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Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Otimização do processo de imobilização de Beta - galactosidase de Aspergillus oryzae em alginato de sódio com gelatina e glutaraldeído
Author: Freitas, Fernanda Ferreira
First Advisor: Ribeiro, Eloizio Julio
First coorientator: Cardoso, Vicelma Luiz
First member of the Committee: Coutinho Filho, Ubirajara
Second member of the Committee: Resende, Miriam Maria de
Third member of the Committee: Badino Junior, Alberto Colli
Fourth member of the Committee: Alegre, Ranulfo Monte
Summary: Neste trabalho estudou-se a influência conjunta das concentrações de alginato de sódio, gelatina e glutaraldeído no processo de imobilização de Beta-galactosidase de Aspergillus oryzae e a cinética de hidrólise de lactose pela enzima nas formas solúvel e imobilizada. A cinética da enzima na forma livre foi estudada a 35°C, a pH 4,5, verificando que para concentrações de substrato de até 90g/L o modelo de Michaelis- Menten se ajustou aos resultados experimentais, com valores de Km e Vm iguais a 17,83 g/L (52,13 mM) e 1032,07 gglicose/L.min.mg proteína respectivamente. A galactose atuou como um inibidor competitivo na cinética da enzima na forma livre, apresentando constantes cinéticas Ki e Km com valores iguais a 1,015 e 17,61 g/L respectivamente. A enzima apresentou-se estável na faixa de pH de 4,5 a 7 e temperatura de máxima atividade de 55°C, com energia de ativação de 6,9 kcal/mol. A estabilidade térmica da enzima foi estudada na faixa de 53 a 65°C, apresentando meia vida de 7,7 horas a 53°C. A energia de ativação do processo de desativação térmica foi de 88,14 kcal/mol. Por meio de um planejamento composto central as concentrações de alginato de sódio, gelatina e glutaraldeido que maximizaram a atividade de b-galactosidase de Aspergillus oryzae no processo de imobilização foram, respectivamente, 6,60% (p/v), 4,05% (p/v) e 3,64% (v/v). A enzima imobilizada apresentou queda de 20% na atividade após 25 usos. O rendimento de imobilização encontrado foi de 30%. A atividade enzimática para a forma imobilizada foi máxima a pH a 5,0, a 60ºC, determinados através de um planejamento composto central. A energia de ativação da reação usando a enzima imobilizada foi 7,74 kcal/mol. O biocatalisador imobilizado apresentou-se estável na faixa de pH de 4,5 a 7. O tempo de meia vida da enzima imobilizada foi 12,8 horas a 53°C apresentando energia de ativação do processo de desativação térmica de 72,03 kcal/mol. A influência da concentração de substrato foi estudada para uma faixa de 5 a 140g/L de lactose e o Modelo de Michaelis-Menten ajustou-se bem aos dados experimentais, com valores de Vm e Km de 1032,07 glactose/min.m3catalisador e 20,62 g/L (60,3 mM), respectivamente. Em relação à enzima na forma imobilizada observou-se pequena resistência à transferência de massa de lactose nas partículas do biocatalisador, em função dos altos valores do fator de efetividade. O modelo de inibição competitivo ajustou-se bem aos dados experimentais e os valores de Km e Ki calculados foram 16,7 e 9,6g/L, respectivamente.
Abstract: In this work was studied the simultaneous influence of sodium alginate, gelatin and glutaraldehyde concentrations in the immobilization process of Beta-galactosidase from Aspergillus oryzae and the kinetic of lactose hydrolysis by the enzyme in the soluble and immobilized forms. The free enzyme was studied at 35°C and in a pH of 4.5, showing that for substrate concentrations up to 90g/L, the Michaelis-Menten model fitted the experimental data, with a Km and Vm value of 17.83 g/L (52.13 mM) and 1032.07 gglicose/L.min.mg proteína respectively. Galactose acted as a competitive inhibitor on the free enzyme kinetic, presenting kinect constants Ki and Km values of a 1.015 and e 17.61 g/L respectively. The enzyme was stable at pH values ranging from 4.5 to 7.0 and a maximum temperature activity of 55°C, with an activation energy of 6.9 kcal/mol. The thermal stability of the enzyme was studied from 53 to 65°C, presenting a half-life of 7.7 hours at 53°C. The activation energy for the thermal deactivation process was 88.14 kcal/mol. Through a central composite design, the sodium alginate, gelatin and glutaraldehyde concentrations that maximized the -galactosidase from Aspergillus oryzae activity in the inhibition process were, respectively, 6.60%(w/v), 4.05%(w/v) and 3.64%(v/v). The immobilized enzyme presented a 20% drop in activity after 25 uses. The immobilization yield found was 30%. The enzymatic activity for the immobilized form was maximum at pH of 5.0 and 60°C, determined through a central composite design. The reaction activation energy for the immobilized enzyme was 7.74 kcal/mol. The immobilized biocatalyst was stable on pH values ranging from 4.5 to 7.0. The half-life time of the immobilized enzyme was 12.8 hours at 53°C, with a activation energy for the thermal deactivation process value of 72.03 kcal/mol . The substrate concentration influence was studied from 5 to 140 g/L of lactose and the Michaelis-Menten model fitted the experimental data, with Vm and Km values of 1428.14 glactose/min.m3catalyst and 20.62 g/L (60.3 mM), respectively. It was observed a small resistance to lactose mass transfer at the biocatalyst particles, in the immobilized enzyme, due to the high effectiveness factor values. The inhibition model fitted the experimental data and the adjusted Km and Ki values were 16.7 and 9.6g/L, respectively.
Keywords: Lactase
Imobilização
Alginato de sódio
Otimização
Cinética enzimática
Imobilization
Sodium alginate
Optimization
En zyme kinetics
Enzimas
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Language: por
Country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Institution Acronym: UFU
Department: Engenharias
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: FREITAS, Fernanda Ferreira. Otimização do processo de imobilização de Beta - galactosidase de Aspergillus oryzae em alginato de sódio com gelatina e glutaraldeído. 2007. 247 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2007.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15100
Date of defense: 25-Oct-2007
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