Avaliação do efeito da inibição da celulase no biopolimento de substrato de algodão

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaAs enzimas celulásicas vêm sendo amplamente utilizadas em substituição aos produtos químicos nas indústrias têxteis em etapas de biopolimento, conferindo aos artigos têxteis maior maciez e melhor acabamento superficial através de um processo ambientalmente correto. Neste contexto, o foco deste trabalho foi avaliar a etapa de biopolimento sob diferentes condições reacionais. Os processos enzimáticos, e em particular a aplicação de celulase investigada neste trabalho, apresentam limitantes como a inibição proporcionada pelos produtos solúveis da reação, afetando diretamente a cinética enzimática. Além disso, a aplicação de celulase na etapa de biopolimento forma como subproduto microfibrilas insolúveis de algodão, que após secas geram um fino pó que acompanham principalmente os artigos felpudos acabados, dando um aspecto indesejável ao produto final. Neste trabalho, aplicou-se celulase comercial sobre tecido felpudo na presença dos inibidores glicose e celobiose, com o objetivo de avaliar o grau de redução da atividade enzimática, a adsorção da celulase sobre o substrato, perda de massa da amostra e geração do pó resultante da clivagem das fibras de algodão pela celulase e posterior análise de suas características físicas. Inicialmente, em escala de bancada, o processo de biopolimento foi simulado utilizando-se concentrações enzimáticas de 5,0 a 50,0 L/gsubstrato e agitação orbital branda, através de shaker em banho termostático, na presença de concentrações iniciais dos inibidores glicose e celobiose. Nesta etapa avaliou-se o efeito dos inibidores (a) em tratamento com diferentes concentrações de celulase após 1 h de hidrólise e (b) através de cinética enzimática a uma concentração de 50,0 L/gsubstrato, onde amostras foram coletadas ao longo do período de reação. Por meio destes experimentos foi possível observar uma maior ação inibitória da glicose sobre as enzimas que compõem o complexo celulásico. Já para a celobiose não se observou um grande inibidor nas condições de teste. No processo com sobrecarga enzimática (342,5 L/gsubstrato), 3 h de tratamento e agitação mecânica intensa através de equipamento laboratorial de tingimento e testes de solidez à lavagem, os resultados foram similares ao processo anterior, contudo o efeito de inibição da celobiose tornou-se mais pronunciado após 1 h de tratamento. Além disso, observou-se ao longo do processo um aumento na adsorção da celulase sobre o substrato quando aplicado glicose e celobiose, obtendo-se uma adsorção ao fim de 180 min de 3,84 e 3,54 mg/gsubstrato, respectivamente. Já na ausência de concentrações iniciais dos inibidores, a adsorção foi de 2,91 mg/gsubstrato. Foi possível, através da utilização de sobrecarga enzimática, a obtenção e quantificação do pó de algodão. Este pó, após tratamento de lavagem, secagem e pesagem, foi submetido à análise de difração de raio X para avaliação do grau de cristalinidade e imagens superficiais através de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Os resultados de cristalinidade e análise superficial dos fragmentos de algodão não apresentaram diferenças expressivas para os tratamentos na ausência e na presença de concentrações iniciais dos inibidores glicose e celobiose. Os resultados deste trabalho são importantes para balizar a aplicação do biopolimento de tecidos felpudos de algodão na indústria têxtil, evitando as condições que favoreçam a geração de pó no produto final.The cellulase enzymes are being largely used substituting the chemicals agents in textile industry in bio-polishing process, giving to the textile fabrics softness and superficial finishing through an environmental correct process. Over this context, the focus of this work is to evaluate the bio-polishing process with different reaction conditions. The enzymatic processes, through the cellulase application, have limitations as an inhibition proportionate by the soluble products of the reaction, directly affecting the enzymatic kinetics. Moreover, the cellulase application in the bio-polishing step makes insoluble microfibrils of cotton as byproduct, generating a fine powder that, after dried, accompany the terry towels until the consumer, making an unwanted aspect to the final product. In this work, commercial cellulase was applied on terry cloth in the presence of inhibitors glucose and cellobiose, in order to evaluate the reduction of enzymatic activity degree, the cellulase adsorption on the substrate, weight losses of the sample and obtainment of cotton powder followed by analysis of their physical characteristics. Initially in bench scale, the bio-polishing process was simulated under conditions of enzyme concentration ranging from 5,0 to 50,0 L/gsubstrate and mild orbital agitation, through shaker in termostated bath, in the presence of inhibitors glucose and cellobiose. In this stage the inhibitors' effects was evaluated (a) in treatment with different celulase concentrations after 1 hour of hydrolysis and (b) through enzyme kinetics at a concentration of 50,0 L/gsubstrate, on which samples were collected througout the period of reaction. Through these experiments it was possible to observe a greater glucose inhibitory action over the enzymes that compose the celulasic complex. Yet the cellobiose was not observed as a great inhibitor in the test conditions. In the process with enzymatic overload (342,5 L/g), 3 hour treatment and intense mechanical agitation through the laboratory equipment of dyeing and wash fastness test, obtained similar results comparing to the previous process, however the cellobiose´s inhibitory effect became more pronounced after 1 hour treatment. Furthermore, it was observed through the process a raise in the cellulase adsorption over the substrate when applied glucose and cellobiose, yielding an adsorption of 3,84 and 3,54 mg/gsubstrate at the end of 180 minutes, respectively. Yet in the absence of initial inhibitors concentration, the adsorption was 2,91 mg/gsubstrate. It was possible, through the use of enzymatic overload, to obtain and quantificate the cotton powder. This powder, after washing, drying and weighing treatment, was subjected to x-ray diffraction analysis to evaluate the crystallinity index and superficial images by Scanning Electron Microscope (SEM). The results of cristallinity and superficial analysis of cotton's fragments didn't show expressive differences to the treatments in the absence and presence of initial concentrations of inhibitors glucose and cellobiose. The results of this issue are important to guide the application of bio-polishing of cotton terry fabrics in the textily industry, avoiding the conditions that foment the beget of powder in the final product