Desenvolvimento de cerâmica a partir das cinzas volantes de carvão mineral para imobilização de enzimas

Abstract

Suportes vítreo-cerâmicos foram desenvolvidos a partir da sinterização das cinzas volantes de carvão mineral da Termelétrica Presidente Medici, Candiota-RS/Brasil para imobilização covalente de enzimas. A enzima invertase (β-fructofuranosidase, E.C. 3.2.1.26) foi tomada como exemplo. Invertase foi covalentemente imobilizada em suportes cerâmicos de vidro (GCS), obtida a partir de cinzas volantes de carvão (CFA) com polivinilpirrolidona (PVP) e estearato de magnésio adicionado como aditivo temporário. As amostras GCS contendo Pb (CH3COO) 2 , (GCSPb ) ou ZnSO4 (GCSZn) foram obtidos em várias temperaturas de sinterização ( 1000-1200 °C ) e tempos (1-3 h) . Os valores aparentes de porosidade, absorção de água, densidade e resistência à compressão uniaxial foram estudados por planejamento fatorial e diferenças morfológicas por microscopia eletrônica de varredura. A melhor covalente imobilizado derivado invertase foi em GCSZn (1200 °C / 1 h ) com 4398 ± 59,75 U / g GCS. No entanto, 95,83 % de actividade invertase imobilizada foi obtido usando um protocolo económico com a concentração de 0,636 mM de 3- aminopropiltrietoxi -silano (3-APTES ) e 0,576 mM de glutaraldeído. O derivado GCSZn-invertase manteve 100% da atividade inicial após nove reutilizações (5.476,19 ± 155,49 U / g GCSZn). O derivado escolhido contendo a cerâmica com enzima ligada covalentemente (invertase-GCSZn) foi demonstrada por difracção de raios - X (XRD). Não houve qualquer alteração no pH óptimo (4.6) , mas aumentou a temperatura óptima de 55 °C para a invertase livre a 60 °C durante derivado imobilizado . A energia de ativação diminuiu após a imobilização (37,31 ± 3,40 kJ / mol) , apesar de invertase livre ( 51,34 ± 5,21 kJ / mol). Houve uma melhora na constante de Michaelis -Menten para hidrólise de sacarose após a imobilização ser 15 vezes menor em relação ao de invertase livre (0,30 ± 0,01 mmol). Após dez reutilizações a 25 ± 2 °C , a invertase imobilizada perdeu apenas 9 % da actividade inicial , mas à temperatura óptima ( 60 °C ) , a redução atividade foi cerca de 70 % , o que é economicamente viável sob o ponto de vista energético para aplicação industrial. De acordo com as propriedades físicas obtidas em cerâmica que foi preparada com álcool polivinílico foi também desenvolvida para ser testadas em um inédito sistema de fluxo contínuo. Esse sistema permitiu a desestabilização de caminhos preferenciais ou “zonas mortas” da solução de sacarose entre cerâmicas no bioreator e nas suas regiões interiores; permitindo assim, uma melhor performance do biocatalisador imobilizado e consequentemente a total hidrólise da sacarose em menor tempo de reação. A cerâmica obtida do resíduo, cinzas volantes de carvão mineral, mostrou ser uma alternativa biotecnológica promissora como suporte de imobilização invertase para a produção de açúcar invertido e devendo ser usada para imobilização outras enzimas de interesse industrial.