Imobilização da lipase de Pseudomonas fluorescens em suportes à base de quitosana e amido polialdeídico para utilização em biocatálise

Orientadora: Profa. Dra. Nadia KriegerDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química. Defesa : Curitiba, 25/01/2021Inclui referências: p. 88-97Resumo: Este trabalho teve como objetivo imobilizar a lipase comercial de Pseudomonas fluorescens em suportes à base de quitosana (QTS) e amido polialdeídico (AP) e a aplicação dos derivados imobilizados em biocatálise. Inicialmente, a quitosana em pó foi gelificada em uma solução de ácido acético 2,5% (v v-1) e convertida em esferas através da precipitação por gotejamento em solução de NaOH e etanol. Após a filtração e secagem, as esferas foram modificadas com glutaraldeído (GA) (3% v v-1) e com amido polialdeídico com diferentes teores aldeídicos (0,77 - 8,0 mmol g-1). O amido polialdeídico foi obtido através da oxidação seletiva do amido de milho com periodato de sódio. Foram obtidos os suportes, quitosana derivatizada com glutaraldeído (QTS/GA) e com amido polialdeídico (QTS/AP). Estes suportes foram caracterizados por espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), grau de crosslinking, área superficial e distribuição do tamanho do poro. Os suportes QTS/GA e QTS/AP foram utilizados para imobilizar a lipase, resultando nos derivados QTS/GA/LAK e QTS/AP(I-V)/LAK. Foram investigados os principais parâmetros do processo de imobilização: eficiência de imobilização (E), retenção de atividade (R) e atividade de hidrólise em meio orgânico. As eficiências de imobilização foram 59% para QTS, 85% para QTS/GA e 98% para QTS/APV, em apenas 5 h. A lipase imobilizada em QTS/GA e QTS/APIII manteve 95% de sua atividade residual após incubação a 50 °C; a 70 °C, a atividade foi mantida em 60% para QTS/GA/LAK e em 74% para QTS/APIII/LAK, após incubação de 8 h em n-hexano. QTS/APIII/LAK também se mostrou estável em isooctano (log P 4,35), n-heptano (log P 4,0) e n-hexano (log P 3,5), mantendo mais de 80% de sua atividade após 8 h de incubação a 35 °C. As atividades de hidrólise contra tricaprilina em n-hexano para LAK imobilizada em QTS, QTS/GA/LAK e QTS/APIII/LAK foram de 5 U g-1, 153 U g-1 e 156 U g-1, respectivamente. Entre os três preparados enzimáticos avaliados, as atividades de esterificação foram de 3,2 U g- 1, 44 U g-1 e 124 U g-1, respectivamente, na síntese de oleato de etila em n-hexano, com 5%, 47% e 72% de conversão em 6 h, a 40 °C. QTS/GA/LAK e QTS/APIII/LAK foram utilizados para catalisar reações em sistemas livres de solvente, na síntese do cinamato de etila, um éster de aroma, obtendo-se conversões de 59% e 83%, respectivamente, em 40 h, a 50 °C. Os derivados imobilizados QTS/GA/LAK e QTS/APIII/LAK foram utilizados na resolução cinética dos álcoois (RS)-1-feniletanol e (RS)-1-fenilpropanol por reações de transesterificação com acetato de vinila. Foram obtidos excelentes valores de excesso enantiomérico (ee >95%) e coeficiente de enantiosseletividade (E > 200) para os isômeros (R) de ambos os substratos avaliados. Os resultados reportados neste trabalho são promissores, complementam a literatura e fundamentam estudos futuros para o desenvolvimento de aplicações da quitosana e do amido polialdeídico em biocatálise.Abstract: This work aimed to immobilize the commercial lipase of Pseudomonas fluorescens on supports based on chitosan (CHT) and polyaldehyde starch (PS) and the application of immobilized derivatives in biocatalysis. Initially, the chitosan powder was gelled in a 2.5% acetic acid solution (v v-1) and converted into spheres through drip precipitation in NaOH and ethanol solution. After filtration and drying, the spheres were modified with glutaraldehyde (GA) (3% v v-1) and with polyaldehyde starch with different aldehyde levels (0.77 - 8.0 mmol g-1). Polyaldehyde starch was obtained through the selective oxidation of corn starch with sodium periodate. The obtained supports were, chitosan derivatized with glutaraldehyde (CHT/GA) and with polyaldehyde starch (CHT/PS). These supports were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), degree of crosslinking, surface area and pore size distribution. The CHT/GA and CHT/PS supports were used to immobilize the lipase, resulting in the CHT/GA/LAK and CHT/PS(I-V)/LAK derivatives. The main parameters of the immobilization process were investigated: immobilization efficiency (E), activity retention (R) and hydrolysis activity in organic medium. Immobilization efficiencies were 59% for CHT, 85% for CHT/GA and 98% for CHT/PSV, in just 5 h. The lipase immobilized in CHT/GA and CHT/PSIII maintained 95% of its residual activity after incubation at 50 °C; at 70 °C, the activity was maintained at 60% for CHT/GA/LAK and at 74% for CHT/APIII/LAK, after 8 h incubation in n-hexane. CHT/PSIII/LAK was also stable in isooctane (log P 4.35), n-heptane (log P 4.0) and n-hexane (log P 3.5), maintaining more than 80% of its activity after 8 h incubation at 35 °C. For LAK immobilized in CHT, CHT/GA and CHT/APIII the hydrolysis activities against tricapriline in hexane were 5 U g-1, 153 U g-1 and 156 U g-1, respectively. Among the three enzyme preparations evaluated, the esterification activities were 3.2 U g-1, 44 U g-1 and 124 U g-1, respectively, in the synthesis of ethyl oleate in n-hexane, with 5%, 47% and 72% conversion in 6 h at 40 °C. The derivatives CHT/GA/LAK and CHT/APIII/LAK were used to catalyze reactions in solvent-free systems, in the synthesis of ethyl cinnamate, an aroma ester, obtaining conversions of 59% and 83%, respectively, in 40 h at 50 °C. The immobilized derivatives CHT/GA/LAK and CHT/APIII/LAK were used in the kinetic resolution of alcohols (RS)-1- phenylethanol and (RS)-1-phenylpropanol via transesterification reactions with vinyl acetate. Excellent values of enantiomeric excess (ee> 95%) and enantioselectivity coefficient (E> 200) for the (R) isomers of both evaluated substrates were obtained. The results reported in this work are promising, complement the literature and support future studies for the development of applications of chitosan and polyaldehyde starch in biocatalysis