Recuperação e purificação de invertases de Saccharomyces cerevisiae usando sistema aquoso bifásico PEG 1500/sulfato de magnésio em microcanais
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Data de Publicação: | 2022 |
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Texto Completo: | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/49241 |
Resumo: | A intensificação de processos tem ganhado destaque em processos clássicos, como a extração líquido-líquido para a separação de biomoléculas através da utilização de sistemas aquosos bifásicos (SAB) nas etapas de recuperação e purificação (downstream processing) de, principalmente, proteínas e enzimas. Nesse contexto, ainda encontra-se a utilização de microssistemas para intensificação de processos, no entanto, estudos à respeito da avaliação do impacto de padrões de escoamento sobre o desempenho da extração ainda são escassos, principalmente em ambientes complexos com múltiplas moléculas-alvo, como os produtos de uma lise celular. Assim, neste trabalho, invertase de Saccharomyces cerevisiae foi separada utilizando a técnica de extração líquido-líquido em um microssistema através de um SAB formado por polietilenoglicol (PEG) 1500 (15% m/m), sulfato de magnésio (20% m/m) e água destilada (65% m/m). O estudo foi realizado incluindo variações na vazão total de 9,30 μL/min a 324,45 μL/min, na razão volumétrica entre fase topo e fase fundo de 1:2 a 2:1, no diâmetro dos tubos de 0,51 a 2,06 mm e no comprimento dos tubos de 0,58 a 9,40 m. A disposição das fases foi observada durante o percurso no microssistema usando ampla faixa de vazão total e foi obtido um mapa de padrões de escoamento. Os padrões observados foram slug-curto, slug-longo e paralelo, sendo o padrão slug-curto para baixas vazões e paralelo para altas vazões. Registrou-se que o aumento da vazão total afetou negativamente a recuperação de invertase durante a extração, passando de 2,78 para 1,04 quando a vazão aumentou de 32,02 μL/min para 145,66 μL/min. Enquanto isso, maiores valores de tempo de residência e razão volumétrica melhoraram a recuperação e o fator de purificação da enzima de 10,61% e 1,23, respectivamente, em 15 minutos de tempo de residência e razão volumétrica de 1:1 para 51,15% e 2,78, respectivamente, em 35 minutos de tempo de residência e razão volumétrica de 2:1, ambos no padrão slug-longo e diâmetro de tubo de 1,14 mm. Avaliando os padrões de fluxo, usando tempo de residência de 35 min, razão volumétrica de 2:1 e diâmetro do tubo de 1,14 mm, os padrões slug-curto e slug-longo apresentaram desempenhos de 53,95% e 51,15% de recuperação de invertase e fator de purificação de 1,84 e 2,78, respectivamente. O efeito do diâmetro do canal também foi estudado e conclui-se que em menores diâmetros, a recuperação obteve os melhores resultados, destacando-se o valor 57,01% de recuperação de invertase e fator de purificação de 4,16 no tubo de 0,51 mm de diâmetro quando o tempo de residência foi de 35 min e a razão volumétrica foi de 2:1. Esse resultado também pode ser justificado pelo valor do coeficiente volumétrico de transferência de massa (KLa) máximo obtido de 8,86 x 10-4 s-1 quando comparado com os valores resultantes para as outras condições operacionais. Dessa forma, o presente estudo contribui para o desenvolvimento dos conhecimentos na área de microssistemas em problemas de separação de enzimas através de extração líquido-líquido. |
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Carvalho, Júlia Caroline Ribeiro dehttp://lattes.cnpq.br/7311539246014028https://orcid.org/0000-0002-1594-6814http://lattes.cnpq.br/7400460833577257Padilha, Carlos Eduardo de Araújohttps://orcid.org/0000-0002-9532-3026http://lattes.cnpq.br/1186888955341616Santos, Everaldo Silvino doshttps://orcid.org/0000-0001-7384-1140http://lattes.cnpq.br/4330639792072559Rios, Nathalia SaraivaSouza, Domingos Fabiano de Santana2022-09-02T00:19:59Z2022-09-02T00:19:59Z2022-07-15CARVALHO, Júlia Caroline Ribeiro de. Recuperação e purificação de invertases de Saccharomyces cerevisiae usando sistema aquoso bifásico PEG 1500/sulfato de magnésio em microcanais. 2022. 97f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2022.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/49241A intensificação de processos tem ganhado destaque em processos clássicos, como a extração líquido-líquido para a separação de biomoléculas através da utilização de sistemas aquosos bifásicos (SAB) nas etapas de recuperação e purificação (downstream processing) de, principalmente, proteínas e enzimas. Nesse contexto, ainda encontra-se a utilização de microssistemas para intensificação de processos, no entanto, estudos à respeito da avaliação do impacto de padrões de escoamento sobre o desempenho da extração ainda são escassos, principalmente em ambientes complexos com múltiplas moléculas-alvo, como os produtos de uma lise celular. Assim, neste trabalho, invertase de Saccharomyces cerevisiae foi separada utilizando a técnica de extração líquido-líquido em um microssistema através de um SAB formado por polietilenoglicol (PEG) 1500 (15% m/m), sulfato de magnésio (20% m/m) e água destilada (65% m/m). O estudo foi realizado incluindo variações na vazão total de 9,30 μL/min a 324,45 μL/min, na razão volumétrica entre fase topo e fase fundo de 1:2 a 2:1, no diâmetro dos tubos de 0,51 a 2,06 mm e no comprimento dos tubos de 0,58 a 9,40 m. A disposição das fases foi observada durante o percurso no microssistema usando ampla faixa de vazão total e foi obtido um mapa de padrões de escoamento. Os padrões observados foram slug-curto, slug-longo e paralelo, sendo o padrão slug-curto para baixas vazões e paralelo para altas vazões. Registrou-se