DESENVOLVIMENTO E CARACTERIZAÇÃO DE TROCADORES IÔNICOS MONOLÍTICOS MACROPOROSOS.

ISBN 978-85-85905-19-4

Área

Bioquímica e Biotecnologia

Autores

Nascimento, I.S. (Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB)) ; Fontan, R.C.I. (Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB)) ; Silva, D.L. (Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB)) ; Pereira, T.B. (Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB)) ; Veríssimo, L.A.A. (Universidade Federal de Lavras) ; Veloso, C.M. (Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB)) ; Bonomo, R.C.F. (Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB))

Resumo

Técnicas cromatográficas são usadas para extração e purificação de biocompostos ativos, a troca iônica é as mais adequadas para tal. Nesta inclui a produção de monólitos, estruturas porosas, interconectadas em corpo único, destacam-se os criogéis poliméricos, obtidos a partir do congelamento de uma mistura reativa em polimerização. São caracterizados por possuírem elevada porosidade e são facilmente modificados. Entre as modificações possíveis está a imobilização de grupos funcionais na estrutura dos criogéis. Assim, radicais trocadores iônicos podem ser incorporados a tais estruturas. Neste trabalho foi avaliada a imobilização de quatro trocadores iônicos: AMPSA, AACR, DMAEMA e o DMAEA-Q, que foram caracterizados em relação à capacidade de inchamento, capacidade iônica e fração de macroporos.

Palavras chaves

Criogéis ; Inovação ; Funcionalização

Introdução

A demanda das indústrias de alimentos e farmacêutica por biocompostos ativos é crescente, buscando-se o emprego de técnicas que mantenham ao máximo a bioatividade dos mesmos (GUIOCHON e BEAVER, 2011). Técnicas cromatográficas são as mais importantes no desenvolvimento de processos de purificação de biocompostos, (LENHOFF, 2011). As técnicas de troca iônica têm grande importância e aplicabilidade devido à seletividade e capacidade de separação em condições próximas às fisiológicas. Esta técnica se baseia na adsorção diferenciada de compostos carregados (positiva ou negativamente) em uma superfície com carga oposta, (CHEN et al., 2010). Devido a isso, o desenvolvimento de novos adsorventes e trocadores iônicos são constantes. Na vanguarda desse processo estão à produção de monólitos, estruturas porosas altamente interconectadas formadas em corpo único, (JUNGBAUER e RAHN, 2008). Dentre estes, destacam-se os criogéis poliméricos, obtidos a partir do congelamento de uma mistura reativa em polimerização. São caracterizados por possuírem elevada porosidade com poros grandes (diâmetro acima de 10 micrometros) interconectados (LOZINSKY et al. 2003) e apresentam baixo custo se comparados a matrizes tradicionais na cromatografia (GUIOCHON, 2007). A estrutura física dos criogéis gera uma área superficial significativamente menor, o que pode diminuir sua eficiência. Por isso o estudo de modificações na estrutura dos criogéis é uma área essencial. Modificações, químicas ou físicas, podem ser feitas visando a aumentar a eficiência dos processos de separação (ARVIDSSON et al., 2002; BABAC et al., 2006; KUMAR et al., 2006; WANG et al., 2008). Assim trocadores iônicos podem ser incorporados a tais estruturas. Neste trabalho foi avaliada a imobilização de quatro compostos trocadores iônicos na estrutura de criogéis: dois de troca catiônica, o ácido 2-acrilamido-2-metil-1-propanossulfônico (AMPSA) e o ácido acrílico (AACR), e dois de troca aniônica, o 2-(dimetilamino)-etil metacrilato (DMAEMA) e o cloreto de [2-(Acriloiloxi)etil] trimetilamônio (DMAEA-Q). Os criogéis contendo tais trocadores foram caracterizados em relação à capacidade de inchamento, capacidade iônica e fração de macroporos.

