immobilization of two lipases for use in pretreatment of wastewater from dairy industry

En este trabajo se preparó un sistema biocatalítico con un buen desempeño en la hidrólisis de aguas residuales con alto contenido de grasas como pretratamiento del tratamiento biológico anaerobio o aerobio de esta clase de aguas residuales. Se inmovilizaron dos clases de lipasas provenientes de los hongos, Candida rugosa (Tipo VII de Sigma Chemical Co.) y Rhizopus oryzae (Fluka) en quitina y bentonita modificada. La quitina se produjo a partir de los caparazones de jaibas mediante un tratamiento alcalino a alta temperatura, obteniéndose quitina con un grado de desacetilación de 37.2% y la bentonita procedente del Valle del Cauca–Colombia se modificó mediante la adsorción de la sal de amonio, cloruro de benciltrietilamonio (BTEA). Ambos soportes son económicos y con excelentes propiedades para la inmovilización de enzimas como biocompatibilidad, biodegradabilidad y gran afinidad por las proteínas. La caracterización de los soportes se realizó por medio de espectroscopía de infrarrojo (FT-IR), difracción de rayos X (DRX), adsorción y desorción de nitrógeno y el grado de desacetilación para la quitina se obtuvo por una técnica potenciométrica. La inmovilización se efectuó por inmersión del soporte en una solución de la proteína durante 22 h.; se evaluó el efecto de la temperatura y el pH sobre el proceso de inmovilización, determinando el porcentaje de inmovilización y la actividad retenida alas diferentes condiciones de temperatura (30, 35 y 40°C) y pH (6.5, 7.0 y 7.5) valoradas. La lipasa de Candida Rugosa inmovilizada en bentonita modificada a 35°C y pH 7, fue el mejor sistema biocatalítico, alcanzando un porcentaje de inmovilización y de retención de actividad del 48.05 y 14.68%, respectivamente. La constante de Michaelis-Menten (Km) y la velocidad de reacción máxima (Vmax) se estimaron experimentalmente y los valores de Km para la enzima libre e inmovilizada fueron 309.4 y 1647.3 ppm, respectivamente; mientras los valores de Vmax fueron 9.52 y 0.345 μmol ml-1 min-1 para la enzima libre e inmovilizada, respectivamente. Se evaluó el efecto de la temperatura y el pH sobre la estabilidad del sistema biocatalítico. La enzima inmovilizada fue estable a 45°C y pH 6.5, reteniendo el 82.37% de la actividad. Se determinó la eficiencia de la enzima inmovilizada en la reducción del contenido de grasas y la demanda química de oxígeno (DQO) de una muestra de agua residual producida a partir del proceso de elaboración de quesos, alcanzando una reducción de 66,9% en la concentración de grasas y el 19,2% de la DQO. Este estudio muestra el potencial de la lipasa inmovilizada como pre-tratamiento del tratamiento biológico de aguas residuales con altos contenidos de grasas / Abstract: In this work was prepared a biocatalytic system with good performance on the hydrolysis of wastewater with high fat content as pre-treatment of anaerobic or aerobic biological treatment of such wastewater. Lipases from the fungus Candida rugosa (Type VII by Sigma Chemical Co.) and Rhizopus oryzae (Fluka) were immobilized on chitin and modified bentonite. Chitin was insolated by crab shell, with an alkaline treatment at high temperature, a degree deacetylation of 37.2% was found for the chitin and the bentonite came from Valle del Cauca–Colombia was modified by intercalation with benzyltriethyl ammonium chloride (BTEA). Both of them display biocompatibility, biodegradability, high affinity with proteins and inexpensive. Thus, they are potentially useful for immobilization of enzymes. The characterization of the supports was carried out by infrared spectroscopy (FT-IR), X-ray diffraction (XRD), nitrogen sorption measurements, and the degree of deacetylation for chitin was determined by a potentiometric method. The immobilization were developed by dispersed the support in the proteins solution during 22 h., the effect of temperature and pH on the immobilization process were investigated measuring the protein immobilization yield and the retained activity at different temperatures (30, 35 and 40 °C) y pH (6.5, 7.0 and 7.5) conditions. Lipases by Candida Rugosa immobilized on modified bentonite at 35°C and pH 7 was the best biocatalytic system, reaching a percentage of immobilization and retention of activity of 48.05 and 14.68% respectively. The Michaelis-Menten constant (Km) and maximum reaction rate (Vmax) were estimated experimentally and the Km values of free and immobilized lipase were 309.4 and 1647.3 ppm, respectively whereas Vmax values were 9.52 and 0.345 μmol ml-1 min-1 of free and immobilized lipase. The effects of pH and temperature on stability of enzyme were also evaluated. The immobilized enzyme showed optimum stability at 45 °C and pH 6.5, retaining 82.37% activity. The efficiency of the immobilized enzyme on greases content reduction and chemical oxygen demand (COD) was determined; the results showed that COD and grease concentration reductions were about 66.9 and 19.2%, respectively. This study shows the potential of immobilized lipase as a pre-treatment step in biological treatment of wastewater whit high grease concentration.Maestrí