Ácido lactobiônico e lactobionato : obtenção por rota enzimática, purificação e secagem - Carra, Sabrina (2020)
O ácido lactobiônico é um produto de alto valor comercial, com diferentes aplicações em diversas áreas, entre as quais a área farmacêutica. Entre os métodos de obtenção do ácido lactobiônico encontra-se a bioprodução, juntamente com a produção de sorbitol. Este processo ocorre com a conversão de lactose e frutose pelas enzimas glicose-frutose oxidorredutase (GFOR) e glicono-δ-lactonase (GL), presente em células de Zymomonas mobilis. Com vistas na transferência dessa tecnologia para o setor industrial, o presente trabalho propõe o estudo das condições de produção de ácido lactobiônico por GFOR/GL de Z. mobilis imobilizadas em alginato de cálcio, bem como as etapas de recuperação, purificação e secagem. Na etapa de bioprodução, a influência dos seguintes parâmetros foi avaliada: (i) temperatura (36 a 46°C) e pH (6,4 a 7,6) da reação, (ii) volume reacional (0,2 a 3,0L), (iii) reutilização do biocatalisador imobilizado e (iv) estabilidade do catalisador imobilizado frente a diferentes condições de estocagem. Uma concentração média de ácido lactobiônico de cerca de 510 mmol/L foi obtida a 43°C e pH entre 6,4 e 6,8. A produção de ácido lactobiônico alcançada na bioconversão em volumes de 0,2 e 3,0 L foi proporcional, não havendo diferenças significativas no rendimento. O biocatalisador imobilizado foi reutilizado por 23 ciclos de 24 horas, observando-se preservação da atividade enzimática. A atividade de GFOR/GL foi mantida durante o armazenamento do biocatalisador imobilizado por até 120 dias, em temperatura de 4°C. Para quantificar ácido lactobiônico/lactobionato de sódio, realizou-se o desenvolvimento e a validação de um método analítico por cromatografia líquida de alta eficiência, com detecção por índice de refração, avaliando se os parâmetros relevantes para controle de processo. Nas condições analíticas utilizando coluna Aminex HPX-87H; fase móvel, H2SO4 0,05 mmol/L; fluxo de 0,6 mL/min; 60°C, o método atendeu às exigências de confiabilidade dos resultados, com adequada especificidade, linearidade, precisão, limite de quantificação e exatidão. A avaliação e otimização dos parâmetros de purificação e recuperação do lactobionato de sódio no final do bioprocesso foi realizada por meio de desenho experimental Box Behenken. Os melhores resultados desta otimização foram: vazão específica do antissolvente (etanol 96%, v/v) de 0,45 mL/mL/min, temperatura de 5°C, concentração de etanol no meio de bioconversão de 65% (v/v), frequência de agitação de 80 rpm e tempo de mistura de 5 minutos. Após três sucessivas precipitações do lactobionato de sódio com etanol, foi obtido um produto com elevado grau de pureza (99%), adequado para utilização em diversos segmentos da área farmacêutica e cosmética. Por fim, avaliou-se a conversão do sal (lactobionato de sódio) em ácido lactobiônico utilizando se uma resina de troca iônica, seguida de diferentes técnicas de secagem (liofilização ou spray drying). A conversão do sal em ácido lactobiônico com o uso de resina de troca iônica e os ensaios preliminares de secagem por spray drying, resultaram na obtenção de produto homogêneo, com partículas de forma esferoidal, denotando serem técnicas com potencial aplicação industrial. O conjunto dos resultados obtidos na presente tese representa um substancial e relevante avanço para a bioprodução de ácido lactobiônico por enzimas de Z. mobilis em escala industrial.