Imobilização de pectinases em partículas de quitosana ativadas por genipina e aplicação na clarificação de sucos de frutas : estudo dos parâmetros geométricos dos biorreatores

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Costa, Vinícius Zimmermann Simões da
• Orientador(a): Rodrigues, Rafael Costa
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Pectinase; Genipina; Quitosana; Reatores; Clarificação
• Palavras-chave em Inglês: Pectinase; Genipin; Chitosan; Reactors; Geometry; Clarification
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/266884

A clarificação enzimática de sucos já é amplamente difundida, entretanto, a imobilização de enzimas para este fim, utilizando materiais atóxicos (como a genipina), bem como a aplicação destes biocatalisadores em biorreatores para uso contínuo ainda carecem de estudos. Somado a isso, o desconhecimento da relação entre a geometria e a fluidodinâmica do biorreator, e o impacto desta na clarificação contínua de sucos, motivaram este trabalho. Neste estudo, investigou-se o potencial de esferas de quitosana ativadas com genipina como suporte para a imobilização de pectinase, e sua aplicação subsequente na clarificação de suco de frutas, especialmente na utilização desses biocatalisadores em reatores de leito fixo e o impacto da geometria do reator no processo de clarificação. A etapa inicial envolveu a ativação do suporte com genipina e a avaliação de parâmetros de imobilização, incluindo o pH de ativação do suporte, a carga enzimática e o pH de imobilização. Na sequência, estudouse a estabilidade térmica e operacional da enzima, além da clarificação contínua de sucos de frutas. Cinco reatores de leito fixo distintos foram utilizados para observar o impacto da geometria na fluidodinâmica e, consequentemente, no processo de clarificação. Para isso, os reatores foram analisados em dois diferentes grupos: reatores com mesmo volume (40 mL – A: r = 0,64 cm, L = 31,5 cm; B: r = 0,80 cm, L = 20 cm; C: r = 1,13 cm, L = 10 cm) e reatores com a mesma área da seção transversal (2 cm2 – B: V = 40 mL; D: V = 60 mL; E: V = 20 mL). Quando analisada a carga enzimática oferecida ao suporte, quantidades superiores a 100 mg de proteína /g de suporte não demonstraram aumento na atividade imobilizada, e a atividade recuperada observada foi em torno de 1 %. A enzima imobilizada apresentou estabilidade notável, retendo cerca de 60 % de sua atividade inicial após suportar 5 h a 60°C, em contraste com a rápida inativação da enzima livre em menos de 1 h. Não houve diferença estatística significativa entre a enzima livre e imobilizada em relação à eficiência de clarificação (redução da turbidez) do suco de laranja, já a eficiência de clarificação do suco de uva usando a enzima imobilizada foi estatisticamente maior do que com a enzima livre. No teste de estabilidade da atividade enzimática em batelada, a enzima imobilizada manteve 40 % de sua atividade relativa inicial ao longo de 20 ciclos, demonstrando seu potencial para uso prolongado. A clarificação de sucos de frutas, no entanto, apresentou desafios devido à adsorção de partículas do suco nos biocatalisadores, reduzindo sua atividade. Uma abordagem aprimorada de lavagem ajudou a remover as partículas adsorvidas e manteve 40 % das capacidades iniciais, mesmo após 10 ciclos. Para os reatores, avaliações do tempo de residência revelaram, nos reatores com volumes iguais, variações na capacidade de clarificação atribuídas a diferenças de geometria. Testes de estabilidade da atividade enzimática demonstraram manutenção da atividade ao longo de 100 h, no entanto, para a estabilidade da clarificação de sucos de frutas, a acumulação de partículas prejudicou a clarificação contínua de sucos dentro de sistemas de leito fixo, levando à necessidade de soluções inovadoras. Para mitigar isso, uma abordagem inovadora envolveu a alteração da orientação da bomba, redirecionando o fluxo de suco (descendente) e um período de hidrólise prolongado de 80 h, até que não houvesse mais clarificação observada. Em resumo, este estudo revelou o potencial das esferas de quitosana ativadas com genipina para a imobilização de pectinase e a clarificação de sucos de frutas. Ele enfatiza a importância do projeto do reator e a necessidade de abordar desafios como a acumulação de partículas. Os resultados destacam o valor das enzimas imobilizadas na melhoria do processamento de sucos e na otimização da estabilidade e configuração do reator para processos de clarificação bem-sucedidos e sustentáveis.