Influência de campo magnético permanente no desempenho da ultrafiltração de lisozima e em suas propriedades físico-químicas

Abstract

A aplicação de campo magnético vem sendo estudada como forma de intensificar processos enzimáticos. Entretanto, sua aplicação ainda é escassa, limitada a poucas enzimas, e focada apenas na avaliação da atividade catalítica destas enzimas sem justificar os mecanismos envolvidos. Além disso, a aplicação de campo magnético, uma tecnologia de simples operação, baixo custo e mínimo impacto ambiental, tem sido utilizada como alternativa para melhorar o desempenho e a recuperação da permeabilidade de membranas após a Ultrafiltração (UF) de proteínas. A lisozima, por ser uma enzima modelo, com ampla disponibilidade e aplicação para a indústria de alimentos, além de apresentar umconhecimento detalhado quanto a sua estrutura nativa, gera a valorização de estudos quanto à elucidação dos mecanismos envolvidos em sua UF e no seu tratamento por campos magnéticos. Neste contexto, este trabalho teve por objetivo avaliar os efeitos de campos magnéticos permanentes e das condições operacionais sobre a atividade catalítica, estrutura secundária, terciária, tamanho de partícula e UF da lisozima extraída da clara de ovo. Como resultados, o tratamento magnético no pH mais alto (13), força iônica de 50 mmol/L e densidade de fluxo magnético de 1,34 T permitiram uma atividade específica residual de 210%, comparada a lisozima nativa sem tratamento magnético. Os resultados sugerem que a ativação da lisozima causada pelo tratamento magnético pode estar relacionada às mudanças no conteúdo de a-hélice na estrutura secundária e a um aumento no tamanho das partículas da lisozima, facilitando o acesso do substrato ao sítio ativo da enzima. Além disso, a aplicação do campo magnético melhorou o processo de UF da solução de lisozima, resultando em recuperações de permeabilidade de até 90% após a limpeza física. O tratamento magnético das membranas de polietersulfona (PES) resultou em mudanças pronunciadas no potencial zeta e no pontoisoelétrico das membranas. Enquanto que, o campo magnético na solução resultou em um aumento do tamanho das partículas da lisozima. Por fim, o tratamento magnético permitiu a reutilização da membrana de PES por ciclos consecutivos sem a necessidade de limpeza química.

Abstract : The application of magnetic field is being tested as a way to intensify enzymatic processes. However, regarding magnetic application in enzyme field is still scarce and limited, considering few enzymes, and the majority evaluates only the catalytic activity of the target enzyme. In additionally, ultrafiltration (UF) is a membrane process used in the concentration and fractionation of proteins, which has the disadvantage of the occurrence of permeate flux reduction, due to concentration polarization and fouling, making its industrial application difficult. The application of magnetic field, a technology of simple operation, low cost and minimum environmental impact, has been used as an alternative to improve the performanceand the recovery of membrane permeability after the protein UF.In this context, this work aims to evaluate the effects of the magnetic field and the operational conditions on the catalytic activity, secondary and tertiary enzyme structure and particle size of the egg white lysozyme and evaluate the effects of permanent magnetic fields in the UF of lysozyme. As results, the magnetic treatment at the highest pH (13), ionic strength (50 mmol/L) and magnetic flux density (1.34 T) allowed an increased on enzymatic activity of 56%. The results suggest that the activation of lysozyme caused by the magnetic treatment may be related to the changes of the a-helix content in the secondary structure and the particle size increase, facilitating the substrate access to theenzyme active site. Moreover, the application of the magnetic field improved the UF process of the lysozyme solution, resulting in permeability recoveries of up to 90% after physical cleaning. The magnetic treatment of the Polyethersulfone (PES) membranes resulted in pronounced changes in the zeta potential and the isoelectric point of the membranes. While that, the magnetic field in the lysozyme solution resulted in particle size increased. Finally, the magnetic treatment allowed the re-use of the ultrafiltration membrane by consecutive cycles without the need of chemical cleaning.