Preparação de esteres catalisada pela lipase de Burkholderia cepacia imobilizada em microesferas de quitosana

Abstract

Neste trabalho foram preparados quatro suportes à base de quitosana para a imobilização da lipase de Burkholderia cepacia (LPS-SD, 23.000 U/g). Cada suporte foi preparado por meio da prévia formação de microesferas de quitosana, seguida de reação de reticulação empregando glutaraldeído, genipin, tripolifosfato de sódio (TPP) ou uma mistura entre estes dois últimos como agentes de reticulação. Foram avaliados o tempo de reticulação, concentração do agente reticulante e, em alguns casos, o pH da solução. As modificações morfológicas e as interações químicas entre as microesferas de quitosana com os diferentes agentes reticulantes foram investigados por espectroscopia na região do infravermelho, microscopia eletrônica de varredura e ensaio de ninidrina. De modo geral, observou-se que a concentração do agente reticulante e o pH foram fatores que tiveram pouca influência nas intensidades de interação dos reticulantes com a quitosana, resultando em microesferas de tamanho médio entre 600-1130 µm, dependendo das condições de reação empregadas. Posteriormente, a LPS-SD foi imobilizada nas microesferas de quitosana reticuladas e estes sistemas foram utilizados para catalisar reações de transesterificação do geraniol, citronelol e n-decanol com diferentes doadores acila (acetatos de vinila e isopropenila, além de propionato e laurato de vinila) em meio orgânico. Foram avaliados a influência da temperatura (25-45 ºC) e tempo de reação (48-72 h), da massa de lipase utilizada na imobilização (20-100 mg) e da razão molar entre o acetato de vinila e o geraniol. Após imobilização, a LPS-SD se manteve estável e ativa em condições brandas de reação (35 °C em até 72 h de reação). A influência de solventes orgânicos e de líquidos iônicos nas reações biocatalisadas também foi investigada, em que foi possível observar que a LPS-SD imobilizada teve suas propriedades catalíticas mais preservadas em solventes de baixa polaridade. Por outro lado, o uso de líquidos iônicos como aditivos não obteve melhora significativa nas conversões a ésteres. Além disso, foi possível reutilizá-la, com perdas graduais na atividade catalítica, por até 120 dias de estocagem. Portanto, os suportes preparados se mostraram ser de baixo custo, biodegradáveis e eficientes para a imobilização da LPS-SD, que se manteve estável, permitindo a sua reutilização em mais de um ciclo reacional sem grandes perdas em sua atividade catalítica.

Abstract : In this work, four chitosan-based supports were prepared for immobilization of Burkholderia cepacia lipase (LPS-SD, 23.000 U/g). Each support was prepared by prior formation of chitosan beads followed by crosslinking reaction employing glutaraldehyde, genipin, sodium tripolyphosphate (TPP) or a mixture between the latter two as crosslinking agents. The crosslinking time, the concentration of crosslinking agents and, in some cases, the pH of the solution, were evaluated. The morphological modifications and chemical interactions between chitosan beads with the varying crosslinking agents were investigated by infrared spectroscopy, scanning electron microscopy, and ninhydrin assay. In general, it was observed that the concentration of the crosslinking agent and the pH were factors that showed minor influence on the intensities of interaction of the crosslinker with chitosan, resulting in medium-sized beads ranging from 600- 1130 µm, depending on the employed reaction conditions. Later, LPS-SD was immobilized on the crosslinked chitosan beads and these systems were used to catalyze transesterification reactions of geraniol, citronellol and n-decanol with several acylating agents (vinyl and isopropenyl acetate, besides vinyl propionate and laurate) in organic medium. The influence of temperature (25-45 ºC) and reaction time (24-72 h), the mass of the lipase used for immobilization (20-100 mg), and the molar ratio between the vinyl acetate and geraniol were evaluated. After immobilization, LPS-SD remained stable and active under mild reaction conditions (35 °C for up to 72 h of reaction). The influence of organic solvents and ionic liquids on the biocatalysed reactions was also investigated, in which was possible to observe that the immobilized LPS-SD showed greater catalytic activity employing non-polar solvents. On the other hand, the use of ionic liquids as additives did not show significant improvement in the conversions to the esters. In addition, the immobilized lipase was reused, with gradual losses in the catalytic activity, for up to 120 days of storage. Therefore, the prepared supports proved to be of low-cost, biodegradable, and efficient for the immobilization of LPS-SD, which remained stable, allowing its reuse in more than one reaction cycle without great losses in its catalytic activity.