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ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-5821-5069
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Embargado
Embargo Date: 2024-11-26
Title: Estudo da imobilização de alfa-amilase (Termamyl 2X) na resina Duolite A-568
Alternate title (s): Study of the immobilization of alpha-amylase (Termamyl 2X) in Duolite A-568 resin
Author: Silva, Fernanda Santos
First Advisor: Ribeiro, Eloízio Júlio
Second Counselor: Resende, Miriam Maria de
First member of the Committee: Kamimura, Eliana Setsuko
Second member of the Committee: Batista, Fabiana Regina Xavier
Third member of the Committee: Ferreira, Juliana de Souza
Summary: O amido é o segundo polissacarídeo mais abundante no mundo e é o carboidrato mais importante da dieta humana. Ele se encontra distribuído em grânulos, de natureza semicristalina, e é composto por duas macromoléculas: a amilose, essencialmente linear, e a amilopectina, extremamente ramificada. Muitas das aplicações industriais do amido dependem da hidrólise desse composto e esta tem sido preferencialmente realizada com a utilização de enzimas amilases. Estas podem ser utilizadas nas formas livre e imobilizada, porém a forma imobilizada apresenta várias vantagens, como possibilidade de aumento da atividade e da estabilidade. Nesse trabalho, foi feito o estudo do processo de imobilização da enzima α-amilase, Termamyl® 2X, em resina de troca iônica, Duolite® A-568. Primeiramente, foram avaliados: a atividade da Termamyl® 2X livre a 0,2% v/v; sua estabilidade em relação ao pH, por 2h, a 0,05% v/v e os testes preliminares para definir a melhor temperatura de imobilização por adsorção. Na sequência, foi feito um delineamento composto central (DCC), no qual foram avaliados a influência do pH, do tempo e da concentração de enzima nas seguintes respostas do processo de imobilização por adsorção: atividade da enzima imobilizada (AI), atividade recuperada (AR) e eficiência (Ef). A partir desse DCC, foram definidas as condições ótimas e foram feitos testes preliminares nessa condição para definir o procedimento de ligação cruzada com glutaraldeído a ser testado: antes ou após a adição de enzima. A partir disso, foi realizado um segundo DCC, no qual foram avaliados a influência da concentração de glutaraldeído e do tempo de reticulação nas respostas AI, AR e Ef, no processo de imobilização por ligação cruzada. Também foi feita a otimização desse planejamento e foi selecionada a condição mais adequada (0,2% m/v de glutaraldeído e tempo de reticulação de 25 minutos), na qual foram avaliados a atividade da enzima imobilizada, a estabilidade em relação ao pH, a estabilidade de armazenamento (a 4°C e pH 6,5, por 25 dias), feita também para a condição ótima do DCC de imobilização por adsorção, e o número de reusos. A enzima livre e a imobilizada por ligação cruzada apresentaram atividade ótima em pH 7,00. A enzima livre se apresentou mais estável em pHs 7,00 e 7,50, mantendo, respectivamente, 62,10% e 60,57% de atividade residual, enquanto a enzima imobilizada se apresentou mais estável em pH 7, mantendo 43,20% de atividade residual. No primeiro DCC, foi definida a temperatura de 25°C e a condição ótima obtida para a imobilização foi a seguinte: pH 4,82, tempo de 15 minutos e concentração de enzima de 0,878 % v/v. No segundo DCC, foi estabelecido que a ligação cruzada devia ser feita anteriormente à adição de Termamyl® 2X e a condição ótima obtida foi: 0,00% m/v de glutaraldeído e tempo de reticulação de 25 minutos. Em ambos os procedimentos de imobilização foi bem sucedida a validação dos pontos ótimos. Ao comparar os dois DCCs, observou-se que o primeiro DCC apresentou respostas melhores: 77,70 U para AI, 30,43% para AR e 54,84% para Ef. No processo de imobilização por ligação cruzada, as respostas obtidas foram: 35,66 U for AI, 31,38 % for AR e 46,51 % for Ef. Após armazenamento de 25 dias, em pH 6,5 a 4°C, a enzima imobilizada por adsorção apresentou atividade residual de 9,57% e a enzima imobilizada por ligação cruzada apresentou 18,23% de atividade residual. Em relação ao número de reusos, após três ciclos a enzima imobilizada por ligação cruzada apresentou atividade residual e estabilidade significativas.
