Imobilização de celulase em caulim e sua aplicação em processos de acabamento têxtil

Abstract

As enzimas são utilizadas na indústria têxtil como uma alternativa ambientalmente correta para melhorar a qualidade dos produtos. As celulases são uma das enzimas mais empregadas no processamento têxtil, sendo utilizadas principalmente no acabamento de substratos de celulose. Elas são usadas para criar uma aparência desbotada no jeans (processo conhecido como bioestonagem) e remover microfibrilas salientes na superfície de tecidos de celulose para reduzir a tendência de formação do pilling (processo conhecido como biopolimento). Apesar de ser aplicada com o intuito de melhorar a qualidade dos produtos, a aplicação da celulase, geralmente, causa perdas significativas de massa e resistência à tração no substrato têxtil devido à hidrólise da molécula de celulose no interior da fibra. Uma das formas de controlar a atividade enzimática nos processos de acabamento têxtil, e por sua vez, reduzir os efeitos de desgaste do substrato, é a imobilização das enzimas utilizadas, o que acaba também facilitando a recuperação e reutilização da enzima. Embora tenha elevado potencial, a imobilização tem sido pouco explorada nos processos de bioacabamento. No presente estudo foram avaliados o uso do caulim como suporte para imobilização de celulase empregando os métodos de ligação covalente e adsorção. Posteriormente, a celulase imobilizada foi aplicada nos processos de biopolimento e bioestonagem. O caulim é um material inorgânico, natural, de baixo custo, fácil de ser recuperado e pouco explorado na imobilização de celulases. Eficiências de imobilização de 65 ± 3,5 e 60 ± 2,5% foram obtidas utilizando os métodos de ligação covalente e adsorção, respectivamente. O caulim permitiu a recuperação da enzima de forma simples e rápida, com perda de atividade enzimática de apenas 14% após oito ciclos de hidrólise utilizando a carboximetilcelulose como substrato. De modo geral, os resultados indicaram que o caulim é um suporte promissor para a imobilização de celulases. Quando aplicadas no biopolimento de malha de algodão, as celulases imobilizadas por ligação covalente e por adsorção apresentaram resultados semelhantes ou superiores à celulase livre em relação à formação de pilling. Além disso, as amostras tratadas com celulase imobilizada apresentaram resistência à tração consideravelmente maior, indicando menor dano à malha de algodão devido à restrição da hidrólise à superfície das fibras de algodão. Na bioestonagem, as amostras tratadas com a celulase imobilizada por adsorção apresentaram efeitos de estonagem próximos ao da celulase livre com backstaining menor. Foi possível recuperar e reutilizar a celulase imobilizada em caulim eficientemente tanto no processo de biopolimento quanto no processo de bioestonagem. Os resultados obtidos são promissores e podem contribuir para os processos de bioacabamento e também para o desenvolvimento de novos protocolos de imobilização de celulase.

Abstract: Enzymes are used in the textile industry as an environmentally friendly alternative to improve product quality. Cellulases are one of the most used enzymes in textile processing, especially for the finishing of cellulose-containing materials. They are used to creating a faded appearance to jeans (a process called biostoning) and to remove protruding microfibrils on the cellulosic fabrics surface to reduce the tendency for pill formation (a process called biopolishing). Despite being applied to improve product quality, cellulase use often causes significant weight loss and decreased tensile strength. These problems are attributed to the hydrolysis of the cellulose molecule inside the cotton fiber. One of the ways to control enzymatic activity in textile finishing processes, and thus, reduce the effects of the textile substrate wear is the immobilization of the used enzymes. Immobilization also allows the recovery and reuse of the enzyme. Although it has a high potential, cellulase immobilization has been very poorly explored in biofinishing processes. In the current study, the potential of kaolin as support for cellulase immobilization using the covalent binding and adsorption methods was evaluated. Subsequently, the immobilized cellulase was applied in the processes of biopolishing and biostoning. Kaolin is an inorganic, natural material, of low cost, easy to be recovered and little explored for cellulases immobilization. Immobilization efficiency was 65 ± 3.5 and 60 ± 2.5% cellulase immobilized by covalent binding and adsorption methods, respectively. The kaolin allowed recovery the cellulase in a simple and fast way, with a loss of enzymatic activity of only 14% after eight cycles of hydrolyzes using carboxymethylcellulose as substrate. In general, the results indicated that kaolin is promising support for cellulase immobilization. When applied in the biopolishing process, cellulases immobilized using covalent binding and adsorption methods showed similar or superior results to free cellulase concerning to pilling formation. Besides, the samples treated with immobilized cellulases showed considerably greater tensile strength. This result indicates less damage to the cotton knit due to the restriction of hydrolysis to the surface of cotton fibers. In biostoning, samples treated with immobilized cellulase showed fading effects close to that treated with free cellulase, with much lower backstaining. It was possible to recover and reuse the cellulase immobilized in kaolin efficiently in biopolishing, as well as biostoning. The results obtained are promising and may contribute to the biofinishing processes and also to the development of new cellulase immobilization protocols.