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Title in Portuguese: Desenvolvimento de um biocatalisador a partir da co-imobilização da Dextrana-Sacarase e Dextranase em suporte Agarose-Epóxido
Title: Development of a biocatalyst from co-immobilization of Dextransucrase and Dextranase onto Epoxy-Agarose
Author: Silva, Rhonyele Maciel da
Advisor(s): Rodrigues, Sueli
Keywords: Engenharia química
Biocatalisadores
Dextrana-Sacarase
Oligossacarídeos
Enzimas
Epoxy - Agarose
Co-immobilization
Dextransucrase
Oligosaccharides
Issue Date: 21-Feb-2018
Citation: SILVA, R. M. Desenvolvimento de um biocatalisador a partir da co-imobilização da Dextrana-Sacarase e Dextranase em suporte Agarose-Epóxido. 2018. 68 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2018.
Abstract in Portuguese: A demanda por tecnologias verdes ampliou o interesse na aplicação de enzimas em processos industriais. Com isso, a imobilização de enzimas é vista como uma tecnologia chave para uma maior viabilidade comercial desses biocatalisadores, além de melhorar a estabilidade e permitir o reuso. Dessa forma, a aplicação industrial da enzima dextrana-sacarase se dá pela produção de dextrana e oligossacarídeos prebióticos. Por sua estrutura complexa esse catalisador se torna de difícil imobilização, pois é composto de três subunidades, além da dextrana endógena covalentemente ligada a um de seus sítios ativos. No entanto, sabe-se que a hidrólise da dextrana endógena, pela enzima dextranase, possibilita uma maior interação com os grupos reativos dos suportes. Com isso, o objetivo desse estudo foi desenvolver um biocatalisador no qual as enzimas dextrana-sacarase e dextranase são co-imobilizadas em suporte agarose-epóxido. Este, surge como uma alternativa ao suporte comercial Eupergit C, descrito como o mais adequado para a dextrana-sacarase, mas foi descontinuado. Dessa forma, foram estudadas as condições de imobilização, pH e temperatura ótima de atividade enzimática, além de estabilidade a estocagem, operacionalidade e síntese de oligossacarídeos. A co-imobilização favoreceu a atividade enzimática em ampla faixa de pH e temperatura para os biocatalisadores analisados (AGE-DS-DN0,5, AGE-DS-DN2,5 e AGE-DS-DN4,5). O biocatalisador AGE-DS-DN0,5 apresentou a maior atividade recuperada (59,54%), demonstrando ser o mais indicado para os testes posteriores. Este, mostrou-se estável ao armazenamento à 4 °C, retendo atividade acima de 70%, durante 60 dias. Na produção de oligossacarídeos o AGE-DS-DN0,5 indicou a mesma eficiência da enzima livre, produzindo oligossacarídeos de até 5 graus de polimerização. Na avaliação da estabilidade operacional o AGE-DS-DN0,5 perdeu 60% de sua atividade na primeira batelada. Após análise por espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) foi observado a dessorção da enzima durante as bateladas. Ao comparar os espectros AGE-DS-DN0,5 com o do suporte comercial Eupergit CM após o reuso, foi visto que a enzima interage com outros grupos presentes no suporte comercial, que não estão presentes na agarose-epóxido. Tais grupamentos seriam os responsáveis pela forte ligação multipontual gerada entre a enzima e o suporte Eupergit CM, que impediu a lixiviação das enzimas durante os ciclos de reuso. Portanto, estudos posteriores são necessários para funcionalizar a agarose com grupos reativos, além do epóxi, que permitam uma forte interação entre enzima e suporte.
Abstract: The current demand of green technology increases the interest in enzymatic process. Thus, enzymes immobilization is pointed as a key technology to improve the commercial viability of that biocatalyst, besides yield stability and reusability. Therefore, the industrial application of the enzyme dextransucrase is due to the production of dextran and prebiotics oligosaccharides. The complex structure of this enzyme turns its immobilization a tough task, because it has three subunits, besides a covalent dextran attached into one of its active sites. However, it is known that the hydrolysis of the endogenous dextran, by the enzyme dextranase, allows a greater interaction with the reactive groups of the supports. Thus, the objective of this study was to develop a biocatalyst in which the enzymes dextransucrase and dextranase are co-immobilized on epoxy-agarose support. This appears as an alternative to Eupergit C, a commercial support described as the most suitable for dextransucrase, but has been discontinued. Thus, the conditions of immobilization, pH and optimum temperature of enzymatic activity, as well as storage stability, operability and synthesis of oligosaccharides ere studied. The co-immobilization provides enzymatic activity in a wide range of pH and temperature for the biocatalysts (AGE-DS-DN0.5, AGE-DS-DN2.5 and AGE-DS-DN4.5). The biocatalyst AGE-DS-DN0.5 showed the highest activity recovered (59.54%), proving to be the most suitable for the subsequent tests. This was stable during storage at 4 °C, retaining activity above 70% for 60 days. In the production of oligosaccharides, AGE-DS-DN0.5 demonstrated the similar efficiency of the free enzyme with oligosaccharides up to 5 polymerization degree. In the evaluation of the operational stability AGE-DS-DN0.5 lost 60% of its activity in the first batch. After Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy, the enzyme desorption was observed during the batch. When comparing the AGE-DS-DN0.5 spectra with that of the Eupergit CM commercial support after reuse, it was seen that the enzyme interacts with other groups present in the commercial support, which are not present in the epoxy-agarose. Such groups would be responsible for the strong multipoint linkage generated between the enzyme and the Eupergit CM support, which prevented the leaching of the enzymes during the reuse cycles. Therefore, further studies are necessary to functionalize agarose with reactive groups, besides the epoxy, that allow a strong interaction between enzyme and support.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/30924
metadata.dc.type: Dissertação
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