A imobilização da enzima envolve confinar as moléculas da enzima a um suporte ou matriz sólida, mantendo a sua atividade catalítica. As enzimas imobilizadas oferecem diversas vantagens em relação às enzimas livres no processamento industrial de alimentos: podem ser recuperadas e reutilizadas diversas vezes, permitindo processamento contínuo e redução significativa de custos; muitas vezes apresentam maior estabilidade térmica e operacional; a separação do produto é simplificada porque a enzima fica retida no reator; e o produto final não contém enzima residual, eliminando a necessidade de etapas de inativação térmica que poderiam prejudicar a qualidade do produto.
Os métodos de imobilização são classificados em abordagens físicas e químicas. Os métodos físicos incluem adsorção, onde as enzimas se ligam a materiais de suporte através de interações hidrofóbicas, forças de van der Waals ou interações eletrostáticas, e aprisionamento, onde as enzimas são fisicamente encerradas dentro de uma matriz polimérica, como géis de alginato ou poliacrilamida, ou encapsuladas em membranas semipermeáveis. Os métodos químicos envolvem ligação covalente através de grupos funcionais na superfície da enzima (normalmente grupos amino, carboxila ou tiol) a suportes ativados, ou reticulação usando reagentes bifuncionais como glutaraldeído para criar agregados enzimáticos reticulados (CLEAs).
Os materiais de suporte para imobilização enzimática devem ser inertes, estáveis sob condições de processamento, mecanicamente robustos e disponíveis a um custo razoável. Os polímeros naturais incluem alginato (esferas de alginato de cálcio), quitosana, agarose e carragenina. Os polímeros sintéticos incluem resinas de poliacrilamida, poliuretano e polimetacrilato. Os suportes inorgânicos incluem sílica, zeólitas e nanopartículas magnéticas. A escolha do suporte depende da enzima, das condições de reação e da configuração do reator. As nanopartículas magnéticas oferecem a vantagem adicional de fácil recuperação usando um campo magnético externo, eliminando a necessidade de centrifugação ou filtração.
As principais aplicações industriais de enzimas imobilizadas incluem glicose isomerase para produção contínua de xarope de milho rico em frutose a partir de glicose, que é o processo enzimático de maior escala na indústria alimentícia; lactase imobilizada (beta-galactosidase) para hidrólise de lactose em leite e soro de leite para produzir laticínios sem lactose; lipases imobilizadas para produção de lipídios estruturados, ésteres de sabor e gorduras livres de trans; e invertase imobilizada para produção contínua de açúcar invertido. Os tipos de reatores incluem reatores de leito empacotado para fluxo de substrato através de uma coluna de enzima imobilizada, reatores de leito fluidizado para melhor transferência de massa e reatores de membrana que combinam retenção de enzima com separação de produto. A imobilização aumenta a utilidade de enzimas industriais e pode ser combinada com engenharia enzimática para obter desempenho ideal. As aplicações incluem a produção contínua de xarope de glicose usado em panificação e fabricação de cerveja.
