Mestrado em Biotecnologia

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Navegando Mestrado em Biotecnologia por Orientador(a) "Mendes, Adriano Aguiar"

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    ItemAcesso aberto (Open Access)
    Desenvolvimento de um novo processo para a produção de ésteres monoalquílicos epoxidados a partir de matérias-primas renováveis
    (Universidade Federal de Alfenas, 2024-03-22) Mattos, Fernanda Rocha; Mendes, Adriano Aguiar; Carvalho, Ana Karine Furtado De; Franco, Marcelo
    O objetivo deste estudo foi produzir ésteres monoalquílicos epoxidados (EMAE), uma valiosa classe de oleoquímicos utilizados em uma ampla gama de produtos e indústrias, a partir de óleo de soja usado (OSU) e óleo fúsel por um processo de três etapas. Este processo consiste na primeira hidrólise enzimática do OSU para produzir ácidos graxos livres (AGL). Nesta etapa, cinco lipases microbianas com diferentes especificidades foram testadas como biocatalisadores. A hidrólise completa do OSU foi obtida após 3 h de reação sob agitação vigorosa (1500 rpm) usando uma lipase não específica de Candida rugosa (LCR). Posteriormente, a produção de ésteres monoalquílicos (EMA) via esterificação de AGL e óleo fúsel em um sistema isento de solventes foi conduzida usando lipase Eversa® Transform 2.0 (ET 2.0) imobilizada via adsorção física em esferas de poli(estireno-divinilbenzeno) como biocatalisador. Diferentes estratégias de remoção de água (reatores fechados e abertos na presença ou ausência de peneiras moleculares a 5% m.m-1 ) na reação foram avaliadas. A conversão máxima de AGL foi de 64,3 ± 2,3% (reator aberto após 30 min de reação) e 73,5 ± 0,4% (reator fechado após 45 min de reação) foi alcançada a 40°C usando uma razão molar estequiométrica AGL:óleo fúsel (1:1), ausência de peneiras moleculares e 5 mg de proteína imobilizada por grama de mistura reacional. Nestes experimentos, a conversão máxima de AGL foi de apenas 30,2 ± 2,7% após 210 min de reação em reator fechado usando lipase solúvel. Testes de reuso revelaram melhor retenção da atividade inicial da ET2.0 imobilizada (cerca de 82%) após oito reações sucessivas de esterificação em batelada conduzidas em reator aberto. Finalmente, os EMA produzidos foram epoxidados via reação de Prilezhaev, um processo químico clássico de epoxidação, usando peróxido de hidrogênio e ácido fórmico como catalisador homogêneo. Os produtos foram identificados por ressonância magnética nuclear de prótons (1H RMN). A conversão máxima de ligações insaturadas em grupos epóxi foi em torno de 33%, alcançada usando ambos os EMA produzidos (reatores abertos ou fechados). Estes resultados mostram que este novo processo pode ser uma abordagem promissora para a produção de oleoquímicos de valor agregado a partir de matérias-primas renováveis e de baixo custo.
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    ItemAcesso aberto (Open Access)
    Desenvolvimento de um processo enzimático para a produção de biolubrificantes a partir de óleo de soja refinado e de fritura.
    (Universidade Federal de Alfenas, 2021-05-28) Carvalho, Wagner Carlos De Alcantara; Mendes, Adriano Aguiar; Soares , Cleide Mara Faria; Pereira , Ernandes Benedito
    Neste estudo, triésteres de trimetilolpropano – TMPTEs (biolubrificantes) foram produzidos por hidroesterificação enzimática dos óleos de soja refinado (OSR) e de fritura (OF). Na primeira etapa, a hidrólise enzimática foi realizada catalisada por extrato bruto em de lipase de Candida rugosa (LCR) na produção de ácidos graxos livre (AGL) em um sistema de emulsificantes. A hidrólise completa dos óleos foi obtida após 3 h de reação a 40°C, usando 3,2 g/L de LCR na forma em pó, agitação mecânica de 1500 rpm e razão mássica óleo/água de 40% e 50% para OF e OSR, respectivamente. Em seguida, LCR e as lipases de Thermomyces lanuginosus (Lipolase ® 100L e Eversa ® Transform 2.0) e Pseudomonas fluorescens (Amano AK) foram imobilizadas via ativação interfacial em partículas esféricas de poliestireno-divinilbenzeno (PSDVB). O procedimento de imobilização foi realizado pela mistura de extratos brutos de lipases com tampão acetato de sódio (5 mM) em pH 5,0 por 18 h de contato sob agitação mecânica (200 rpm) empregando um carregamento fixo de carga de proteína de 40 mg/g de suporte. Os diferentes biocatalisadores preparados obtiveram um alto rendimento de imobilização (acima de 85%). Em seguida, os extratos brutos de lipases (forma livre) e os biocatalisadores imobilizados preparados foram empregados na produção