Estudo experimental e modelagem matemática da síntese de ésteres emolientes catalisada por lipases imobilizadas em copolímero magnetizado

• Autor(a) principal: Assis, Gabrielle Policarpo de
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97139/tde-12012024-140533/
• topic: Copolímero magnetizado; Emollient ester; Éster emoliente; Immobilized lipase; Kinetic and thermodynamic parameters; Lipase imobilizada; Magnetized copolymer; Mathematical modeling; Mecanismo Ping-Pong Bi-Bi; Modelagem matemática; Parâmetros cinéticos e termodinâmicos; Ping-Pong Bi-Bi mechanism; Temperatura; Temperature

O presente trabalho teve por objetivo sintetizar diferentes ésteres emolientes por rota enzimática via esterificação em meio isento de solvente empregando como biocatalisadores a lipase de Penicillium camembertti (Lipase G) e a lipase pancreática (LPP) imobilizadas em suporte híbrido magnetizado à base de estireno. O suporte poli(estireno-co-dimetacrilato de trietilenoglicol), STY-TEGDMA-M, foi sintetizado pela técnica de polimerização em suspensão e as lipases imobilizadas através da técnica de adsorção física. Foi realizada caracterização morfológica dos biocatalisadores sintetizados por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de infravermelho (FT-IR), constatando-se a presença da enzima no copolímero após o processo de imobilização. As atividades sintéticas dos biocatalisadores G-STY-TEGDMA-M e LPP-STY-TEGDMA-M demonstraram atividade de aproximadamente de 570 e 320 U g-1 , respectivamente. Posteriormente foi estudada a influência da temperatura nas sínteses dos ésteres emolientes: oleato de butila, oleato de hexila e oleato de octila. A síntese do oleato de butila apresentou conversões máximas empregando-se a lipase G já nas 12 primeiras horas, atingindo valores que variaram de 44 61%, dependendo da temperatura empregada. Observações diferentes foram obtidas para as reações catalisadas pela LPP, em que as maiores conversões só foram encontradas após 24h de reação (20 80%). Os maiores consumos do ácido oleico nas sínteses do oleato de hexila foram obtidos em 45º C empregando-se a lipase G, e em 50ºC utilizando-se a LPP, atingindo 81% e 88% de conversão, respectivamente. Para a formação do oleato de octila foram obtidas conversões máximas de 37% empregando a lipase G, diferentemente da LPP que apresentou cerca de 80% de conversão. Esses resultados demonstram que para a LPP, a diferença no tamanho da cadeia carbônica do substrato praticamente não influenciou na conversão máxima das sínteses, diferentemente do observado para a lipase G, que apresentou melhor desempenho em substrato com tamanho de cadeia carbônica intermediária (ácido oléico + hexanol), dentre os substratos testados. Assim, o bioprocesso na qual sintetizou o oleato de hexila empregando como biocatalisador o G-STYTEGDMA-M foi selecionado como o bioprocesso mais adequado. O teste de estabilidade térmica do derivado imobilizado selecionado mostrou que o G-STY-TEGDMA-M mantêm cerca de 87 % de sua atividade inicial, após incubação por 4h a 60°C. Para o bioprocesso selecionado foi desenvolvida a modelagem cinética empregando o mecanismo Ping-Pong BiBi, nas quais foram obtidos diferentes parâmetros, tais como, as constantes de equilíbrio (Keq) para as temperaturas estudadas e energias de ativação direta e inversa. Além disso, observouse que as taxas de velocidade das reações diretas sofreram uma pequena influência com o aumento da temperatura reacional, já para a velocidade inversa não foi observada nenhuma alteração, mantendo-se o valor constante. O melhor ajuste de parâmetros apresentou valor de critério de Akaike corrigido (AICC) de 124,7762 e o desenvolvimento do método cromatográfico confirmou a formação do éster oleato de hexila. A relevância do trabalho está relacionada ao emprego do STY-TEGDMA-M para imobilização de lipases, a síntese dos diferentes ésteres avaliados e a abordagem utilizada na construção do modelo cinético enzimático.