Imobilização de celulase em nanopartículas magnéticas encapsuladas em poli (metacrilato de metila)

Abstract

As celulases têm sido amplamente empregadas em diversos segmentos industriais. Apesar das inúmeras vantagens, a aplicação dessas enzimas ainda é limitada devido ao seu elevado custo. A principal alternativa estudada para contornar esse problema é a imobilização em suportes sólidos. As nanopartículas magnéticas têm se mostrado uma excelente alternativa, pois apresentam propriedades ideais para imobilização de enzimas. As nanopartículas são facilmente oxidadas e tendem a se aglomerar ao longo do tempo. Assim, é necessário que as mesmas sejam revestidas para evitar contato com o meio reacional. O presente trabalho teve como objetivo estudar a imobilização da celulase em nanopartículas magnéticas encapsuladas em poli(metacrilato de metila). A caracterização das nanopartículas foi realizada por meio de análises de morfologia, diâmetro médio, comportamento magnético e decomposição térmica. As nanopartículas magnéticas encapsuladas apresentaram comportamento superparamagnético e diâmetro médio de 150 nm. Para concentração de 5% (v/v) de glutaraldeído e 100 mg/mL de enzima, foi obtido 49% de eficiência de imobilização, o que corresponde a 0,180 U/mL. Comparando com a enzima na forma livre, a celulase imobilizada apresentou a mesma faixa de pH ótimo, comportamento semelhante para a estabilidade térmica e ampliação da faixa ótima de temperatura. A capacidade de reuso foi testada e 69% da atividade enzimática inicial foi mantida após oito ciclos de uso. Os resultados de aplicação na hidrólise de bagaço de cana e biopolimento de fios de algodão comprovaram o elevado potencial de aplicação da celulase imobilizada. A metodologia de imobilização desenvolvida nesse trabalho se mostrou promissora e importante para a consolidação da tecnologia.<br>

Abstract: Cellulases have been widely used in serious industrial process. Despite numerous advantages, the cellulase application is still limited due to its high cost. The main alternative studied to circumvent this problem is immobilization on solid supports. Magnetic nanoparticles have been shown excellent properties for enzymes immobilization. The nanoparticles are easily oxidized and tend to agglomerate in a long term. Thus, magnetic nanoparticles should be coated with materials that prevent their contact with the reaction medium. This study aimed to investigate the immobilization of cellulase on magnetic nanoparticles encapsulated in poly (methyl methacrylate). The characterization of these nanoparticles was performed by morphology, average diameter, magnetic behavior and thermal decomposition analysis. The magnetic nanoparticles encapsulated showed superparamagnetic behavior and average diameter of 150 nm. When 5% (v/v) of glutaraldehyde and 100 mg/mL of enzyme was applied, the immobilization efficiency reached 49%. This percentage corresponds to 0.18 U/mL. Compared to the free enzyme, immobilized cellulase showed the same range of optimum pH, similar behavior to the thermal stability and expansion of the optimal temperature range. The reuse capacity was tested and 69% of the initial enzyme activity was maintained after eight cycles of use. The application results in sugarcane bagasse hydrolysis and biopolishing of cotton yarn confirmed the high potential for application of immobilized cellulase. Immobilization methodology developed in this work was promising and important for the consolidation of this technology.