IMOBILIZAÇÃO DE ENZIMAS EM MCM-41 FUNCIONALIZADO COM AMINA E USO COMO BIOCATALISADOR EM REAÇÕES DE ESTERIFICAÇÃO

ISBN 978-85-85905-19-4

Área

Bioquímica e Biotecnologia

Autores

Rosas da Silva, M. (UFPA) ; Albuquerque de Mescouto, V. (UFPA) ; Narciso da Rocha Filho, G. (UFPA) ; Ferreira da Costa, C.E. (UFPA) ; Zamian, J.R. (UFPA) ; Silva Santos, A. (UFPA) ; Barbosa Quaresma, F.L. (UFPA) ; Santos do Nascimento, L.A. (UFPA)

Resumo

O MCM-41, material mesoporoso sintetizado foi funcionalizado com amina, após, foi submetido ao processo de imobilização de enzimas. Para a caracterização foram usadas técnicas de Difração de Raios-X, Fisissorção de N2 e Espectrometria no Infravermelho. As enzimas foram quantificadas por Espectrofotometria no UV. Os resultados obtidos demonstraram que as etapas de funcionalização e imobilização foram realizadas com êxito. Esse biocatalisador foi testado na esterificação do ácido oleico à temperatura de 30 ºC (100 rpm), durante 12h. A conversão obtida através do biocatalisador foi de 52% da massa de ácido em éster indicando que há viabilidade quanto à utilização de MCM-41 funcionalizado com amina, para a imobilização de lipase, pois atividade catalítica das enzimas foi preservada.

Palavras chaves

MCM-41; Funcionalização com amina; imobilização de enzimas

Introdução

Enzimas são macromoléculas com atividade catalítica e possuem a função de catalisador específico de reações em diversos processos bioquímicos, influenciando na aceleração dessas reações por diminuir sua energia de ativação (NELSON et al., 2008).As lipases são enzimas classificadas como hidrolases e atuam sobre a ligação éster de vários compostos, sendo os acilgliceróis seus melhores substratos (JAEGER et al., 1998). As lipases são enzimas eficientes na catálise de reações como a transesterificação, que ocorre entre óleos vegetais e álcoois de cadeia curta; e a esterificação, entre ácidos graxos e carboidratos (DE PAULA et al., 2005), as quais rendem produtos de grande interesse comercial, como o biodiesel (monoésteres metílicos ou etílicos de ácidos graxos) (DE CASTRO et al., 2004). A utilização de enzimas na indústria possui grandes vantagens, devido aos fatores como a sua especificidade em reações a substratos bem definidos e sua eficiência catalítica. No entanto, para a utilização de enzimas para fins industriais, faz-se necessário que métodos de imobilização sejam aplicados para garantir a estabilidade das mesmas em condições de desnaturação nos processos industriais, possibilitando o reuso dessas em processamento contínuo (SILVA E SOUZA et al., 2008; RODRIGUES et al., 2009). Assim, para se alcançar o resultado desejado, é importante a escolha adequada do suporte, o tipo de funcionalização desse suporte e o tipo de imobilização para se alcançar as propriedades desejadas. Sendo assim, este trabalho teve como objetivo sintetizar materiais mesoporosos (MCM-41) funcionalizados com amina (3 – aminopropiltrietoxisilano) para servirem de suporte para imobilização de enzimas (lipases) e atuarem como biocatalisadores em reações de esterificação.

