Influência de campo magnético alternado em celulases imobilizadas em nanopartículas magnéticas: aplicação na hidrólise de bagaço de cana - Rocha, Caroline Oliveira da [UNESP] (2021)
A biomassa lignocelulósica é um material heterogêneo composto por lignina, hemicelulose e celulose. A capacidade da celulase de converter os componentes da celulose em açúcares fermentáveis para a produção de etanol e moléculas de valor agregado, dependem do acesso do biocatalisador ao substrato, protegido pela lignina. Neste trabalho, o complexo de celulases comercial CELLIC-CTEC2 foi imobilizado em nanopartículas magnéticas e avaliada a influência de campo magnético alternado na difusão de massa e conversão de hemicelulose e celulose durante a hidrólise de bagaço de cana pré-tratado. As amostras de nanopartículas magnéticas (Fe3O4), nanopartículas magnéticas funcionalizadas (Fe3O4-APTS) e o complexo enzimático CELLIC-CTEC 2 imobilizado em nanopartículas magnéticas (Fe3O4-CEL) apresentaram tamanho de cristalito de 10 nm, respectivamente. Os diâmetros hidrodinâmicos foram avaliados por espalhamento de luz, obtendo valores de índice de polidispersão maiores que 0,1, indicando que Fe3O4, Fe3O4-APTS e Fe3O4-CEL são constituídas por nanopartículas com alta dispersão de tamanhos. A adição de APTS ao suporte leva a uma melhor organização na distribuição de tamanhos. A amostra de Fe3O4-CEL apresentou diâmetro hidrodinâmico de 1335 nm, devido a ligação de celulases na superfície de nanopartículas. A curva de titulação das amostras de Fe3O4, Fe3O4-APTS e Fe3O4-CEL apresentaram ponto isoelétrico (PI) em pH 5,84, 6,38 e 2,61 respectivamente. A diminuição de PI para 2,61 ocorreu devido a presença do complexo enzimático que possui grupos funcionais ácidos e básicos. Pela análise térmica (TG-DTG) houve aumento na estabilidade térmica da enzima, após o processo de imobilização. Os espectros de absorção na região do infravermelho foram obtidos para confirmar as modificações de superfície. As amostras de Fe3O4, Fe3O4-APTS e Fe3O4-CEL apresentaram bandas em 580 cm-1 e 630 cm-1, relacionadas à vibração Fe-O de magnetita e maghemita, respectivamente. A banda do espectro de Fe3O4-APTS em 1162 cm-1 está relacionada com a vibração de grupos amina. No espectro de Fe3O4-CEL foram observadas bandas de deformação de grupos amida do complexo enzimático de celulases. Nos resultados do cromatograma verificou-se a presença de ácido glicurônico. As reações de hidrólise de bagaço com a utilização de Fe3O4-CEL, podem operar em meio alcalino sendo possível utilizar pré-tratamento básico no processo de deslignificação com menos etapas de lavagem. A enzima imobilizada apresentou temperatura ótima em torno de 60ºC, o processo pode ter sua temperatura diminuída na presença de biocatalisador magnético o que resultaria em grande economia de energia no processo de hidrólise. Os valores de conversão de hidrólise CEL e Fe3O4-CEL foram avaliados e apresentaram valores muito baixos, a conversão de hemicelulose para o derivado imobilizado apresentou valor de 18,46 % após 48 horas de hidrólise. Após 8 ciclos catalíticos o biocatalisador magnético apresentou 30 % da atividade inicial. A conversão de hemicelulose e celulose foi avaliada sob influência de AMF na frequência de 112 Hz e campo magnético de 25 mT. As amostras livre e imobilizada apresentaram baixa conversão de hemicelulose e celulose devido ao tempo de reação de hidrólise baixo.