Síntese em ultrassom de nanopartículas paramagnéticas de magnetita modificadas com Lauril sulfato de sódio para imobilização de lipases

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2016.As lipases (triacilglicerol hidrolases) são uma classe de enzimas amplamente distribuídas entre os microrganismos, plantas e animais. Estes biocatalisadores possuem elevada seletividade, reagem em condições brandas produzindo menos subprodutos. A imobilização e o reuso são alternativas promissoras para ampliar o uso de enzimas nas indústrias reduzindo o custo do processo. Neste trabalho foi proposto o uso de suportes em dimensões nanométricas, sintetizados com ultrassom, possuindo propriedades paramagnéticas, com o objetivo de imobilizar as lipases de Rhizomucor miehei e de Candida antarctica B. Foram utilizadas técnicas de caracterização para a verificação da estrutura química e cristalina do suporte, suas propriedades magnéticas, área superficial e perfil termogravimétrico. Este suporte foi aplicado e na adsorção de lipases sendo a seguir aplicado na síntese de monocaprilina. Comparando com a técnica sem ultrassom, o uso deste fez com que a carga elétrica superficial fosse menor e o tamanho e estabilidade das partículas fossem maiores. A análise por difração de raios-X comprova que a técnica usada produziu somente magnetita. A análise de magnetização comprovou a característica paramagnética do suporte, comparável à da magnetita pura. Constatou-se que 80 % da imobilização da lipase ocorreu durante a primeira hora de contato da solução enzimática com o suporte. A análise de infravermelho mostrou os grupos químicos presentes no suporte antes da imobilização e comprovou que esta ocorreu através da identificação de grupos químicos associados a proteínas adsorvidas. A análise de microscopia eletrônica de transmitância mostrou que as partículas possuem tamanho médio de 10 nm. A análise do potencial zeta das partículas mostrou a baixa carga superficial destas indicando que estas tendem a aglomerar, porém, mantendo a área superficial superior às daquelas sintetizadas sem ultrassom. Os testes de estabilidade a solventes mostraram que a polaridade deste afeta a atividade enzimática sendo que quanto mais apolar for o solvente maior foi a elevação da atividade hidrolítica da lipase. Os testes de reuso mostraram que as enzimas imobilizadas foram usadas por até 16 ciclos de hidrólise. A síntese de monocaprilina foi usada como exemplo de aplicação. A melhor condição encontrada foi utilizando excesso molar de glicerol (razão 6:1, glicerol: ácido), 60 °C e 800 rpm utilizando a lipase CALB imobilizada a qual rendeu 40 % em massa de monocaprilina.Abstract : Lipases (triacylglycerol hydrolase) are a class of enzymes widely distributed in microorganisms, plants and animals. These biocatalysts have high selectivity, react under mild conditions producing less by-products. Immobilization and reuse are promising alternatives to expand the use of enzymes in industry by reducing the cost of the process. This work proposes the use of nanometric supports with paramagnetic properties synthesized under ultrasound waves with the purpose of immobilize the lipase Rhizomucor miehei and Candida antarctica B. Characterization techniques were used to verify the chemical and crystalline structure of the support, their magnetic properties, surface area and thermogravimetric profile. This support was used and studied in lipase adsorption isotherms and after it was applied in monocaprylin synthesis. Comparing with the ultrasound technique, without the ultrassound the surface charge was lower and the particle size and stability of the particles were larger. Analysis by X-ray diffractometry, shows that the technique used yielded only magnetite. The magnetization analysis proved the paramagnetic characteristic of comparable support of pure magnetite. It was found that 80 % of lipase immobilization occurred during the first hour of contact of the enzyme solution with the support. The infrared analysis showed the support chemical groups prior to immobilization and proved that this occurred through the identification of chemical groups associated with the adsorbed proteins. The analysis of electron microscopy transmittance showed that the particles have an average size of 10 nm. The analysis of the zeta potential of the particles showed the low surface charge of these indicating that they tend to agglomerate, but keeping the upper surface area of the synthesized those without ultrasound. The stability tests showed that the polarity solvents affect this enzymatic activity being the nonpolar solvents responsible by the elevation of the hydrolytic activity of lipase. Reuse tests showed that the immobilized enzymes were used for hydrolysis up to 16 cycles. The monocaprylin synthesis was used as the application example. The best condition was found using molar excess of glycerol (ratio 6:1 glycerol acid), 60 ° C and 800 rpm using immobilized lipase CALB which yielded 40% by weight of monocaprylin