que o aumento da vazão total afetou negativamente a recuperação de invertase durante a extração, passando de 2,78 para 1,04 quando a vazão aumentou de 32,02 μL/min para 145,66 μL/min. Enquanto isso, maiores valores de tempo de residência e razão volumétrica melhoraram a recuperação e o fator de purificação da enzima de 10,61% e 1,23, respectivamente, em 15 minutos de tempo de residência e razão volumétrica de 1:1 para 51,15% e 2,78, respectivamente, em 35 minutos de tempo de residência e razão volumétrica de 2:1, ambos no padrão slug-longo e diâmetro de tubo de 1,14 mm. Avaliando os padrões de fluxo, usando tempo de residência de 35 min, razão volumétrica de 2:1 e diâmetro do tubo de 1,14 mm, os padrões slug-curto e slug-longo apresentaram desempenhos de 53,95% e 51,15% de recuperação de invertase e fator de purificação de 1,84 e 2,78, respectivamente. O efeito do diâmetro do canal também foi estudado e conclui-se que em menores diâmetros, a recuperação obteve os melhores resultados, destacando-se o valor 57,01% de recuperação de invertase e fator de purificação de 4,16 no tubo de 0,51 mm de diâmetro quando o tempo de residência foi de 35 min e a razão volumétrica foi de 2:1. Esse resultado também pode ser justificado pelo valor do coeficiente volumétrico de transferência de massa (KLa) máximo obtido de 8,86 x 10-4 s-1 quando comparado com os valores resultantes para as outras condições operacionais. Dessa forma, o presente estudo contribui para o desenvolvimento dos conhecimentos na área de microssistemas em problemas de separação de enzimas através de extração líquido-líquido.Process intensification has gained prominence in classical processes, such as liquid-liquid extraction for the separation of biomolecules through the use of aqueous twophase systems (ATPS) in the recovery and purification steps (downstream processing) of, mainly, proteins and enzymes. In this context, there is still the use of microsystems for process intensification, however, studies regarding the evaluation of the impact of flow patterns on the extraction performance are still scarce, especially in complex environments with multiple target molecules, such as the products of cell lysis. Thus, in this work, invertase from Saccharomyces cerevisiae was separated using the liquid-liquid extraction technique in a microsystem through a ATPS formed by polyethylene glycol (PEG) 1500 (15% m/m), magnesium sulfate (20% m/m) and distilled water (65% w/w). The study was carried out including variations in the total flow from 9.30 μL/min to 324.45 μL/min, in the volumetric ratio between top and bottom phases from 1:2 to 2:1, in the diameter of the tubes from 0.51 to 2.06 mm and in the length of the tubes from 0.58 to 9.40 m. The phase arrangement was observed during the course in the microsystem using a wide range of total flow and a map of flow pattern was obtained. The observed patterns were short-slug, long-slug and parallel, being the short-slug pattern for low flows and parallel for high flows. It was recorded that the increase in total flow negatively affected the invertase recovery during extraction, going from 2.78 to 1.04 when the flow increased from 32.02 μL/min to 145.66 μL/min. Meanwhile, higher values of residence time and volumetric ratio improved enzyme recovery and purification factor by 10.61% and 1.23, respectively, at 15 minutes residence time and volumetric ratio from 1:1 to 51.15% and 2.78, respectively, at 35 minutes residence time and a 2:1 volumetric ratio, both in the long-slug pattern and 1.14 mm tube diameter. Evaluating the flow patterns, using 35 min residence time, 2:1 volumetric ratio and 1.14 mm tube diameter, the short-slug and long-slug patterns presented performances of 53.95% and 51.15% of invertase recovery and a purification factor of 1.84 and 2.78, respectively. The effect of the channel diameter was also studied and it was concluded that in smaller diameters, the recovery obtained the best results, highlighting the value of 57.01% of invertase recovery and a purification factor of 4.16 in the 0.51 mm in diameter when the residence time was 35 min and the volumetric ratio was 2:1. This result can also be justified by the value of the maximum volumetric mass transfer coefficient (KLa) obtained of 8.86 x 10-4 s-1 when compared with the resulting values for the other operating conditions. Thus, the present study contributes to the development of knowledge in the area of microsystems in problems of enzyme separation through liquid-liquid extraction.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqUniversidade Federal do Rio Grande do NortePROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICAUFRNBrasilCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICAInvertaseSistema aquoso bifásicoMicrocanalPadrão de fluxoPolietilenoglicolRecuperação e purificação de invertases de Saccharomyces cerevisiae usando sistema aquoso bifásico PEG 1500/sulfato de magnésio em microcanaisRecovery and purification of invertases from Saccharomyces cerevisiae in microchannels using PEG 1500/magnesium sulfate aqueous two-phase systeminfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRNORIGINALRecuperacaopurificacaoinvertases_Carvalho_2022.pdfapplication/pdf1582272https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/49241/1/Recuperacaopurificacaoinvertases_Carvalho_2022.pdfbad3eff20a8c2b1c47de670ce6a6de06MD51123456789/492412022-09-01 21:20:34.112oai:https://repositorio.ufrn.br:123456789/49241Repositório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/opendoar:2022-09-02T00:20:34Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false |
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