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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.75.2016.tde-18052016-142501
Documento
Autor
Nome completo
Irlon Maciel Ferreira
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2016
Orientador
Banca examinadora
Porto, André Luiz Meleiro (Presidente)
Yoshioka, Sergio Akinobu
Curvelo, Antonio Aprigio da Silva
Oliveira, Kleber Thiago de
Raminelli, Cristiano
Título em português
Imobilização do fungo Penicillium citrinum CBMAI 1186 e lipase de Pseudomonas fluorescens em biopolímeros para aplicações em biocatálise
Palavras-chave em português
Biocatálise
Biodiesel
Biopolímeros
Imobilização
P. citrinum
Resumo em português

Diversos biomateriais podem ser aplicados como suportes na imobilização de células totais de fungos filamentosos ou enzimas isoladas, visando a manutenção e o prolongamento da atividade enzimática em processos biocatalíticos. Exemplos promissores de biomateriais são a fibroína da seda e o alginato de sódio. A fibroína é um material protéico com alta estabilidade térmica, elasticidade, resistência à tensão, não sofre ataque microbiano, baixo custo de purificação e alta tenacidade, o alginato é um biopolímero versátil, devido a suas propriedades gelificantes em soluções aquosas. Assim, neste trabalho empregou-se micélios do fungo derivado de ambiente marinho, Penicillium citrinum CBMAI 1186, livres e imobilizados em biopolímeros (fibra de algodão, fibra de fibroína da seda e fibra de paina) na biorredução quimiosseletiva, regiosseletiva e enantiosseletiva da ligação α,β-C=C de enonas α,β-, α,β,γ,δ- e di-α,β-insaturadas previamente sintetizados pela a reação de condensação aldólica. Foi possível a utilização do fungo P. citrinum CBMAI 1186 na redução quimiosseletiva, regiosseletiva e enantiosseletiva da ligação dupla carbono-carbono de sistemas α,β-insaturados. A imobilização do fungo P. citrinum CBMAI 1186 em biopolímeros (algodão, fibroína da seda, paina e quitosana) permitiu a prolongamento da atividade celular do fungo. O protocolo desenvolvido foi capaz de obter compostos até então descritos apenas por síntese clássica. Também foi realizado reações de resolução enzimática de derivados de haloidrinas por diferentes lipases microbianas de: Pseudomonas fluorescens, Candida cylindracea, Rhizopus niveus e Aspergillus niger. A lipase de P. fluorescens foi imobilizada em esferas de fibroína do bicho da seda (método 1, via adsorção) e em blenda com alginato de cálcio (método 2, via encapsulação) em diferentes condições, tais como, variação de solvente, variação da quantidade de enzima imobilizada e tempo de reação. As condições otimizadas foram empregadas em diferentes haloidrinas, rendendo elevados excessos enantioméricos (ee > 99%) e alta razão enanantiomérica (E > 200) para os produtos acetilados. Foi possível desenvolver um protocolo simples, barato e prático para a síntese enantiosseletiva de haloidrina reforçando a versatilidade da fibroína e do alginato como suportes de imobilização para catalisadores heterogêneos. Também foi possível utilizar a lipase imobilizada (método 2) na reação de transesterificação para obtenção do biodiesel etílico. As melhores condições para o bom funcionamento do biocatalisador foram: 30% do biocatalisador, 20% de n-hexano, relação óleo e etanol de 1:4 a 32 ºC por 48 h em agitação magnética (400 rpm). Essas condições permitiram a formação de 42% de rendimento do biodiesel etílico. O biocatalisador apresentou algumas limitações reacionais, tais como, fragilidade frente a elevadas temperaturas (> 32 ºC) e prolongado tempo de agitação magnética. Porém, permaneceu apto no meio por 4 ciclos consecutivas. Conclui-se que os biomateriais (fibroína, alginato e quitosana) podem ser utilizados como alternativas versáteis na imobilização de micélios de fungos filamentoso e de enzimas isoladas para aplicações em biocatalíticas.

Título em inglês
Immobilization of Penicillium citrinum CBMAI 1186 and a lipase from Pseudomonas fluorescens on biopolymers for biocatalysis
Palavras-chave em inglês
Biocatalysis
Biodiesel
Biopolymers
Immobilization
P. citrinum
Resumo em inglês

Various biomaterials have been used as matrices for immobilization of whole filamentous fungi or isolated enzymes in order to maintain and extend enzyme activity in biocatalytic processes. Promising examples of biomaterials include silk fibroin and sodium alginate. Fibroin is a protein with high thermal stability, elasticity, and tensile strength; the ability to resist microbial attacks; and low purification costs. Owing to its gelling properties in aqueous solutions, alginate is a versatile biopolymer. In this work, we used the mycelia of a marine fungus, Penicillium citrinum CBMAI 1186, in the free form as well as immobilized in biopolymers (cotton fiber, silk fibroin, and kapok fiber) for the chemoselective, regioselective, and enantioselective bioreduction of the α,β-C=C bond of unsaturated α,β-, α,β,γ,δ-, and di-α,β-enones previously synthesized by aldol condensation. P. citrinum CBMAI 1186 successfully performed chemoselective, regioselective, and enantioselective reduction of the double carbon-carbon bond in unsaturated α,β-systems. Immobilization of P. citrinum CBMAI 1186 in biopolymers (cotton, silk fibroin, kapok fiber, and chitosan) prolonged the biocatalytic activity of the fungus. This protocol could be used to obtain compounds that have until now only been produced using classic synthesis methods. Enzymatic resolution of derivatives of halohydrins by lipases from Pseudomonas fluorescens, Candida cylindracea, Rhizopus niveus, and Aspergillus niger was also carried out. P. fluorescens lipase was immobilized in silk fibroin spheres (method 1, via adsorption) and in a calcium alginate blend (method 2, via encapsulation) under different conditions, i.e., different solvents, quantity of immobilized enzyme, and reaction time. The optimized conditions were used to resolve different halohydrins, and the acetylated products were obtained at high enantiomeric excess (ee > 99%) and high enantiomeric ratio (E > 200). A simple, inexpensive, and convenient protocol was developed for the enantioselective synthesis of halohydrins. The results highlight the versatility of fibroin and alginate as immobilization matrices for heterogeneous catalysts. The lipase immobilized by method 2 was also used in a transesterification reaction to obtain ethyl biodiesel. The optimum conditions for biocatalysis were: 30% biocatalyst, 20% n-hexane, and oil-to-ethanol ratio of 1:4 at 32°C for 48 h on a magnetic stirrer (400 rpm). Under these conditions, the yield of ethyl biodiesel reached 42%. Biocatalysts have some limitations, such as low stability at temperatures > 32°C and prolonged time of magnetic stirring. However, the catalysts remained active for 4 consecutive cycles. In conclusion, biomaterials (fibroin, alginate, and chitosan) can be used as versatile alternatives for immobilization of fungal mycelium and isolated enzymes for use in biocatalysis.

 
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Data de Publicação
2016-05-23
 
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