Desenvolvimento de biocatalisadores compostos por pectinases e celulases imobilizadas para a clarificação de sucos de frutas

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Dal Magro, Lucas
• Orientador(a): Rodrigues, Rafael Costa
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Complexo enzimático; Partícula magnética; Quitosana; Agarose; Imobilização enzimática; Biorreatores
• Palavras-chave em Inglês: enzyme complex; magnetic particle; chitosan; agarose; enzymatic immobilization; enzymatic bioreactors
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/211894

O consumo de sucos de frutas vem apresentando grande crescimento, acompanhando a tendência mundial de bebidas saudáveis. Entretanto, sua composição rica em polissacarídeos pode influenciar o rendimento produtivo, bem como sua qualidade. Desta forma, o presente trabalho buscou, por meio do desenvolvimento de biocatalisadores compostos por pectinases e celulases imobilizadas, melhorar a eficiência do processo produtivo de clarificação e a qualidade dos sucos de frutas. Primeiramente, no intuito de melhorar a separação e a reutilização das enzimas imobilizadas dos sedimentos dos sucos, duas metodologias de imobilização com partículas magnéticas foram testadas, CLEAs-magnéticos (CLEA-MP*) e a imobilização na superfície da partícula magnética ativada com glutaraldeído (Enz-Glu-MP*). No entanto, uma queda quase linear no rendimento durante os 8 ciclos de clarificação do suco de uva foi verificado em ambos biocatalisadores, podendo estar relacionado a menor atração magnética do CLEA-MP* que dificultou a separação deste do suco, ou então, a menor estabilidade do Enz-Glu-MP*. Em seguida, buscando preparar biocatalisadores com alta estabilidade, aliada a boas propriedades magnéticas, estudou-se diferentes metodologias de recobrimento das partículas magnéticas com quitosana, alcançando 3 diferentes biocatalisadores com distintos tamanhos: Nano (Nano-CMag), Micro (Micro-CMag) e Macro (Macro-CMag). O tamanho do biocatalisador influenciou diretamente nas características das enzimas imobilizadas, onde o Macro-CMag obteve as maiores estabilidades, apresentando as maiores atividades residuais após 25 ciclos de clarificação dos sucos de uva, maçã e laranja. A seguir, procurou-se entender como cada enzima reage as diferentes condições de pH, visto que muitos protocolos de imobilização exigem condições alcalinas, nas quais as enzimas apresentam baixa estabilidade. Desta forma, diferentes agentes estabilizantes foram testados, onde verificou-se que 20 % de polietilenoglicol (PEG) apresentou os melhores resultados de estabilização para todas as enzimas do preparado em pH 10 a 25 °C, mantendo atividades próximas a 100 %. Posteriormente, a imobilização de duas das principais enzimas para a hidrólise da pectina, pectina liase (PL) e poligalacturonase (PG), foram estudadas variando a condição de imobilização nos suportes glioxil-agarose, vinilsulfona-agarose, MANAE e MANAE-glutaraldeído. Para ambas as enzimas o melhor suporte foi MANAE-glutaraldeído. Os diferentes pHs estudados para a imobilização apresentaram efeitos na recuperação da atividade enzimática, estabilidade térmica e operacional, sugerindo que os diferentes pHs testados permitiram obter enzimas imobilizadas com distintas orientações. Além disso, altas atividades foram alcançadas em amostras que apresentaram uma condição de imobilização mais lenta (alta força iônica). Já os biocatalisadores que foram incubados a pH 8 na parte final da imobilização, apresentaram as maiores estabilidades térmicas e operacionais, devido a formação de ligações multipontuais enzima-suporte. Por fim, visto as melhores estabilidades e a fácil separação da reação apresentada pelas macroesferas de quitosana, estas foram preparadas e aplicadas em reatores de leito empacotado e leito fluidizado para a clarificação contínua do suco de laranja. Devido ao seu maior tamanho, as partículas magnéticas não foram necessárias para a separação do suporte e uma maior concentração de enzima pôde ser imobilizada. Os melhores resultados foram alcançados utilizando o reator de leito fluidizado, provavelmente devido à melhor difusão de massa desse sistema, enquanto que zonas mortas e caminhos preferenciais foram observados no reator de leito empacotado. A aplicação de enzimas imobilizadas em reatores contínuos apresentou-se como uma tecnologia promissora para a clarificação de sucos de frutas industriais, trazendo contribuições para a eficiência do processo produtivo e para o aumento da qualidade dos sucos de frutas.