Esterificação enzimática para obtenção de acrilatos simples e múltiplos de maltodextrina

Autor(es)

Bianca Maira Teixeira Ayres

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Química
• Data de defesa: 2014-11-12

Membros da banca

Telma Teixeira Franco; Julio César dos Santos; Luuk Antonius Maria van der Wielen; Ulf Friedrich Schuchardt; Fernando Rodrigo Frederico

• Orientador: Gustavo Paim Valença; Telma Teixeira Franco

Resumo

O objetivo deste trabalho foi a biocatálise de acrilatos de carboidratos, desde glicose até maltodextrina. Maltodextrinas (MD) são produtos da hidrólise do amido, caracterizadas por cadeias de 5 a 20 unidades de ?-D-glicose unidas por ligações ?-1,4 (principalmente). Análises por cromatografia de permeação em gel (HPSEC) caracterizou ampla distribuição de massa molar de amostras padrão ou industriais de MD, apresentando de 1 a 100 unidades de glicose (G1). O fracionamento por etanol para seleção de menores cadeias de glicose não foi efetivo pois variadas frações volumétricas de etanol forneceu contaminação de cadeias curtas no precipitado. Os principais fatores limitantes para a esterificação enzimática da MD com ácido acrílico são baixa solubilidade do substrato sacarídico, inibição por ácido acrílico, polaridade do solvente orgânico que permita atividade enzimática, a qual depende das características da lipase imobilizada como tipo de suporte e origem da lipase. Lipases disponíveis comercialmente na forma imobilizada de Thermomyces lanuginosa (TL IM) ou Candida antarctica (Novozyme 435) e, imobilização por adsorção das lipases de T.lanuginosa, C.antarctica, Candida rugosa e Rizomucor miehei em Accurel EP-100 foram investigadas em triagem associada de solventes orgânicos. Dioxano e Novozyme 435 foram a melhor associação que alcançou maior conversão de G1 e G2. Acrilatos de maltodextrina foram também observados sob incubação com TL IM em TBA. A solubilidade da MD é completa em água, piridina e DMSO, cerca de 1 kg L-1, mas as lipases não são ativas para esterificação nestes solventes. A água é um subproduto da esterificação e sua presença pode deslocar a reação em favor da hidrólise. A adição de DMSO como co-solvente para o sistema reacional contendo 2M2B ou TBA foi comprovado ser menos eficiente que sistemas com 100% dos solventes apolares. A maior área de taxa de aumento da produção direta de acrilatos de maltodextrina foi alcançada com 2-metil-2- butanol como meio reacional. Analogicamente, a acrilação enzimática de n-butanol foi catalisada pela Novozyme 435. Diferentemente dos acrilatos de carboidratos, o produto acrilato de butila pôde ser quantificado por cromatografia em fase gasosa (CG). Sistemas de solventes e co-solventes (tolueno, ciclohexano, 2-metil-2-butanol (2M2B), álcool terc-butílico (TBA) e associações com parcial volume de dimetilsulfoxido (DMSO)) foram estudados para determinar o efeito destes na atividade enzimática específica. O uso de ciclohexano e tolueno resultaram em atividade da enzima três vezes maior que em TBA e 2M2B. n-Butanol e MD são substratos diferenciados pela solubilidade nos solventes orgânicos, os quais devem ser apolares ou pouco polares para permitir atividade catalítica. Uma reação secundária de acrilação com o solvente orgânico, TBA ou 2M2B, foi verificada por cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas. A esterificação enzimática de maltose, de maltotriose e maltodextrina com ácido acrílico catalisada pela lipase Novozyme 435 em 2M2B foram analisadas por espectrometria de massas com ionização por eletrospray, ou acoplada à cromatografia líquida de alta eficiência. Essas análises confirmaram a presença de uma até quatro hidroxilas acriladas da maltose (G2) ou da maltotriose (G3). Um processo em duas etapas de biocatálise para produção de acrilatos de carboidratos foi investigado. Inicialmente, G1 ou G2 foram esterificadas enzimaticamente com propionato de vinila ou acrilato de etila por incubação com Novozyme 435 em dioxano. Em subsequente etapa, a cadeia glicosídica destes ésteres foram alongadas a partir da atividade da cicloglicosil transferase de Bacillus macerans com ?-ciclodextrina como doador de grupo glicosil. Cromatografia líquida de alta eficiência com detecção amperométrica e aerossol carregado e cromatografia em camada delgada foram utilizados para identificar os ésteres de oligossacarídeos. Cerca de 75% ou 55% de ?-ciclodextrina foi convertida com consumo de 40.5% de propionato de glicose (G1P) ou 86.3% de propionato de maltose (G2P) pela atividade da CGTase. A composição da solução final foi, desde 2 a 14 unidades de glicose com uma unidade acrilada ou propilada (AU)

• Processo FAPESP: 09/18497-3 - Esterificação Enzimática para Obtenção de Acrilatos Simples e Múltiplos de Maltodextrinas
• Beneficiário: Bianca Maíra Teixeira Ayres
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado