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ORCID:  http://orcid.org/0000-0003-3656-9373
Tipo do documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Título: Imobilização da lipase de Pichia pastoris em óxido de grafeno: Uma abordagem integrada a hidrólise enzimática com separação simultânea empregando biorreator de membrana
Título(s) alternativo(s): Immobilization of Pichia pastoris lipase in graphene oxide: An integrated approach to enzyme hydrolysis with simultaneous separation using membrane bioreactor
Autor(es): Pacheco, Bruna Jeanne Soares
Primeiro orientador: Cardoso, Vicelma Luiz
Primeiro coorientador: Vieira, Rafael Bruno
Primeiro membro da banca: Finzer, José Roberto Delalibera
Segundo membro da banca: Kamimura, Eliana Setsuko
Terceiro membro da banca: Guidini, Carla Zanella
Quarto membro da banca: de Paula, Ariela Veloso
Resumo: A tecnologia enzimática tem experimentado um notável avanço no campo da bioquímica, evidenciando as enzimas como catalisadores biológicos altamente eficientes para impulsionar reações bioquímicas. Paralelamente, a tecnologia de separação por membranas tem suscitado considerável interesse, em virtude de suas vantagens frente aos métodos de separação tradicionais. Operações de separação do bioproduto concomitante a operação de hidrólise enzimática se torna interessante para a escala industrial tanto em ganhos de produtividade como no custo final do produto. O estudo propõe o uso do Óxido de grafeno como suporte para imobilização da lipase de Pichia pastoris, empregando o biocatalisador imobilizado e livre, integrado à investigação da produção de membranas de acetato de celulose aplicada na hidrólise enzimática com separação simultânea do óleo de soja residual. Foram identificados o melhor carregamento enzimático, temperatura e pH ótimos e tempo de imobilização, também, a estabilidade térmica e os parâmetros de Cinética e Termodinâmica de desativação foram definidos para a enzima livre e imobilizada. O complexo ainda foi caracterizado por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia de absorção da região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). As membranas foram fabricadas em diferentes tempos de pré-evaporação e espessura e sua morfologia analisada por MEV e a molhabilidade através do Ângulo de contato. Os resultados revelam a melhor membrana de acetato de celulose produzida em 30 seg e 1 mm de espessura, resultando em 55,58% ± 2,78 de ácidos graxos livres (AGL) na hidrólise enzimática em biorreator de membrana e 100% de rejeição do óleo na membrana, utilizando a lipase em forma livre, em 4h. Por fim, empregando o biocatalisador imobilizado, o processo com separação simultânea resultou em 35,67% ± 1,02 de AGL e 0,82% ± 0,05 no permeado, também com 100% de rejeição do óleo na membrana. Os produtos foram avaliados por FTIR e os triglicerídeos, diglicerídeos e monoglicerídeos quantificados através de Cromatografia líquida de alta performance (HPLC). Pós 5 ciclos, a atividade de hidrólise da lipase imobilizada permaneceu em 75,62% ± 5,14. O estudo amplia o entendimento sobre a imobilização de enzimas, enfatizando a viabilidade do óxido de grafeno como suporte e a eficiência da separação por membrana simultânea da hidrólise enzimática, beneficiando-se de eficiência e economia.
Abstract: Enzyme technology has experienced notable advancement in the field of biochemistry, highlighting enzymes as highly efficient biological catalysts to drive chemical reactions. At the same time, membrane separation technology has aroused considerable interest, due to its advantages over traditional separation methods. The study proposes the use of graphene oxide as a support for the immobilization of lipase from Pichia pastoris, using the immobilized and free biocatalyst, integrated into the investigation of the production of cellulose acetate membranes applied in enzymatic hydrolysis with simultaneous separation of residual soybean oil. The best enzyme loading, optimum temperature and pH and immobilization time were defined, as well as thermal stability and d eactivation Kinetic and Thermodynamic parameters were defined for the free and immobilized enzyme. The complex was further characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM) and Infrared Absorption Spectroscopy (FTIR). The membranes were manufactured at different pre-evaporation times and thicknesses and their morphology was analyzed by SEM and wettability through the contact angle. The results reveal the best cellulose acetate membrane produced in 30 sec and 1 mm thick, resulting in 55.58% ± 2.78 free fatty acids (FFA) in enzymatic hydrolysis in a membrane bioreactor and 100% rejection of oil in the membrane, using lipase in free form, in 4h. Finally, using the immobilized biocatalyst, the process with simultaneous separation resulted in 35.67% ± 1.02 of FFA and 0.82% ± 0.05 in the permeate, also with 100% oil rejection in the membrane. The products were evaluated by FTIR and triglycerides, diglycerides and monoglycerides were quantified using High Performance Liquid Chromatography (HPLC). After 5 cycles, the hydrolysis activity of the immobilized lipase remained at 75.62% ± 5.14. The study expands the understanding of enzyme immobilization, emphasizing the viability of graphene oxide as a support and the efficiency of simultaneous membrane separation of enzymatic hydrolysis, benefiting from efficiency and economy.
Palavras-chave: Imobilização
Immobilization
Enzima
Enzyme
Óxido de grafeno
Graphene oxide
Membrana de acetato de celulose
Cellulose acetate membrane
Biorreator com membrana
Membrane bioreactor
Engenharia química
Chemical engineering
Área(s) do CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
Assunto: Engenharia química
Idioma: por
País: Brasil
Editora: Universidade Federal de Uberlândia
Programa: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Referência: PACHECO, Bruna Jeanne Soares. Imobilização da lipase de Pichia pastoris em óxido de grafeno: Uma abordagem integrada a hidrólise enzimática com separação simultânea empregando biorreator de membrana. 2025. 92 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.783.
Identificador do documento: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.783
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/44730
Data de defesa: 10-Dez-2024
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS): ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
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