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Type: Tese
Title: Preparação de biocatalisadores heterogêneos através da imobilização da lipase de Thermomyces lanuginosus em SBA-15 com poros expandidos
Title in English: Preparation of a heterogeneous biocatalyst through Thermomyces lanuginosus lipase immobilization on pore-expanded SBA-15
Authors: Lima, Paula Jéssyca Morais
Advisor: Gonçalves, Luciana Rocha Barros
Co-advisor: Rios, Nathália Saraiva
Keywords in Brazilian Portuguese : Thermomyces lanuginosus;Enzimas;SBA-15;SBA-15 não calcinado;SBA-15 calcinado;Glutaral;Reagentes de ligações cruzadas;Lipase
Keywords in English : Thermomyces lanuginosus;Enzymes;SBA-15;SBA-15 not calcined;SBA-15 calcined;Glutaral;Cross-Linking Reagents;Lipase
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Issue Date: 2024
Citation: LIMA, Paula Jessyca Morais. Preparação de biocatalisadores heterogêneos através da imobilização da lipase de Thermomyces lanuginosus em SBA-15 com poros expandidos. 2024. 95 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.
Abstract in Brazilian Portuguese: As lipases desempenham um papel crucial no crescimento da indústria de bioprocessos, graças às suas versáteis aplicações na catálise de uma ampla gama de reações, como hidrólise, esterificação de óleos e gorduras, e reações de interesterificação. Essa grande versatilidade torna as lipases adequadas para serem utilizadas em diversas áreas, incluindo a de alimentos, biomedicina, cosméticos, biossensores, bebidas, detergentes, papel, couro e combustíveis. No entanto, as enzimas solúveis são instáveis em condições operacionais e difíceis de separar do meio reacional, o que pode resultar na contaminação protéica do produto final. Para superar esses desafios, nosso grupo de pesquisa tem estudado diversos sistemas de imobilização de enzimas, utilizando uma variedade de materiais como suportes. A imobilização enzimática é extremamente vantajosa, pois oferece melhor controle do processo, permitindo a reutilização, facilidade de separação do meio reacional, além de potencialmente melhorar as propriedades da enzima (estabilidade, atividade, seletividade ou especificidade) e reduzir os efeitos dos inibidores. Assim, as desvantagens do uso de enzimas na sua forma livre são superadas através da imobilização, tornando-a uma técnica valiosa para melhorar a aplicação de enzimas em nível industrial. As lipases têm uma propriedade comum: em meio homogêneo, elas têm seu centro ativo isolado do meio por uma cadeia polipeptídica chamada tampa. Em contato com superfícies hidrofóbicas, essa tampa se move e expõe o sitio ativo ao meio reacional, proporcionando a adsorção da lipase na forma aberta, de modo que pode haver o aumento da atividade enzimática após a imobilização, possibilitando um aumento na eficiência do processo. Diante disso, a lipase de Thermomyces lanuginosus (TLL) apresenta uma grande tampa e pode proporcionar as vantagens citadas acima. Sendo assim, este trabalho se propõe a estudar a produção de biocatalisadores heterogêneos, ativos e estáveis, pela imobilização da lipase TLL na sílica mesoporosa do tipo Santa Barbara Amorphous-15 (SBA-15), um suporte parcialmente hidrofóbico, com características importantes no que se refere a alta estabilidade térmica e mecânica desse material. Dessa forma, biocatalisadores heterogêneos foram preparados por meio da adsorção da TLL em SBA-15 não calcinado (biocatalisador SBANC-TLL) e calcinado (biocatalisador SBAC-TLL), utilizando fluoreto de amônio como expansor de poros para facilitar a imobilização da TLL. Com uma carga enzimática de 1 mg/g, foram alcançados elevados rendimentos de imobilização (> 90%) e atividades recuperadas (>80% para SBANC-TLL e ≈70% para SBAC-TLL). Ao aumentar a carga enzimática para 5 mg/g, o rendimento de imobilização do SBANC-TLL foi de ≈80% e uma atividade recuperada de ≈50%, enquanto o SBAC-TLL teve um rendimento de ≈100% e uma atividade recuperada de ≈36%. A reticulação com glutaraldeído (GA) foi realizada para melhorar a estabilidade (SBANC-TLL-GA e SBAC-TLL-GA). Embora o SBAC-TLL-GA tenha perdido 25% da atividade inicial após modificações com GA, exibiu a maior estabilidade térmica (t1/2 = 5,7 h a 65 ºC), quando comparado ao SBAC-TLL (t1/2 = 12 min) e a enzima solúvel (t1/2 = 36 min), e estabilidade operacional (reteve 100% de atividade após 5 ciclos). Os biocatalisadores SBAC-TLL e SBAC-TLL-GA apresentaram elevada estabilidade de armazenamento (4 °C; 90 dias), pois retiveram 100% da atividade inicial por 30 dias. Estes resultados destacam o potencial do SBA-15 como suporte enzimático e a eficácia do protocolo de reticulação com GA no aumento da estabilidade, com implicações para aplicações industriais nos setores alimentício, químico e farmacêutico.