Abstract: Starch is the second most abundant polysaccharide in the word and it is the main carbohydrate in the human diet. It is distributed in granules, with a semycristalline nature and it is composed of two macromolecules: amylose, an essentially linear polysaccharide, and amylopectin, an extremely branched one. Many of the industrial applications of starch depend on the hydrolysis of this compound and it has been preferentially carried out with the use of amylase enzymes. They can be used free and immobilized, but the immobilized form has several advantages, like the possibility of increasing enzyme activity and stability. In this research, the immobilization process of the enzyme α-amylase, Termamyl® 2X, in ion exchange resin, Duolite® A-568, was studied. First, the following points were evaluated: the activity of free Termamyl® 2X, 0.2 % v/v; it’s stability in relation to pH, for 2 hours, at 0.05 % v/v and preliminary tests to define the best temperature of immobilization by adsorption. Then, a central composite design (CCD) was defined, in which the influence of pH, time and enzyme concentration on the following responses of the immobilization by adsorption were evaluated: immobilized enzyme activity (IA), recovered activity (RA) and efficiency (Ef). From this CCD, the optimal conditions were defined and preliminary tests were carried out in this condition to define the crosslinking procedure with glutaraldehyde to be tested: before or after the addition of the enzyme. After this, a second CCD was carried out, in which the influence of glutaraldehyde’s concentration and the crosslinking time on the responses IA, RA and Ef, in the process of immobilization by crosslinking, were evaluated. The optimization of this planning was also carried out and, in a defined condition (0,2% w/v of glutaraldehyde and crosslinking time of 25 minutes), the activity of the immobilized enzyme, the stability in relation to pH, the storage stability (at 4 °C and pH 6.50, for 25 days), also performed for the optimal condition of the immobilization by adsorption, and the number of reuses were studied. The free enzyme and the immobilized one by crosslinking showed optimum activity at pH 7.00. The free enzyme was more stable at pH 7.00 and 7.50, keeping 62.10% and 60.57% of residual activity, respectively, while the immobilized enzyme showed optimum better stability at pH 7.00, keeping 43,20% of residual activity. In the first CCD, the temperature of 25°C was defined and the optimal condition obtained for the immobilization was as follows: pH 4.82, time of 15 minutes and enzyme concentration of 0.878 % v/v. In the second CCD, it was established that crosslinking should be done prior to the addition of Termamyl® 2X and the optimum condition obtained was: 0.00 % w/v of glutaraldehyde and crosslinking time of 25 minutes. In both immobilization procedures, the validation of the optimal points was successful. When comparing the two CCDs, it was observed that the first one revealed better results: 77.70 U for IA, 30.43 % for RA and 54.84 % for Ef. Immobilization by crosslinking showed the following results: 35.66 U for IA, 31.38 % for RA and 46.51 % for Ef. After 25 days of storage at pH 6.5 and at 4 °C, the enzyme immobilized by adsorption showed a residual activity of 9.57 % and the enzyme immobilized by crosslinking showed 18.23 % of residual activity. Regarding the number of reuses, after three cycles, the enzyme immobilized by crosslinking presented significant residual activity and stability.
Keywords: amido
imobilização
α-amilase
resina de troca iônica
adsorção
ligação cruzada
starch
immobilization
alpha-amylase
ion exchange resin
adsorption
crosslinking
Engenharia química
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
Subject: Engenharia química
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: SILVA, Fernanda Santos. Estudo da imobilização de alfa-amilase (Termamyl 2X) na resina Duolite A-568. 2020. 133 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2020. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.759.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.759
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/32379
Date of defense: 26-Nov-2020
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