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Título: Hidrólise de quitosana a partir de quitosanases e enzimas não-específicas imobilizadas
Título(s) alternativo(s): Chitosan hydrolysis by immobilized chitosanases and non-specific enzymes
Autor(es): Dantas, Júlia Maria de Medeiros
Orientador: Santos, Everaldo Silvino dos
Palavras-chave: Adsorção;Ligações covalentes;Estabilidade enzimática;Quitooligossacarídeos;Celulase;β-Glicosidase
Data do documento: 22-Nov-2019
Referência: DANTAS, Júlia Maria de Medeiros. Hidrólise de quitosana a partir de quitosanases e enzimas não-específicas imobilizadas. 2019. 83f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2019.
Resumo: Os quitooligossacarídeos (QOS), produtos da hidrólise da quitosana, possuem um alto valor agregado devido às suas atividades biológicas. A hidrólise pode ser realizada por via ácida, no entanto este método requer altas temperaturas e não possui uma grande seletividade no que concerne o tamanho dos oligômeros, característica chave para que estes apresentem atividades bioativas. Portanto, a utilização de enzimas para a hidrólise torna-se uma opção vantajosa por operar em condições brandas e por terem uma especificidade no mecanismo de clivagem. No entanto, processos com enzimas tendem a ser onerosos, sendo necessária a implementação de estratégias para diminuir os custos destas. Nesse contexto, o método de imobilização das enzimas se destaca pois, no geral, aumenta a estabilidade térmica e amplia a faixa de pH, além de proporcionar o reciclo da enzima. O uso de enzimas não-específicas (e mais baratas) pode ser outra estratégia de diminuição de custos. Assim, o presente estudo investigou a imobilização de celulase, β-glicosidase e quitosanases para hidrólise de quitosana. Previamente aos estudos de imobilização, as enzimas não-específicas tiveram sua atividade quitosanolítica avaliada em diferentes condições. A celulase demonstrou atividade mais alta no pH 6,0 e a β-glicosidase em pH 4,0, ambas a 55 oC. No sentido de avaliar o potencial das técnicas de imobilização de enzimas, experimentos foram realizados usando adsorção em resina catiônica Streamline SP e ligações covalentes em micropartículas de sílica-gel ativadas com glutaraldeído. Com relação à adsorção, o pH 5,0 favoreceu a imobilização de todas as enzimas, sendo que em termos de carga enzimática, a celulase e a quitosanase foram favorecidas pela menor carga enzimática (25 U/g de suporte), e a β-glicosidase favorecida pela carga enzimática mais alta (50 U/g de suporte). Em relação às ligações covalentes, as enzimas seguiram a mesma tendência apresentada para a carga enzimática. Entretanto, com relação à concentração de glutaraldeído utilizado, a celulase e a β-glicosidase foram favorecidas pela maior concentração (1%), enquanto a quitosanase apresentou o melhor resultado com a menor concentração (0,5%). Destaca-se que testes de estabilidade térmica, pH e reciclo foram realizados para determinar qual a melhor estratégia de imobilização para cada enzima. Assim, a melhor estratégia para imobilização da celulase e da β-glicosidase foi a de ligações covalentes, uma vez que a estratégia de ligações covalentes favoreceu a estabilidade de ambas as enzimas durante os reciclos (apresentando 40,00% de atividade final, comparada com 20,00% da adsorção para celulase, e 14,75% contra apenas 5,75% no sistema de adsorção para a β-glicosidase após 6 ciclos de 30 min). Por fim, ambas as estratégias de imobilização foram viáveis para o aumento da estabilidade da quitosanase, mas a adsorção apresentou um aumento marcante de desempenho quando comparada com a estratégia de ligações covalentes ao se considerar a estabilidade durante os reciclos, retendo 65,00% da atividade inicial ao final do reciclo, contra 44,42% do sistema de ligações covalentes. Ao fim, todas as três enzimas imobilizadas foram bem sucedidas na hidrólise de quitosana.
Abstract: Chitooligosaccharides (COS) are products of the chitosan hydrolysis, which are high value-added because of their biological activities. The chitosan hydrolysis can be catalyzed by acid, although this method requires high temperature and does not have a large selectivity regarding the size of the COS chains, a key feature for the expression of biological activities. Alternatively, the use of enzymes as catalysts for the hydrolysis becomes an interesting option because it requires mild conditions and the enzymes cleave specific bonds. However, processes involving enzymes are quite costly, so it is necessary to implement strategies to reduce the operational costs. Among these strategies, the immobilization of enzymes stands out as a technique that usually increases thermal and pH stability, besides allowing enzyme recycle. The use of non-specific enzymes can be highlighted as another strategy. Thus, the present study investigated the immobilization of cellulase, β-glucosidase, and chitosanases for chitosan hydrolysis. Prior to this study, the chitosanolytic activity of non-specific enzymes was evaluated under different conditions. The highest activity for cellulase was obtained at pH 6.0 , whereas for β-glucosidase, at pH 4.0, both at 55 oC. In order to evaluate the potential of the immobilization techniques, experiments were carried out with adsorption on the cationic resin Streamline SP and covalents bonds on silica-gel microparticles activated with glutaraldehyde. Regarding the adsorption, pH 5.0 favored the immobilization of all enzymes, and in terms of enzyme load, cellulase and quitosanase were favored by the lowest enzymatic load (25 U/g) while β-glucosidase was favored by the highest enzymatic load (50 U/g). When analyzing the covalent bond assays, the enzymes followed the same trend for enzimatic load, while in terms of glutaraldehyde concentration, cellulase and β-glucosidase were favoured by the highest concentration (1.00%), while the chitosanase yielded the best result with the lowest concentration (0.50%). It is noteworthy that thermal stability, pH, and recycle tests were performed to determine the best immobilization strategy for each enzyme. Thus, the best immobilization strategy for cellulase and β-glucosidase was the covalent bonds, compared to the adsorption, since it favored the stability of both enzymes during recycles (conserving 40.00% of the initial activity, compared to 20.00% of adsorption for cellulase, and 14.75% against only 5.75% in the adsorption system for β-glucosidase). Finally, both immobilization strategies succeeded in increasing the stability of the chitosanase, but adsorption showed a marked increase in performance compared to the covalent bond strategy, maintaining 65.00% of the initial activity at the end of the recycles against 44.42% for the covalent system. In conclusion, all three immobilized enzymes were successful in chitosan hydrolysis.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/28241
Aparece nas coleções:PPGEQ - Mestrado em Engenharia Química

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