Imobilização de celulases e xilanases em óxido de grafeno magnetizado: avaliação cinética e potencial da hidrólise sobre bagaço de cana-de-açúcar
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Data
2021-03-16
Autores
Paz Cedeño, Fernando Roberto [UNESP]
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
O fracionamento de materiais lignocelulósicos é uma etapa fundamental para a utilização desses recursos na produção de bioprodutos de interesse comercial, como por exemplo, os biocombustíveis; no entanto, na etapa de hidrólise enzimática são encontrados problemas com a estabilidade de enzimas e seu custo. Uma estratégia para contornar este problema é a imobilização de enzimas em suportes sólidos com o objetivo principal de reutilizá-las. Objetivo: O objetivo deste trabalho foi estudar a imobilização de celulases e xilanases em óxido de grafeno magnético (OG-NPM) e aplicar o biocatalizador obtido na hidrólise de bagaço de cana-de-açúcar. Métodos: O bagaço de cana-de-açúcar foi pré-tratado em diferentes condições. As biomassas obtidas foram caracterizadas quimicamente e estruturalmente. O óxido de grafeno (OG) foi obtido pelo método tradicional de Hummer’s e a adição de nanopartículas magnéticas foi realizada por co-precipitação de sais de ferro, obtendo o OG-NPM, o qual foi caracterizado estruturalmente. A imobilização de enzimas no OG-NPM foi realizada com os reagentes 1-etil-3-(3-dimetilaminopropil) carbodiimida e N-hidroxissuccinimida (NHS) obtendo-se o derivado (OG-NPM-Enz). O OG-NPM-Enz foi avaliado quanto à estabilidade térmica, de armazenamento, além dos efeitos da temperatura e pH na atividade enzimática. Resultados: O bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado com sulfito-NaOH (SSB) apresentou maior remoção da lignina, mantendo-se a fração celulósica intacta. Além disso, o SSB apresentou a melhor resposta à hidrólise enzimática de celulose e xilana, em comparação aos bagaços submetidos a outros pré-tratamentos, atingindo conversões de 90%. O OG-NPM-Enz apresentou atividade relativa de endoglucanase, xilanase, β-glucosidase e β-xilosidase de 70%, 66%, 88%, e 70%, respectivamente, após 10 ciclos de atividade de seus respectivos substratos, resultando na maior frequência de turnover (g.g-1.h-1) quando comparado com reportados na literatura. O tempo de meia-vida (t1/2) das enzimas imobilizadas foram superiores do que as enzimas em sua forma livre, com exceção de endoglucanase. Após 45 dias de armazenamento refrigerado, o OG-NPM-Enz apresentou atividades enzimáticas relativas superiores a 65% para todas as enzimas avaliadas. A taxa de hidrólise do SSB utilizando enzimas em suas formas livres foi maior quando comparado com as enzimas imobilizadas, porém, após 72h de hidrólise, as conversões de celulose e xilana em glicose e xilose, respetivamente, foram semelhantes com o uso de enzimas em suas formas livre ou imobilizada. O OG-NPM-Enz foi reutilizado com sucesso em vários ciclos de hidrólise do SSB, resultando em uma eficiência de aproximadamente 80% após o último ciclo. Conclusão: Os resultados mostram que a imobilização de celulases e xilanases melhora a estabilidade térmica das enzimas e o derivado obtido tem a capacidade de ser reutilizado na hidrólise do SSB, sendo, portanto, o OG-NPM-Enz um candidato potencial a ser aplicado, por exemplo, em processos de produção de bioetanol em escala piloto e industrial.
Descrição
Palavras-chave
Material lignocelulósico, Pré-tratamentos, Hidrólise enzimática, Imobilização de enzimas, Óxido de grafeno, Nanopartículas magnéticas, Reutilização de derivado enzimático, Enzymatic hydrolysis, Enzyme immobilization, Graphene oxide, Magnetic nanoparticles, Reuse of enzyme biocatalyst