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Tipo do documento: Dissertação
Título: Preparação e caracterização de um suporte heterofuncional à base de quitosana e seu uso na imobilização de lipase
Autor: OKURA, Nicole Souza 
Primeiro orientador: MENDES, Adriano Aguiar
Primeiro membro da banca: ROCHA, Maria Valderez Ponte
Segundo membro da banca: CARVALHO, Ana Karine Furtado de
Resumo: Neste estudo, um novo suporte heterofuncional (Qui-Glu-Gli) foi preparado pela ativação sequencial do hidrogel de quitosana (Qui) com glutaraldeído (Glu) e posterior funcionalização com glicina (Gli). A imobilização da lipase de Thermomyces lanuginosus (TLL) neste suporte foi comparada com o hidrogel de quitosana ativado com glutaraldeído (Qui-Glu) e hidrogel sem modificação química (Qui). Os suportes foram caracterizados por análises de espectroscopia no infravermelho (FT-IR), potencial zeta (ZP) e de termogravimetria (TGA) para confirmar a introdução de grupos funcionais na superfície do biopolímero. Inicialmente, foi avaliado o efeito do pH no processo de imobilização nos diferentes suportes preparados empregando baixo carregamento de proteína (5 mg/g). Estes testes foram conduzidos na razão suporte:solução enzimática de 1:20, baixa força iônica (5 mM), 25oC e 18 h de contato sob agitação mecânica em shaker orbital (200 rpm). Completa adsorção da lipase no suporte Qui-Glu-Gli foi observada em meio ácido (pH entre 3,0 e 6,0), enquanto no suporte Qui-Glu não foi observada influência do pH de imobilização (completa imobilizada na faixa de pH entre 4,0 e 10,0). Por outro lado, o suporte sem modificação química (Qui) foi parcialmente solubilizado em meio ácido (pH 4,0) e máxima adsorção de 1,5 mg proteína/g de hidrogel foi obtida em pH 7,0. Com relação ao efeito do carregamento de proteína variando de 5 a 70 mg/g, máxima concentração de lipase imobilizada de 53-55 mg por grama de suporte foi obtida para ambos os suportes Qui-Glu e Qui-Glu-Gli. A adsorção da lipase neste novo suporte foi explicada pelo modelo de isoterma de Langmuir (R2 = 0,9545). Este modelo assume que a adsorção de moléculas de TLL na superfície do suporte ocorre na forma de monocamadas e que este material possui um número finito de sítios de adsorção. Os biocatalisadores preparados empregando Qui-Glu-Gli como suporte foram 4 vezes mais ativos na hidrólise da emulsão de azeite de oliva do que aqueles preparados com Qui-Glu – 1000 U/g e 265,1 ± 14,4 U/g respectivamente. Estes dois biocatalisadores mantiveram ≈40% de sua atividade inicial após 48 h de incubação a 50°C em solventes orgânicos apolares (heptano, tolueno ou isooctano). Testes de dessorção realizados em solução de NaCl e Triton X-100 com diferentes concentrações a 50oC, revelaram que a imobilização da TLL em Qui-Glu ocorreu preferencialmente por ligação covalente (95%). No entanto, a imobilização em Qui-Glu-Gli ocorreu preferencialmente via adsorção por interação iônica – 65% (catiônica e aniônica), interação hidrofóbica (20%) e ligação covalente (15%). A atividade catalítica dos biocatalisadores preparados foi também avaliada em reações de esterificação de ácido palmítico em meio de isooctano, solvente selecionado nos testes de estabilidade em solventes, a 50oC empregando razão equimolar de ácido e álcoois (500 mM de cada reagente) em 70 min de reação e agitação contínua em shaker orbital de 240 rpm. Estes testes foram conduzidos empregando diferentes álcoois como isoamílico, hexanol, 2-etil-1-hexanol e decanol. TLL imobilizada em Qui-Glu-Gli foi também ≈4 vezes mais ativa na produção de ésteres de ácido palmítico. Máxima conversão do ácido de 80,3 ± 0,6% e 23,7 ± 2,5% foi obtida para TLL imobilizada em Qui-Glu-Gli e Qui-Glu, respectivamente, empregando álcool isoamílico. Em seguida, foi avaliado o efeito do tempo de reação na produção do éster empregando o álcool selecionado e a máxima conversão do ácido da ordem de 85% após 90 min de reação foi obtida para o sistema de reação conduzido com o novo biocatalisador preparado neste estudo (TLL imobilizada em Qui-Glu-Gli). Após nove sucessivas bateladas de esterificação, o biocatalisador reteve cerca de 40% de sua atividade inicial. Estes resultados mostram claramente a relevância do novo suporte para a imobilização de TLL para catalisar reações em meio aquoso (hidrólise da emulsão de azeite de oliva) e em orgânico (produção de ésteres lubrificantes).
