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Título: Imobilização de papaína em membranas de nanocelulose bacteriana
Título(s) alternativo(s): Immobilization of papain on bacterial nanocellulose membranes
Autor(es): Petersohn Junior, Egon
Orientador(es): Couto, Gustavo Henrique
Palavras-chave: Papaína
Enzimas imobilizadas
Celulose
Biorremediação
Adsorção
Nanocompósitos (Materiais)
Ciência
Papain
Immobilized enzymes
Cellulose
Bioremediation
Adsorption
Nanocomposites (Materials)
Science
Data do documento: 27-Mar-2019
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: PETERSOHN JUNIOR, Egon. Imobilização de papaína em membranas de nanocelulose bacteriana. 2019. 119 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia Ambiental) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2019.
Resumo: Nanocelulose bacteriana é um tipo de celulose produzido na forma de membrana hidrogel por algumas bactérias e que possui propriedades únicas, tais como, elevada pureza e cristalinidade, alta capacidade de retenção de água (>98%), resistência mecânica, estrutura tridimensional das fibrilas de celulose em escala nanométrica e biocompatibilidade. A papaína é uma protease vegetal de amplo uso comercial, principalmente na indústria de alimentos, cosmética e na área médica. O estudo teve como objetivo produzir e utilizar a membrana de nanocelulose bacteriana para imobilizar papaína empregando dois métodos - adsorção e reticulação – visando avaliar o biopolímero quanto a atividade proteolítica sob diferentes condições reacionais e seu reuso. Membranas nanocelulose bacteriana foram produzidas por cultivo estático de Gluconacetobacter sp. Após 5-7 dias de cultivo a 28 °C foram produzidas membranas num rendimento de 5,3 g/L de meio de cultivo (peso seco). A melhor faixa de pH para imobilização por ambas as técnicas foi próxima ao neutro. A temperatura ótima de hidrólise de azocaseína nas duas formas da papaína imobilizada ficou entre 70-80 °C, com um pH ótimo de atividade sendo 7,0. Com relação a estabilidade após incubação prévia de 2 h em diferentes pHs, a papaína livre apresentou maior estabilidade nos pHs 3, 7, e 11 que as formas imobilizadas na membrana de nanocelulose bacteriana. Considerando a estabilidade frente a temperaturas elevadas, após incubação a 75 °C durante 2 h, a papaína imobilizada pelo método de adsorção apresentou 81% de atividade residual contra 43 % de atividade residual da forma livre. A atividade relativa residual medida após 4 horas de pré-incubação em diferentes solventes orgânicos, a papaína imobilizada por adsorção apresentou elevada estabilidade frente ao etanol (96,4% contra 85,6% da papaína livre) ao passo que a papaína imobilizada por reticulação teve uma maior estabilidade ao dimetilsulfóxido (35,2% contra 0,5% da papaína livre). Frente ao hexano, as duas formas imobilizadas de papaína apresentaram atividades residuais equivalentes (92,3% para as duas contra 83,7% da forma livre). A incubação durante 1 h com metais bivalentes (20 mM) mostrou atividade residual 13,4% e 29,5% em relação ao cobre e 16,2% e 34,2% para o zinco nas formas imobilizadas de papaína por adsorção e reticulação, respectivamente. Após sete ciclos de reuso a papaína imobilizada por reticulação apresentou 53,5% de sua atividade original sendo de 31,6 % para a imobilizada por adsorção. A estocagem a 28 °C a seco da forma imobilizada por reticulação e adsorção permitiu a manutenção de 100 e 80% de sua atividade proteolítica, respectivamente, após 4 semanas. Os resultados mostram que é possível agregar características novas tanto para a enzima quanto para a nanocelulose em si, com possibilidade de aplicação como curativos com ação desbridante.
Abstract: Bacterial nanocellulose is a type of cellulose produced in the form of a hydrogel membrane by some bacteria and has unique properties such as high purity and crystallinity, high water retention capacity (> 98%), mechanical strength, threedimensional structure of fibrils of cellulose at nanometric scale and biocompatibility. Papain is a plant protease of wide commercial use, mainly in the food, cosmetic and medical industry. The study aimed to produce and use bacterial nanocelulose membrane to immobilize papain using two methods - adsorption and crosslinking - to evaluate the biopolymer as the proteolytic activity under different reaction conditions and its reuse. Bacterial nanocellulose membranes were produced by static culture of Gluconacetobacter sp. After 5-7 days of culturing at 28 °C membranes were produced in a yield of 5.3 g/L of culture medium (dry weight). The best pH range for immobilization by both techniques was close to neutral. The optimum azocasein hydrolysis temperature in the two forms of immobilized papain was between 70-80 °C, with an optimum pH of activity being 7.0. Regarding the stability after 2 h incubation at different pHs, free papain presented higher stability at pHs 3, 7, and 11 than the forms immobilized on the bacterial nanocellulose membrane. Already considering stability to high temperatures, after incubation at 75 °C for 2 h, papain immobilized by the adsorption method presented 81% residual activity against only 43% residual free form activity. Regarding the residual relative activity measured after 4 hours of preincubation in different organic solvents, papain immobilized by adsorption presented high stability against ethanol (96.4% of residual relative activity against 85.6% of free papain) whereas papain immobilized by crosslinking had a higher stability to dimethylsulfoxide (35.2% residual activity versus 0.5% free papain). Compared to hexane, the two immobilized forms of papain showed equivalent residual activities (92.3% for the two forms versus 83.7% of the free form). Incubation for 1 h with bivalent metals (20 mM) showed residual activity 13.4% and 29.5% relative to copper and 16.2% and 34.2% for zinc in the immobilized forms of papain by adsorption and crosslinking , respectively. After seven cycles of reuse the papain immobilized by crosslinking presented 53.5% of its original activity and 31.6% for the immobilized by adsorption. Storage at 28 °C in dry form of immobilized form by crosslinking allowed the maintenance of 100% of its proteolytic activity, while the immobilized by adsorption had 80% of its preserved activity after 4 weeks. The results show that it is possible to add new characteristics to both the enzyme and the nanocellulose itself, with the possibility of application as curatives with debriding action.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4251
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