de TMPTEs via esterificação enzimática dos AGL produzidos na etapa de hidrólise com trimetilolpropano (TMP) em sistemas isentos de solventes orgânicos. De acordo com os resultados obtidos, a maior atividade catalítica na hidrólise da emulsão do azeite de oliva em pH 8,0 e 37ºC foi observada para o biocatalisador heterogêneo preparado pela imobilização de Lipolase ® 100L (255,9 ± 3,9 U/g). Entretanto, Eversa ® Transform 2.0 imobilizada em PSDVB foi o biocatalisador mais ativo na produção de TMPTEs e a máxima conversão de OH de ≈97% usando ambas as fontes de AGL foi alcançada após 4 h de reação conduzida em reatores abertos para a eliminação de moléculas de água formada durante a reação a 55°C, razão molar TMP:AGL de 1:3,25 (0,77 g TMP – 5,74 mmol; 5,23 g AGL – 18,77 mmol), agitação mecânica de 240 rpm e 15% da massa de biocatalisador por massa de materiais de partida. Nestas mesmas condições, a conversão de OH de ~25% após 5 h de reação foi obtida usando Novozym ® 435, um biocatalisador heterogêneo comercial amplamente usado em reações de biotransformação. Eversa ® Transform 2.0 imobilizada em PSDVB reteve acima de 90% de sua atividade original após 13 bateladas consecutivas de reação de 4 h cada, usando AGL de OSR e OF como materiais de partida. Os TMPTEs produzidos apresentaram boas propriedades em baixas temperaturas (pontos de fluidez entre –11 e –9 °C). Esses ésteres também exibiram valores de viscosidade cinemática semelhantes a 40ºC – 36,6 mm 2 /s para TMPTEs de OSR e 34,4 mm 2 /s para TMPTEs de OF. Estes resultados mostram que Eversa ® Transform 2.0 imobilizada via ativação interfacial em partículas de PSDVB pode ser uma opção interessante como biocatalisador heterogêneo para catalisar a produção de ésteres com propriedades lubrificantes em processos industriais devido à sua alta atividade catalítica e estabilidade após sucessivas bateladas de reação.
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    ItemAcesso aberto (Open Access)
    Preparação e caracterização de um suporte heterofuncional à base de quitosana e seu uso na imobilização de lipase
    (Universidade Federal de Alfenas, 2021-05-28) Okura, Nicole Souza; Mendes, Adriano Aguiar; Rocha, Maria Valderez Ponte; Carvalho, Ana Karine Furtado De
    Neste estudo, um novo suporte heterofuncional (Qui-Glu-Gli) foi preparado pela ativação sequencial do hidrogel de quitosana (Qui) com glutaraldeído (Glu) e posterior funcionalização com glicina (Gli). A imobilização da lipase de Thermomyces lanuginosus (TLL) neste suporte foi comparada com o hidrogel de quitosana ativado com glutaraldeído (Qui-Glu) e hidrogel sem modificação química (Qui). Os suportes foram caracterizados por análises de espectroscopia no infravermelho (FT-IR), potencial zeta (ZP) e de termogravimetria (TGA) para confirmar a introdução de grupos funcionais na superfície do biopolímero. Inicialmente, foi avaliado o efeito do pH no processo de imobilização nos diferentes suportes preparados empregando baixo carregamento de proteína (5 mg/g). Estes testes foram conduzidos na razão suporte:solução enzimática de 1:20, baixa força iônica (5 mM), 25oC e 18 h de contato sob agitação mecânica em shaker orbital (200 rpm). Completa adsorção da lipase no suporte Qui-Glu-Gli foi observada em meio ácido (pH entre 3,0 e 6,0), enquanto no suporte Qui-Glu não foi observada influência do pH de imobilização (completa imobilizada na faixa de pH entre 4,0 e 10,0). Por outro lado, o suporte sem modificação química (Qui) foi parcialmente solubilizado em meio ácido (pH 4,0) e máxima adsorção de 1,5 mg proteína/g de hidrogel foi obtida em pH 7,0. Com relação ao efeito do carregamento de proteína variando de 5 a 70 mg/g, máxima concentração de lipase imobilizada de 53-55 mg por grama de suporte foi obtida para ambos os suportes Qui-Glu e Qui-Glu-Gli. A adsorção da lipase neste novo suporte foi explicada pelo modelo de isoterma de Langmuir (R2 = 0,9545). Este modelo assume que a adsorção de moléculas de TLL na superfície do suporte ocorre na forma de monocamadas e que este material possui um número finito de sítios de adsorção. Os biocatalisadores preparados empregando Qui-Glu-Gli como suporte foram 4 vezes mais ativos na hidrólise da emulsão de azeite de oliva do que aqueles preparados com Qui-Glu – 1000 U/g e 265,1 ± 14,4 U/g respectivamente. Estes dois biocatalisadores mantiveram ≈40% de sua atividade inicial após 48 h de incubação a 50°C em solventes orgânicos apolares (heptano, tolueno ou isooctano). Testes de dessorção realizados em solução de NaCl e Triton X-100 