Nanozeólitas como suporte para imobilização de lacases: aplicação dos biocatalisadores na reação de oxidação mediada do glicerol - Miller, Alex Henrique (2020)
A oxidação do glicerol tem sido objeto de diversos estudos no mundo todo; em geral, o principal objetivo destes trabalhos é o encontro de um catalisador apropriado para converter, seletivamente, esta molécula bloco em produtos de alto valor agregado. Lacases imobilizadas em suportes sólidos são catalisadores heterogêneos não prejudiciais ao meio ambiente, que podem ser aplicados para a oxidação do glicerol num sistema lacase-mediador. Estas enzimas contêm átomos de cobre em sua estrutura e catalisam a oxidação de muitos compostos fenólicos com a concomitante redução de água a oxigênio molecular. Apesar da sua especificidade, quando apropriadamente combinada com mediadores, as lacases podem também agir na oxidação de compostos não fenólicos. Este trabalho abordou a síntese e caracterização de zeólitas em nano escala – morfologias FAU, BEA, LTA e MFI –, a aplicação destes materiais como suporte para a imobilização de diferentes lacases comerciais – dos organismos A. bisporus, Aspergillus sp. e P. ostreatus –, e o uso dos complexos obtidos para oxidação do glicerol mediada pelo composto N-oxil-2,2,6,6-tetrametilpiperidina (TEMPO). Todas as zeólitas foram sintetizadas de acordo com a literatura, e a forma sódica da zeólita FAU modificadas por troca iônica com Cu2+ para geração de um suporte extra. Os materiais sintetizados foram amino-funcionalizados para permitir a imobilização das lacases covalentemente. Os suportes foram caracterizados por XRD, SEM-EDX, HRTEM, FTIR, e as enzimas livres ou complexos espectroscopicamente avaliados através da oxidação do composto 2,2´-azino-bis(ácido 3-etilbenzotiazolina-6-sulfônico) (ABTS). Com base nas atividades de oxidação do composto ABTS, os complexos FAU/Cu2+/APTMS/GA/LPO, FAU/Cu2+/APTMS/ GA/LAB, FAU/Cu2+/APTMS/GA/LAsp, e BEAc/APTMS/GA/LAsp foram selecionados para aplicação nas reações de oxidação do glicerol. Para comparação, as enzimas LPO, LAB e LAsp na forma livre e os suportes FAU/Cu2+/APTMS/GA e BEAc/APTMS/GA foram aplicadas em condições reacionais similares. Todas as reações utilizando os complexos lacase/nanozeólitas apresentaram, após 48 h de reação, baixa conversão do glicerol – inferiores a 5%. No entanto, uma alta seletividade foi observada para gliceraldeído, acima de 88 % em todos os casos. Não houve conversão do glicerol utilizando apensas os suportes sem enzima. Por outro lado, quando as enzimas LPO e LAsp foram aplicadas nas suas formas livres, as conversões do glicerol obtidas foram significativamente superiores em comparação aos complexos – ~29% para a LAsp e mais de 80% para a LPO após 48 h de reação. Seletividades de 57,10% a gliceraldeído e 25,75% a ácido glicérico, foram quantificadas das reações com a enzimas livre LPO, enquanto da reação com LAsp, a seletividade a gliceraldeído foi de 78%, e o segundo produto mais obtido foi ácido glioxílico, 11,47%. A lacase LAB na forma livre apresentou conversão muito menor quando comparada as demais – ~3,2% após 48 h. Visando compreender quais razões levaram a redução da atividade enzimática após imobilização nos materiais nanozeolíticos, um estudo sistemático utilizando voltametria cíclica foi empregado para a LAsp. Este estudo apontou que o potencial de redução desta enzima é um fator limitante na sua aplicação, e que em meio ácido, a taxa de oxidação do mediador TEMPO é bastante reduzida. Com o uso de ressonância paramagnética eletrônica (EPR), foi possível inferir que a imobilização enzimática causou distorções estruturais na LAsp, em específico, nos centros de cobre do seu sítio catalítico, pois variações significativas nos Hamiltonianos de spin (tensores g, e constantes de acoplamento hiperfino A) foram observadas quando comparadas enzimas em solução ou imobilizadas. Os espectros revelaram também uma alta dependência da acidez do meio na interação dos sítios de cobre com os ligantes de coordenação. Além disso, os Hamiltonianos de spin paralelos do cobre T2 da enzima imobilizada em zeólita BEAc/APTMS/GA (g|| = 2,275, A|| = 173,4x10-4cm-1) são mais próximos da enzima livre em pH 7 (g|| = 2,275, A|| = 170,1x10-4 cm-1) do que em pH 4 (g|| = 2,275, A|| = 220,2x10-4 cm-1). Isso indica que o pH dos microambientes enzimáticos após imobilização é neutro, e isso é a provável razão pela redução na atividade enzimática após imobilização nos suportes zeolíticos.