Síntese enzimática de um biossurfactante por esterificação em meio orgânico - otimização, caracterização estrutural e avaliação de sua atividade antimicrobiana

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Universidade Federal de Minas Gerais

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Dissertação de mestrado

Título alternativo

Enzymatic synthesis of a biosurfactant by esterification in organic medium - optimization, structural characterization and evaluation of its antimicrobial activity

Primeiro orientador

Membros da banca

Kátia Cecília de Souza Figueiredo
Manuel Noel Paul Georges Houmard

Resumo

O presente projeto de mestrado consistiu na preparação de biocatalisadores heterogêneos por ativação interfacial de três lipases diferentes – Thermomyces lanuginosus (LTL), Candida rugosa tipo VII (LCR) e Pseudomonas fluorescens (LPF), utilizando partículas de sílica obtidas por processo hidrotérmico da casca de arroz e funcionalizada com trietoxi(octil)silano – OCTES (Octil-SiO2). Os parâmetros de imobilização foram determinados na hidrólise da emulsão de azeite de oliva e concentração de proteína adsorvida. Os biocatalisadores preparados foram empregados na esterificação de ácido palmítico e DL-Isopropilidenoglicerol (Solketal) em meio orgânico para a síntese de palmitato de solketila, um éster com propriedades emulsificantes. De acordo com os resultados, máximo carregamento de proteína imobilizada de 20–22 mg/g de suporte foi obtido, independentemente da fonte de lipase. LTL–Octil–SiO2 foi o biocatalisador mais ativo na hidrólise do azeite de oliva emulsificado (656 ± 24 U/g) e na síntese do éster (produtividade de 7 mmol/min.gbiocat), consequentemente selecionado para estudos de otimização. O efeito de alguns importantes parâmetros como concentração de biocatalisador, temperatura de reação e razão molar ácido:álcool na reação foi avaliado por um delineamento composto central rotacional (DCCR), mantendo-se fixa a agitação mecânica (240 rpm) e o tempo de reação (15 min). Em seguida, foi também avaliado o efeito da concentração de reagentes e de peneira molecular. Nas condições ótimas de reação (56 °C, ausência de peneira molecular, razão molar ácido:álcool de 1:3 com concentração inicial de ácido palmítico de 1 mol/L e 800 U de atividade de enzima, que corresponde a 20% em massa de LTL–Octil–SiO2 por volume de meio de reação), máxima conversão de 83% foi obtida após 150 min de reação. O biocatalisador foi estável, retendo 87% de sua atividade inicial após 7 bateladas sucessivas de reação. O produto (palmitato de solketila) foi identificado por ressonância magnética nuclear (RMN). Estudos de atividade antimicrobiana mostraram que o éster sintetizado apresentou atividade antifúngica contra Candida albicans e Candida parapsilosis, com uma concentração inibitória mínima (CIM) entre 200 e 400 µg/mL, e ação bacteriostática/fungistática – concentração microbicida mínima (CMM) >400 µg/mL.

Abstract

The present study aimed the preparation of heterogeneous biocatalysts by interfacial activation of three different lipases – Thermomyces lanuginosus (TLL), Candida rugosa type VII (CRL), and Pseudomonas fluorescens (PFL), using rice husk silica functionalized with triethoxy(octyl)silane (Octyl–SiO2). Immobilization parameters were determined in the hydrolysis of olive oil emulsion and concentration of adsorbed protein. The prepared biocatalysts were used in the esterification of palmitic acid and DL-Isopropylidenoglycerol (Solketal) in organic medium for the synthesis of solketila palmitate, an ester with emulsifying properties. According to the results, maximum immobilized protein loading of 20–22 mg of lipase/g of support was obtained, independently of the lipase source. TLL–Octyl–SiO2 was the most active biocatalyst in oil hydrolysis (656 ± 24 U/g) and ester synthesis (productivity of 7 mmol/min.gbiocat), and it has been chosen for further ester optimization. The effect of some important parameters such as biocatalyst concentration, reaction temperature and acid:alcohol molar ratio on ester synthesis was evaluated using a Central Composite Rotatable Design (CCRD), keeping mechanical stirring (240 rpm) and reaction time (15 min) fixed. Subsequently, the effect of reactants concentration and molecular sieve concentration was also examined. Under optimal reaction conditions (56 °C, absence of molecular sieve, acid:alcohol molar ratio of 1:3 with initial palmitic acid concentration of 1 mol/L and 800 units of hydrolytic activity (U), that corresponds to 20% wt. of TLL–Octyl–SiO2 per volume of reaction mixture), maximum acid conversion of 83% was obtained after 150 min of reaction. The biocatalyst was highly stable, retaining 87% of its initial activity after seven successive reaction batches. The product (solketila palmitate) was identified by nuclear magnetic resonance (NMR) analysis. Antimicrobial activity studies showed that the synthesized ester demonstrated antifungal activity against Candida albicans and Candida parapsilosis, with a minimum inhibitory concentration (MIC) between 200 and 400 µg/mL, and bacteriostatic/fungistatic action – minimum microbicidal concentration (MMC) >400 µg/mL.

Assunto

Engenharia química, Adsorção, Lipase, Sílica, Otimização, Antimicrobianos

Palavras-chave

Adsorção de lipase, Otimização, Sílica de casca de arroz, Síntese de biossurfactante, Atividade antimicrobiana

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