Abstract: Lipases play a crucial role in the growth of the bioprocess industry, thanks to their versatile applications in catalyzing a wide range of reactions, such as hydrolysis, esterification of oils and fats, and interesterification reactions. This great versatility makes lipases suitable for use in several areas, including food, biomedicine, cosmetics, biosensors, beverages, detergents, paper, leather and fuels. However, soluble enzymes are unstable under operating conditions and difficult to separate from the reaction medium, which can result in protein contamination of the final product. To overcome these challenges, our research group has studied several enzyme immobilization systems, using a variety of materials as supports. Enzyme immobilization is extremely advantageous, as it offers better process control, allowing reuse, ease of separation of the reaction medium, in addition to potentially improving the properties of the enzyme (stability, activity, selectivity or specificity) and reducing the effects of inhibitors. Thus, the disadvantages of using enzymes in their free form are overcome through immobilization, making it a valuable technique to improve the application of enzymes at an industrial level. Lipases have a common property: in a homogeneous medium, they have their active center isolated from the medium by a polypeptide chain called a lid. In contact with hydrophobic surfaces, this lid moves and exposes the active site to the reaction medium, providing adsorption of the lipase in the open form, so that there may be an increase in enzymatic activity after immobilization, enabling an increase in the efficiency of the process. Therefore, Thermomyces lanuginosus lipase (TLL) has a large lid and can provide the advantages mentioned above. Therefore, this work proposes to study the production of heterogeneous, active and stable biocatalysts, by immobilizing the lipase TLL on mesoporous silica of the Santa Barbara Amorphous-15 type (SBA-15), a partially hydrophobic support, with important characteristics in terms of refers to the high thermal and mechanical stability of this material. In this way, heterogeneous biocatalysts were prepared by adsorption of TLL lipase onto uncalcined (SBAUC-TLL biocatalyst) and calcined (SBAC-TLL biocatalyst) SBA-15, using ammonium fluoride as a pore expander to facilitate TLL immobilization. At an enzyme load of 1 mg/g, high immobilization yields (>90%) and recovered activities (>80% for SBAUC-TLL and 70% for SBAC-TLL) were achieved. When increasing the enzyme load to 5 mg/g, the immobilization yield of SBAUC-TLL was 80% and a recovered activity of 50%, while SBAC-TLL had a yield of 100% and a recovered activity of 36%. Crosslinking with glutaraldehyde (GA) was conducted to improve stability (SBAUC-TLL-GA and SBAC-TLL-GA). Although SBAC-TLL-GA lost 25% of initial activity after GA modifications, it exhibited the highest thermal stability (t1/2 = 5.7 h at 65 ºC), when compared to SBAC-TLL (t1/2 = 12 min) and the soluble enzyme (t1/2 = 36 min), and operational stability (retained 100% activity after 5 cycles). The SBAC-TLL and SBAC-TLL-GA biocatalysts presented high storage stability (4 °C; 90 days) since they retained 100% of initial activity for 30 days. These results highlight SBA-15's potential as an enzyme support and the protocol's efficacy in enhancing stability, with implications for industrial applications in the food, chemical, and pharmaceutical sectors.
Description in Brazilian Portuguese: Este documento está disponível online com base na Portaria nº 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/79249
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/5384646503347316
Advisor's ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0012-8971
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/2577657690021566
Co-advisor's ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5104-1123
Co-advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/1800467263737484
Access Rights: Acesso Aberto
Appears in Collections:DEQ - Teses defendidas na UFC

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