Abstract: In this study, a new mixed heterofunctional support (Chit–GA–Gly) has been prepared by sequential activation of chitosan hydrogel (Chit) with glutaraldehyde (GA) and further functionalization with glycine (Gly). The immobilization of the lipase from Thermomyces lanuginosus (TLL) on this support was compared with that on GA-activated Chit hydrogel (Chit–GA). The supports have been characterized by FT–IR, zeta potential and TG analyses to confirm the introduction of functional groups on the support surfaces. Initially, the effect of immobilization pH on TLL immobilization process has been evaluated for the different prepared supports using a low protein loading (5 mg/g). These tests have been performed at low ionic strength (5 mM) using a volume ratio support:lipase solution of 1:20, 18 h of contact and mechanical agitation in an orbital shaker at 200 rpm. Complete immobilization of TLL on the new support (Ghit-GA-Gly) has been observed at acidic medium (pH range from 3.0 to 6.0). On the other hand, TLL was fully immobilized on Chit–GA under a broad pH range varying from 4.0 to 10.0. The immobilization of TLL on non-chemically modified chiotsan hydrogel (Chit) was not possible at acidic medium (pH 4.0) due to a partial solubilization of the support and maximum immobilized protein concentration of 1.5 mg/g of hydrogel was obtained at pH 7.0. The effect of offered protein loading varying from 5 to 70 mg/g was also studied and a similar maximum lipase loading of 53-55 mg per gram of support has been obtained for both supports (Chit-GA and Chit-GA-Gly). Langmuir isotherm model obtained better fit to the experimental data obtained by both prepared supports The adsorption process of TLL on the new prepared support was better fitted to the Langmuir isotherm model on account of achieving higher correlation coefficient (R 2 = 0.9545). This model assumes monolayer adsorption of TLL molecules on a support surface and the adsorption of each lipase molecule on the adsorbent surface has the same adsorption activation energy. The catalytic activity (olive oil emulsion hydrolysis) of the prepared heterogeneous biocatalyst using Chit-GA-Gly as support was 4-times higher than TLL immobilized on classical Chit- GA – 1000 U/g and 265.1 ± 14.4 U/g, respectively. Both biocatalysts retained ≈40% of their initial activity after 48 h of incubation at 50°C in apolar organic solvents (heptane, toluene or isooctane). Desorption tests performed under different conditions (NaCl + Triton X-100 at different concentrations) revealed that TLL was preferentially immobilized on Chit-GA via covalent attachment (95%). On the other hand, TLL was immobilized on Chit-GA-Gly via ionic interactions (65%), followed by interfacial activation (hydrophobic interactions (20%) and covalent attchment (15%). The catalytic activity of the prepared biocatalysts on the esterification of palmitic acid with several alcohols (isoamyl alcohol, hexanol, 2-ethyl-1- hexanol and decanol) in isooctane medium, apolar organic solvent chosen in stability tests, was also performed. The esterification reactions were conducted under fixed experimental conditions: 50 oC, stoichiometric acid:alcohol molar ratio (500 mM of each reactant) at 70 min of reaction under mechanical agitation in an orbital shaker at 240 rpm. TLL immobilized on Chit–GA–Gly was ≈4-times more active than when immobilized on Chit–GA in both olive oil emulsion hydrolysis and alkyl palmitate synthesis via esterification. Maximum acid conversion of 80.3 ± 0.6% and 23.7 ± 2.5% using TLL immobilized on Chit-GA-Gly and Chit-GA, respectively, was achieved for isoamyl alcohol. In That way, isoamyl palmitate synthesis in iso-octane at 50 oC using this new biocatalyst gave a maximum acid conversion of 85% after 90 min of reaction. After nine consecutive esterification batches, the biocatalyst retained around 40% of its initial activity. These results show clearly that the new biocatalyst prepared in this study is promising to catalyze reactions of industrial interest in both aqueous (olive oil emulsion hydrolysis) and organic (lubricant ester production) media.
Palavras-chave: Biotecnologia
Enzimas
Lipase
Imobilização
Hidrogéis
Quitosana
Catálise.
Área(s) do CNPq: OUTROS
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal de Alfenas
Sigla da instituição: UNIFAL-MG
Departamento: Instituto de Química
Programa: Programa de Pós-graduação em Biotecnologia
Citação: OKURA, Nicole Souza. Preparação e caracterização de um suporte heterofuncional à base de quitosana e seu uso na imobilização de lipase. 2021. 72 f.. Dissertação (Mestrado em Biotecnologia) - Universidade Federal de Alfenas, Alfenas/MG, 2021.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Endereço da licença: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI: https://bdtd.unifal-mg.edu.br:8443/handle/tede/1843
Data de defesa: 28-Mai-2021
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