Recuperação enzimática de P(3HB) produzido por Bacillus megaterium

Abstract

Polihidroxialcanoatos (PHAs) são poliésteres biodegradáveis com potencial para competir com plásticos derivados de fonte fóssil, possuindo características térmicas e mecânicas semelhantes a estes polímeros. O poli(3-hidroxibutirato) (P(3HB)) é um dos PHAs mais estudados, sendo este sintetizado em corpos de inclusão e acumulado como reserva de carbono e energia por uma variedade de microrganismos. A separação do polímero de dentro da célula é uma etapa fundamental deste processo com grande impacto no custo do produto final, que tem como principal aplicação à área médica e biotecnológica. Existem diferentes métodos de recuperação do biopolímero, entre eles estão os métodos químicos, destacando-se a extração com uso de solventes halogenados, mecânicos, como exemplo o moinho de esferas, e os bioquímicos, em especial utilizando enzimas. Estes métodos podem ser utilizados de forma combinada. Este trabalho visou avaliar o potencial de algumas enzimas na recuperação de P(3HB) produzido pela bactéria Bacillus megaterium. Inicialmente, foram realizados cultivos da B. megaterium e a biomassa obtida foi liofilizada e homogeneizada. Após, foi realizada a etapa de recuperação enzimática do biopolímero, seguida da quantificação do P(3HB) por método analítico. Foram realizados ensaios de triagem para avaliar a eficiência destas enzimas na recuperação do biopolímero e, com isso, selecionaram-se cinco enzimas para estudos mais detalhados: Alcalase, Neutrase, Papaína, Bromelina e Pancreatina. Para cada uma das enzimas foi realizado um conjunto de experimentos seguindo planejamento do tipo Box Behnken para avaliar os efeitos dos parâmetros estudados na recuperação (pH, temperatura e concentração de enzima em relação à biomassa). A pancreatina proporcionou a maior recuperação e melhor custo-benefício (preço do kg enzima, concentração enzimática e percentual de pureza do P(3HB) recuperado), obtendo-se P(3HB) com 85 % de pureza.

Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are biodegradable polyesters with the potential to compete with plastics derived from fossil sources, having similar thermal and mechanical characteristics to these polymers. Poly(3-hydroxybutyrate) (P(3HB)) is one of the most studied PHAs, which is synthesized as inclusion bodies and accumulated as carbon and energy reserves by a variety of microorganisms. The separation of the polymer from the cell is a fundamental step of this process, possessing great impact on the final cost of the product, which has, as its main applications, the medical and biotechnology areas.There are different methods for recovering this biopolymer, among them the chemical methods, mainly by using halogenated solvents, mechanical methods such as ball mills, and biochemicals, using enzymes. These methods can be used in combination. This work aimed at evaluating the potential of some enzymes in the recovery process of P(3HB) from Gram-positive bacterium Bacillus megaterium. Initially, B. megaterium was cultivated and the biomass obtained was lyophilized and homogenized. After that, the enzymatic recovery step was performed, followed by P(3HB) quantification by analytical method. Screening tests were performed to evaluate the efficiency of enzymes in the biopolymer recovery and five enzymes were selected for more detailed studies: Alcalase, Neutrase, Papain, Bromelain, and Pancreatin. For each of the enzymes, a set of experiments was performed following Box Behnken Design to evaluate the effects of the studied parameters on the recovery (pH, temperature, and enzyme concentration per biomass). Pancreatin provided the highest recovery and the most cost-effective (price of kg, enzyme concentration and purity of recovered P(3HB)), obtaining P(3HB) with 85 % of purity.