Material e métodos

Para a síntese de MCM-41, foi aplicada a metodologia descrita por (CAI etal., 2007). Nesse método é empregado como surfactante o CTAB (brometo de cetiltrimetilamônio), com o objetivo de servir como molde para a formação dos poros pela deposição das moléculas de TEOS (tetraetilortosilicato). Seguindo esse método, após completa dissolução de 2 g de CTAB em solução de hidróxido de amônio (205 ml de NH4OH mais 270 ml de água destilada), 10 ml de TEOS foi adicionado, gota a gota, sob agitação. Após adição completa do ortosilicato, a suspensão permaneceu sob agitação, durante 2 h, a qual foi então filtrada a vácuo, com lavagens com água destilada. Após secagem à temperatura ambiente, o sólido branco obtido foi calcinado à temperatura de 550 ºC durante 4 h com rampa de aquecimento de 5 ºC. Para funcionalização do MCM-41 foi aplicada a metodologia utilizada por (SHAN et al., 2008 e WANGA,et al., 2012). No procedimento, 1 g de suporte foi adicionado em uma mistura de 15 ml de tolueno e 0,93 ml da amina, formando uma suspensão que foi aquecida até 110ºC sob agitação por 2h. Em seguida, o material foi filtrado a vácuo, sendo lavado com tolueno e seco à temperatura de 38ºC por 2 h. Para remoção de excesso de amina, o material foi submetido à lavagem com tolueno em separador soxhlet, por 2 h. O material obtido foi seco à temperatura de 38ºC, por 4 h. A etapa de imobilização de enzimas foi realizada em um período de 4h sob agitação. A espectrofotometria no UV foi utilizada para quantificar as enzimas. A caracterização foi realizada usando técnicas de Difração de Raio – X (DRX), Fisissorção de N₂.

Resultado e discussão

O MCM-41 calcinado (Figura 1a) apresentou isoterma do tipo IV, característico de materiais mesoporos. Ocorreu desordenamento estrutural do suporte quando passado pela etapa de funcionalização e imobilização, como mostrado na figura 1(b) e 1(c) respectivamente. O difratograma da amostra de MCM-41 calcinada (figura 2) apresentou picos característicos de uma estrutura hexagonal ordenada correspondente aos espaçamentos interplanares d100, d110 e d200, comum para estes materiais. Nas amostras funcionalizadas e com enzima imobilizada, foi observada uma diminuição do espaçamento interplanar d100 e o desaparecimento dos demais, indicando que a ligação do APTES nos poros do MCM-41 causou desordem no arranjo hexagonal do material (BLASCO-JIMÉNEZA et al., 2010). Em M41-AE, a presença da enzima também afetou a estrutura do suporte ocorrendo uma diminuição de intensidade após imobilização da enzima. As análises de DRX comprovam que o desordenamento estrutural ocasionado pelas etapas de funcionalização e a imobilização, não danificaram a estrutura hexagonal do MCM-41, como mostrado na figura 2, onde o espaçamento interplanar d100 perdeu intensidade, mas continuou presente. Através de espectrofotometria no UV foi detectado que as absorbâncias das amostras de MCM-41 diminuíram no decorrer do tempo comprovando que as enzimas estavam sendo imobilizadas no suporte. Os resultados de DRX e espectrofotometria no UV são semelhantes aos encontrados no trabalho de QUARESMA et al., 2015. Na reação de esterificação do ácido oleico com metanol, o índice de acidez foi medido e obteve-se uma conversão de 52% da massa de ácido em éster, apontando que a enzima imobilizada apresentou atividade catalítica. Assim, a imobilização da lipase nem MCM-41 modificado com APTES mostrou-se eficaz.

Isotermas da amostras de MCM-41 calcinado (a), MCM-41 com amina (b) e MCM-41 com enzima (c).


Difratogramas das amostras de MCM-41 calcinado (preto), MCM-41 com amina (azul) e MCM-41 com enzima (vermelho).

Conclusões

Os resultados de caracterização mostraram que as etapas de síntese, funcionalização e a imobilização foram alcançadas e o biocatalisador foi obtido. A análise de espectrofotometria no UV feita, corroborou com os resultados mostrando que as enzimas estavam sendo imobilizadas nos suportes no decorrer do tempo. Na esterificação do ácido oléico com metanol, o índice de acidez medido, obteve uma conversão de 52% da massa de ácido em éster apontando que a enzima imobilizada apresentou atividade catalítica. Assim, a imobilização da lipase em MCM-41 modificado com APTES mostrou-se eficaz.

Agradecimentos

À UFPA, LAPAC/LCO, LABISISBIO, FAPESPA e CNPQ.

Referências

BLASCO-JIMÉNEZA, D.; SOBCZAK, I.; ZIOLEKB, M.; LÓPEZ-PEINADO, A. J., MARTÍN-ARANDA, R. M. Amino-grafted metallosilicate MCM-41 materials as basic catalysts for eco-friendly processes. Catalysis Today 152 (2010) 119–125.
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