusieurs fois, permettant un traitement continu et une réduction significative des coûts ; ils présentent souvent une stabilité thermique et opérationnelle améliorée ; la séparation des produits est simplifiée car l’enzyme est retenue dans le réacteur ; et le produit final ne contient aucune enzyme résiduelle, éliminant ainsi le besoin d’étapes d’inactivation thermique qui pourraient nuire à la qualité du produit.
Les méthodes d’immobilisation sont classées en approches physiques et chimiques. Les méthodes physiques comprennent l’adsorption, où les enzymes se lient aux matériaux de support par le biais d’interactions hydrophobes, de forces de Van der Waals ou d’interactions électrostatiques, et le piégeage, où les enzymes sont physiquement enfermées dans une matrice polymère telle que des gels d’alginate ou de polyacrylamide ou encapsulées dans des membranes semi-perméables. Les méthodes chimiques impliquent une liaison covalente via des groupes fonctionnels à la surface de l’enzyme (généralement des groupes amino, carboxyle ou thiol) à des supports activés, ou une réticulation à l’aide de réactifs bifonctionnels tels que le glutaraldéhyde pour créer des agrégats d’enzymes réticulés (CLEA).
Les matériaux de support pour l’immobilisation des enzymes doivent être inertes, stables dans les conditions de traitement, mécaniquement robustes et disponibles à un coût raisonnable. Les polymères naturels comprennent l’alginate (billes d’alginate de calcium), le chitosane, l’agarose et le carraghénane. Les polymères synthétiques comprennent les résines polyacrylamide, polyuréthane et polyméthacrylate. Les supports inorganiques comprennent la silice, les zéolites et les nanoparticules magnétiques. Le choix du support dépend de l’enzyme, des conditions de réaction et de la configuration du réacteur. Les nanoparticules magnétiques offrent l’avantage supplémentaire d’une récupération facile à l’aide d’un champ magnétique externe, éliminant ainsi le besoin de centrifugation ou de filtration.
Les principales applications industrielles des enzymes immobilisées comprennent la glucose isomérase pour la production continue de sirop de maïs à haute teneur en fructose à partir de glucose, qui est le processus enzymatique à plus grande échelle dans l’industrie alimentaire ; lactase immobilisée (bêta-galactosidase) pour l’hydrolyse du lactose dans le lait et le lactosérum afin de produire des produits laitiers sans lactose ; lipases immobilisées pour la production de lipides structurés, d’esters aromatiques et de graisses sans trans ; et invertase immobilisée pour la production continue de sucre inverti. Les types de réacteurs comprennent des réacteurs à lit garni pour l’écoulement du substrat à travers une colonne d’enzyme immobilisée, des réacteurs à lit fluidisé pour un transfert de masse amélioré et des réacteurs à membrane combinant la rétention d’enzyme avec la séparation des produits. L’immobilisation améliore l’utilité des enzymes industrielles et peut être combinée avec l’ingénierie enzymatique pour des performances optimales. Les applications incluent la production continue de sirop de glucose utilisé dans la boulangerie et le brassage.