Material e métodos

A pesquisa foi conduzida no Laboratório de Engenharia de Processos da Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB), campus de Itapetinga. Como reagentes foram utilizados acrilamida (AAm) e N,N-metileno-bis- acrilamida (BAAm), para a produção dos criogéis que serviram de suporte para os grupos de troca catiônica ácido 2-acrilamido-2-metil-1-propanossulfônico (AMPSA) e ácido acrílico (AACR), e os grupos de troca aniônica 2- (dimetilamino)-etil metacrilato (DMAEMA) e cloreto de [2(acriloil oxi)etil] trimetilamonio (DMAEA-Q). Para síntese dos criogéis utilizou-se duas técnicas: A polimerização direta (trocadores aniônicos) e a enxertia de grupos funcionais (trocadores catiônicos). Na síntese dos trocadores aniônicos, foi feita a imobilização direta dos grupos trocadores, no momento da polimerização do criogel. Para tanto, foram adaptadas as metodologias propostas por KUMAR et al. (2006) e YAO et al. (2006a). Na síntese dos trocadores catiônicos, foram adaptadas as metodologia proposta por KUMAR et al. (2006) e YAO et al. (2006a). Os criogéis produzidos foram então ativados com diperiodato cuprato de potássio, conforme metodologia adaptada de SAVINA et al. (2005a). Uma vez ativados, realizou-se a enxertia com os trocadores catiônicos (AMPSA e AACR), segundo YAO et al. (2007). Os criogéis contendo os trocadores foram caracterizados em relação à capacidade de inchamento, capacidade iônica e fração de macroporos. Na capacidade de inchamento quatro unidades de cada tratamento foram utilizados, segundo SAVINA et al. (2005a).Para a capacidade iônica total quatro unidades de cada tratamento foram utilizadas adaptando- se a metodologia proposta por FONTAN (2013). Para a determinação da fração de macroporos, utilizou-se o um método muito usado na análise de criogéis poliméricos, que se baseia na medida do conteúdo de água livre (PLIEVA et al., 2004a e 2004b; ERZENGIN et al., 2011). A fração de macroporos é dada pela quantidade de água retirada em relação à massa total do trocador hidratado. O experimento foi conduzido no delineamento inteiramente casualizado e os resultados obtidos a partir dos experimentos de caracterização foram submetidos à Análise de Variância e teste de Tukey, ambos a 5% de probabilidade.

Resultado e discussão

Os resultados para a caracterização dos diferentes trocadores iônicos produzidos são apresentados na Tabela 1. Verificou-se que não houve diferença para a capacidade de inchamento (S) e a fração de macroporos, e que o modo de funcionalização (direta ou por enxertia) afetou a capacidade iônica, uma vez que os valores para os trocadores catiônicos diferiram dos aniônicos (p<0,05). Foi possível observar neste estudo, que os diferentes tratamentos não promoveram diferenças significativas no valor de S, e que os mesmos encontram-se de acordo com estudos anteriores que relatam valores entre 3 e 15 kg.kg-1, para os mais diversos tipos de criogéis poliméricos (ARVIDSON et al., 2002 e 2003; BERELI et al., 2012; ÇIMEN e DENIZLI, 2012; UYGUN et al., 2012). Na capacidade iônica houve diferença significativa ao nível de 5% de probabilidade pelo teste de Tukey para os criogéis produzidos, ocorrendo assim diferença entre os trocadores aniônicos e catiônicos. O processo de enxertia de cadeias no polímero aumenta o número de sítios de carga sobre a matriz. Os criogéis com AMPSA e AACR apresentaram segundo os resultados, maior capacidade iônica, quando comparados com os criogéis contendo DMAEA-Q e DEMAEMA. Deste modo, as colunas com trocadores catiônicos podem proporcionar maior interação na purificação de biomoléculas, por possuírem mais sítios, onde as mesmas poderão ligar-se durante o processo de purificação. A fração de macroporos variou entre 77% e 82%, no entanto não havendo diferença significativa (p>0,05) entre os trocadores. Isso sugere que os métodos de inclusão dos radicais trocadores iônicos, por polimerização direta ou enxertia, não afetaram essa propriedade. O elevado valor para a fração de macroporos, em torno de 80% sugere que tais matrizes sejam adequadas para o uso na purificação de macromoléculas como proteínas, por permitir maior acesso ao interior dos poros e consequentemente aos sítios ativos de interação.Os trocadores iônicos monolíticos macroporosos apresentam grande potencial em processos envolvendo macromoléculas. Mais estudos são necessários para uma caracterização mais completa, a fim de determinar os melhores usos para os mesmos.

Resultados das características avaliadas dos diferentes trocadores iônicos.

Conclusões

Foram produzidos criogéis trocadores iônicos utilizando-se diferentes radicais para tal, que possibilitaram natureza catiônica ou aniônica. Os criogéis produzidos apresentaram elevada capacidade de inchamento e fração de macroporos em torno de 80%. O método de inclusão dos grupos trocadores influenciou na capacidade iônica, tendo os trocadores catiônicos, obtidos por enxertia, apresentado valores superiores aos trocadores aniônicos, obtidos por polimerização direta. Os resultados obtidos indicam que os trocadores produzidos possuem potencial para o uso na purificação de macromoléculas.

Agradecimentos

Referências

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