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Tipo: Dissertação
Título: Otimização do tratamento do bagaço de caju com divinilsulfona visando sua utilização como suporte para imobilização da lipase do tipo A de Candida Antarctica
Autor(es): Lima, Paula Jéssyca Morais
Orientador: Santos, José Cleiton Sousa dos
Coorientador: Gonçalves, Luciana Rocha Barros
Palavras-chave: Imobilização enzimática;Bagaço de caju residual;Método Taguchi;Lipase do tipo A de Candida antarctica
Data do documento: 2020
Citação: LIMA, Paula Jéssyca Morais. Otimização do tratamento do bagaço de caju com divinilsulfona visando sua utilização como suporte para imobilização da lipase do tipo A de Candida Antarctica. 2020. 72 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Quimica) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Programa de Pós- Graduação em Engenharia Química, Fortaleza-CE, 2020.
Resumo: Um resíduo agroindustrial, o bagaço de caju, foi utilizado como suporte para imobilização da lipase do tipo A de Candida antarctica (CALA). A CALA é um biocatalisador muito atraente, apresenta alta termoestabilidade, seletividade para ácidos graxos trans, estabilidade no pH ácido e alta quimio-seletividade em relação aos grupos amina. O bagaço de caju, além de ter um custo muito baixo e reduzir os impactos ambientais, por ser um material biodegradável, também apresenta boas propriedades físicas e mecânicas favoráveis à imobilização enzimática. Entre os métodos de imobilização, a adsorção, um método simples e bastante utilizado, que permite a interação entre o suporte e a enzima, resultando em uma melhor estabilização enzimática. Neste estudo, a divinilsulfona (DVS) foi utilizada para modificar a estrutura do suporte e, dessa forma, testar o seu efeito nas interações enzima-suporte, visando imobilizar covalentemente. Para otimizar o tratamento do bagaço de caju com DVS para imobilização da CALA, um planejamento experimental avançado pelo método Taguchi foi utilizado, com uma matriz ortogonal padrão L16 (o 'L 'e o '16' representam o quadrado latino e o número de experimentos, respectivamente), no qual cinco fatores em quatro níveis foram analisados (concentração de DVS: 1, 3, 5 e 7,5 mL; molaridade do tampão: 5, 25, 100 e 350 mM; pH: 3, 5, 7 e 12,5; temperatura: 4, 15, 25 e 30 °C e tempo de tratamento: 0,5, 3, 12 e 24 horas), a fim de maximizar a atividade do biocatalisador. Para o procedimento de imobilização, foram utilizados 1,0 mg de enzima por g de suporte na presença de Triton-X a 0,01% (v/v) e tampão fosfato de sódio 5 mM e pH 7,0, por 24 h e 25 °C, sob agitação contínua. Após a imobilização, os biocatalisadores foram incubados em tampão de bicarbonato 100 mM a pH 10,0 (1:10 p/v) a 25 °C por 24 h, e depois em EDA 1 M a pH 10,0 também por 24 h a 4 °C. As condições ideais de preparação do suporte foram: concentração de DVS: 4,5 M, molaridade do tampão: 5 mM, pH: 3; temperatura: 30 °C e tempo de ativação: 12 horas, obtendo uma atividade do derivado de 6,8 U/g e o valor da atividade do derivado previsto pelo programa foi de 6,5 U/g. As análises de FTIR e análise elementar confirmaram a imobilização da CALA no BAG-DVS, em 1712 cm-1 e com aumento de 3,71% de nitrogênio, respectivamente, no entanto essas análises não foram sensíveis o suficiente para demonstrar a ativação do suporte com a DVS. A imobilização da CALA em bagaço de caju ativado com divinilsulfona promoveu um aumento na estabilidade térmica a 70 °C em pH 5, 7 e 9. Além disso, após oito meses de estocagem a atividade do biocatalisador diminuiu apenas 50%. A análise de TGA apresentou degradação das amostras BAG, BAG-DVS e BAG-DVS-CAL a 500 ºC com perda de massa, respectivamente, de 51,9%, 49,9% e 55,7%. Os resultados mostraram que o BAG pré-tratado e ativado com DVS melhorou significativamente a estabilidade da CALA se mostrando um suporte promissor para imobilização de enzimas.
Abstract: An agro-industrial residue, cashew apple bagasse, was used as a support for immobilizing lipase A from Candida antarctica (CALA). CALA is a very attractive biocatalyst, has high thermostability, selectivity for trans fatty acids, stability in acid pH and high chemoselectivity in relation to amine groups. Cashew apple bagasse, in addition to having a very low cost and reducing environmental impacts, as it is a biodegradable material, also has good physical and mechanical properties favorable to enzymatic immobilization. Among immobilization methods, adsorption, a simple and widely used method, allows the interaction between the support and the enzyme, resulting in better enzymatic stabilization. In this study, divinyl sulfone (DVS) was used to modify the support structure and, thus, test its effect on enzyme-support interactions. To optimize the treatment of cashew apple bagasse with DVS for immobilization of CALA, an advanced experimental design by the Taguchi method was used, with a standard orthographic L16 matrix (the 'L' and the '16' represent the Latin square and the number of experiments, respectively), where five factors at four levels were analyzed (DVS concentration: 1, 3, 5 and 7.5; buffer molarity: 5, 25, 100 and 350 mM; pH: 3, 5, 7 and 12,5; temperature: 4, 15, 25 and 30 °C and optimization time: 0.5, 3, 12 and 24 h), in order to maximize the activity of the biocatalyst. For the immobilization process, 1.0 mg of enzyme per g of support was used in the presence of 0.01% Triton-X and 5 mM sodium phosphate buffer and pH 7.0, for 24 h and 25 °C, under controled stirring. After immobilization, the biocatalysts were incubated in 100 mM bicarbonate buffer at pH 10.0 (1:10 w/v) at 25 °C for 24 h, and then in 1 M EDA at pH 10.0 also for 24 ha 4 °C. After the experimental planning was concluded, the ideal conditions for preparing the support were: DVS concentration: 4.5 M, buffer molarity: 5 mM, pH: 3; temperature: 30 °C and activation time: 12 h, obtaining a derivative activity of 6.8 U/g and immobilization yield of 24%. The value of the derivative activity provided by the software was 6.5 U/g. FTIR and Elemental Analysis confirmed the immobilization of CALA in BAG-DVS, at 1712 cm-1 and with an increase of 3.71% nitrogen, respectively. The TGA analysis showed degradation of the BAG, BAG-DVS and BAG-DVS-CAL samples at 500 ºC with weight loss, respectively, of 51.9%, 49.9% and 55.7%. The immobilization of CALA in cashew apple bagasse promoted an increase in thermal stability at 70 °C and pH 5, 7 and 9. In addition, after eight months of storage, the activity of the biocatalyst decreased only 50%. The results showed that the pretreated BAG is promising for immobilizing enzymes, improving the stability of CALA.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/56409
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