com diferentes concentrações a 50oC, revelaram que a imobilização da TLL em Qui-Glu ocorreu preferencialmente por ligação covalente (95%). No entanto, a imobilização em Qui-Glu-Gli ocorreu preferencialmente via adsorção por interação iônica – 65% (catiônica e aniônica), interação hidrofóbica (20%) e ligação covalente (15%). A atividade catalítica dos biocatalisadores preparados foi também avaliada em reações de esterificação de ácido palmítico em meio de isooctano, solvente selecionado nos testes de estabilidade em solventes, a 50oC empregando razão equimolar de ácido e álcoois (500 mM de cada reagente) em 70 min de reação e agitação contínua em shaker orbital de 240 rpm. Estes testes foram conduzidos empregando diferentes álcoois como isoamílico, hexanol, 2-etil-1-hexanol e decanol. TLL imobilizada em Qui-Glu-Gli foi também ≈4 vezes mais ativa na produção de ésteres de ácido palmítico. Máxima conversão do ácido de 80,3 ± 0,6% e 23,7 ± 2,5% foi obtida para TLL imobilizada em Qui-Glu-Gli e Qui-Glu, respectivamente, empregando álcool isoamílico. Em seguida, foi avaliado o efeito do tempo de reação na produção do éster empregando o álcool selecionado e a máxima conversão do ácido da ordem de 85% após 90 min de reação foi obtida para o sistema de reação conduzido com o novo biocatalisador preparado neste estudo (TLL imobilizada em Qui-Glu-Gli). Após nove sucessivas bateladas de esterificação, o biocatalisador reteve cerca de 40% de sua atividade inicial. Estes resultados mostram claramente a relevância do novo suporte para a imobilização de TLL para catalisar reações em meio aquoso (hidrólise da emulsão de azeite de oliva) e em orgânico (produção de ésteres lubrificantes).
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    ItemAcesso aberto (Open Access)
    Produção de um antioxidante lipofílico por esterificação catalisada por lipase imobilizada via adsorção física em suporte hidrofóbico
    (Universidade Federal de Alfenas, 2022-03-08) Passari, Fernanda Aparecida; Mendes, Adriano Aguiar; Freitas, Larissa De; Carvalho, Ana Karine Furtado De
    O objetivo do projeto consistiu na produção enzimática de um éster com propriedades antioxidantes e antimicrobianas a partir da esterificação de álcool isoamílico, um produto obtido do óleo fúsel e ácido gálico (ácido 3,4,5- tridróxibenzóico) em meio de terc-butanol. Testes preliminares realizados em nosso grupo de pesquisa empregando diferentes preparações de extratos brutos comerciais de lipases nas formas livres (solúveis e em pó) obteve a máxima atividade catalítica com a lípase Pseudomonas fluorescens (LPF), comercialmente conhecida como Lipase Amano AK. Na realização deste projeto foi empregada a enzima na sua forma imobilizada por adsorção física (mecanismo de ativação interfacial) em partículas de poli(estireno-divinilbenzeno). Este suporte foi selecionado devido à sua capacidade de adsorção de lipases, um importante requisito para a preparação de biocatalisadores com alta atividade catalítica. A preparação do biocatalisador heterogêneo foi realizada em tampão acetato de sódio pH 5,0 (5 mM) por 18 h empregando um carregamento inicial de proteína de 40 mg/g de suporte, onde foi obtido a máxima concentração de proteína imobilizada de aproximadamente 33 mg g -1. A sua atividade catalítica na hidrólise da emulsão do azeite de oliva em pH 8,0 (tampão fosfato de sódio 100 mM) e 37°C foi de 121,4 ± 5,5 U/g de biocatalisador. Após a preparação do biocatalisador foi avaliado o efeito de relevantes parâmetros na produção do éster como: concentração de biocatalisador (5% a 25% m/v), temperatura de reação (20°C a 70ºC) e razão molar ácido:álcool (1: 0,4 a 1:4) empregando um delineamento composto central rotacional (DCCR). As reações foram conduzidas em meio de terc-butanol em condições experimentais fixadas (30 minutos de reação, agitação mecânica de 200 rpm e concentração de ácido gálico de 250 mM). Como variável de resposta determinou-se a porcentagem de conversão do ácido por método titulométrico. Nas condições ótimas a máxima conversão de 55% após 90 min de reação foi obtida para a lipase imobilizada, nestas mesmas condições, a máxima conversão alcançada foi de 37% observado para a lipase na forma livre. O biocatalisador preparado obteve na ordem de 40% de sua atividade inicial após 5 bateladas consecutivas de reação. Este estudo mostra que um protocolo apropriado de imobilização da enzima pode melhorar o seu desempenho catalítico e reuso após sucessivas reações de produção de um éster interesse industrial como em meios orgânicos.