Avaliação da invertase imobilizada em resíduo agroindustrial para aplicação em reatores enzimáticos de alta taxa
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Data
2017-12-18
Autores
Taniguchi, Elen Tomoko
Título da Revista
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
A busca por inovações tecnológicas que gerem produtos de qualidade concomitantemente à redução de custos, são os principais fatores de preocupação envolvendo um processo em escala industrial. Devido à importância destes fatores, este projeto estudou a produção de açúcar invertido por meio de processo enzimático contínuo de alta taxa visando identificar condições para o aumento da taxa de produção e eficiência na conversão do substrato. Dessa forma, a enzima invertase foi imobilizada em resíduo agroindustrial de baixo custo e fácil aquisição (pó de sabugo de milho) e para fins de comparação, foi imobilizada também e um suporte universal: a agarose. Objetivo: Obtenção de açúcar invertido usando o derivado pó de sabugo de milho-glutaraldeído-invertase (SM-GLU) em reator de leito fixo. Métodos: Obtenção e caracterização cinética da enzima invertase solúvel. Posteriormente sua imobilização nos suportes SM-GLU e AG-GLU seguida de caracterização cinética dos derivados obtidos. Na etapa seguinte, foi realizado a determinação da taxa (%) de hidrólise de sacarose em condições de máxima atividade (20% de sacarose m/v em tampão acetato de sódio, 50 mM e pH 5) para os derivados em sistema descontínuo (batelada), e em reator de sistema contínuo, visando encontrar a condição de máxima eficiência. Onde foram caracterizados parâmetro de processo como eficiência de conversão, carga substrato aplicada, estabilidade e reuso do derivado enzimático. Resultados: Os derivados enzimáticos obtiveram uma melhor resistência a alta temperatura (estabilidade térmica 60°C) quando comparadas a enzima solúvel. O derivado SM-GLU teve uma maior estabilidade em relação ao derivado AG-GLU, quando submetido a altas concentrações (20%, 40% e 60%) de sacarose. No sistema descontínuo de reação (batelada) derivado SM-GLU, alcançou uma taxa de 90% de conversão do substrato em produto. Conclusão: A matriz de imobilização escolhida (pó de sabugo de milho) apresentou características físico-químicas favoráveis ao processo (resistência mecânica, hidrofilicidade, capacidade de derivatização) além de ser de grau alimentício e apresentar baixo custo de aquisição e alta disponibilidade. Ademais teve algumas vantagens em relação a agarose, que é um suporte dispendioso, como uma maior taxa de conversão de sacarose em glicose e frutose, maior estabilidade frente a altas temperaturas e possibilidade de trabalho com altas concentrações de substrato.
The search for technological innovations that generate quality products concomitant to the cost reduction, are the main point of concern in an industrial scale process. Considering the importance of factors cited above, this project studied the production of inverted sugars by high rate continuous enzymatic process aiming to identify the conditions that could provide a raise in production rate and the efficiency in substrate conversion. Thus, invertase enzyme was immobilized in a low cost and easy acquisition agroindustrial waste (corn cob powder) and for comparison purposes, also immobilized in universal support, agarose. Objective: To obtain inverted sugar using the corn cob powder glutaraldehyde-invertase derivate (SM-GLU) in fixed-bed reactor. Methods: Extraction and kinetic characterization of soluble invertase. Subsequential immobilization in SM-GLU and AG-GLU supports and following kinetic characterization of the derivates. In the sequence it was conducted the hydrolysis essay (%) under conditions of maximum activity (20% sucrose w/v in sodium acetate buffer 50 mM and pH 5) for the derivatives in a discontinuous system (batch) and in continuous system reactor, both operating in optimal conditions of sucrose hydrolysis. From the last step, it was characterized process parameters as conversion efficiency, substrate load applied, stability and reuse of the enzymatic derivate, aiming to obtain the conditions of maximum efficiency. Results: The enzymatic derivate presented better thermal stability (60°C) compared to soluble enzyme form. The derivate SM-GLU showed greater stability than AG-GLU when subjected to high sucrose concentrations (20%, 40% and 60%). In discontinuous system (batch) with SM-GLU derivate, it achieved a 90% conversion rate of substrate to product. Conclusion: The immobilization matrix chosen (corn cob powder) offered favorable physical-chemical characteristics to the process (mechanical resistance, hydrophilicity, derivatization capability) besides presenting food grade, low acquisition cost and high availability. Furthermore, it showed some advantages comparing to agarose, which is an expensive support, as a higher conversion rate of sucrose to glucose and fructose, better stability in high temperatures and possibility of working in high substrate concentration.
The search for technological innovations that generate quality products concomitant to the cost reduction, are the main point of concern in an industrial scale process. Considering the importance of factors cited above, this project studied the production of inverted sugars by high rate continuous enzymatic process aiming to identify the conditions that could provide a raise in production rate and the efficiency in substrate conversion. Thus, invertase enzyme was immobilized in a low cost and easy acquisition agroindustrial waste (corn cob powder) and for comparison purposes, also immobilized in universal support, agarose. Objective: To obtain inverted sugar using the corn cob powder glutaraldehyde-invertase derivate (SM-GLU) in fixed-bed reactor. Methods: Extraction and kinetic characterization of soluble invertase. Subsequential immobilization in SM-GLU and AG-GLU supports and following kinetic characterization of the derivates. In the sequence it was conducted the hydrolysis essay (%) under conditions of maximum activity (20% sucrose w/v in sodium acetate buffer 50 mM and pH 5) for the derivatives in a discontinuous system (batch) and in continuous system reactor, both operating in optimal conditions of sucrose hydrolysis. From the last step, it was characterized process parameters as conversion efficiency, substrate load applied, stability and reuse of the enzymatic derivate, aiming to obtain the conditions of maximum efficiency. Results: The enzymatic derivate presented better thermal stability (60°C) compared to soluble enzyme form. The derivate SM-GLU showed greater stability than AG-GLU when subjected to high sucrose concentrations (20%, 40% and 60%). In discontinuous system (batch) with SM-GLU derivate, it achieved a 90% conversion rate of substrate to product. Conclusion: The immobilization matrix chosen (corn cob powder) offered favorable physical-chemical characteristics to the process (mechanical resistance, hydrophilicity, derivatization capability) besides presenting food grade, low acquisition cost and high availability. Furthermore, it showed some advantages comparing to agarose, which is an expensive support, as a higher conversion rate of sucrose to glucose and fructose, better stability in high temperatures and possibility of working in high substrate concentration.
Descrição
Palavras-chave
invertase, açúcar invertido, imobilização, po de sabugo de milho, reatores enzimáticos, inverted sugar, immobilization, corn cob powder, enzymatic reactor