Imobilização de lacase em partículas magnéticas recobertas com quitosana para aplicação na degradação de corantes têxteis

Abstract

A capacidade de oxidação de uma grande variedade de substratos e a autonomia relativa das lacases frente a outras enzimas têm atraído grande interesse no desenvolvimento de tecnologias para aplicações na área industrial e ambiental como um catalisador verde. A baixa estabilidade e o elevado custo de produção são os principais fatores que limitam o uso de enzimas em processos de tratamento de efluentes. Desta forma, o principal objetivo deste trabalho foi sintetizar um suporte magnético, recobrir com quitosana e imobilizar a enzima lacase, a fim de aplicar o biocatalisador imobilizado na degradação de corantes sintéticos presentes em efluentes têxteis. Foram utilizadas duas lacases para este estudo, uma de Marasmiellus palmivorus (bruta e purificada) e outra de Trametes versicolor (comercial). As proteínas do extrato bruto enzimático produzido pelo fungo M. palmivorus foram concentradas e a lacase foi imobilizada em partículas de magnetita sintetizadas pelo método de co-precipitação e recobertas com quitosana por gelificação ionotrópica. O suporte foi funcionalizado com glutaraldeído e caracterizado por VSM, método de BET, MEV e FTIR. A maior atividade da lacase bruta imobilizada de M. palmivorus foi obtida com 25 mg proteína.g suporte seco-1 e 90 mM de glutaraldeído e foi de 139,84 U.g suporte seco-1, com eficiência de 48,74 % e rendimento acima de 99%; enquanto que para a lacase purificada imobilizada de M. palmivorus obteve-se 268,40 U.g suporte seco-1 com 15 mg proteína.g suporte seco-1 e o rendimento e eficiência foram de 98,02% e 27,15%, respectivamente. Para a lacase comercial imobilizada, a maior atividade foi alcançada com 571 mg proteína.g suporte seco-1 e foi de 74,92 U.g suporte seco-1, com eficiência de 45,30% e rendimento de 97,58%. O pH ótimo da lacase bruta solúvel e imobilizada foi em 5,5 e a temperatura ótima variou entre 40–50 ºC para a forma solúvel e entre 25–35 ºC para a forma imobilizada. Já para a enzima comercial, o pH ótimo foi em 4 e a temperatura ótima variou de 30–40 ºC para a enzima solúvel, e foi de 25 ºC para a enzima imobilizada. A imobilização aumentou a estabilidade térmica de ambas as enzimas, entretanto as formas solúvel e imobilizada da lacase bruta perderam atividade quando armazenadas em tampão a 4ºC. Por fim, a reação de descoloração do alaranjado de metila com o uso de 2,2´-azino-bis(3-etilbenzotiazole-6-ácido sulfônico) (ABTS) como mediador, possibilitou 30 ciclos de reuso com percentual de descoloração acima de 60%.

The oxidation capacity of a broad range of substrates and the relative autonomy of the laccases against other enzymes, have attracted great interest in the development of technologies for industrial and environmental applications as a green catalyst. The low stability and the high cost of production are the main factors that limit the use of enzymes in wastewater treatment processes. In this way, the main objective of this work was to synthesize a magnetic support, to coat with chitosan and to immobilize the lacase enzyme in order to apply the immobilized biocatalyst in the degradation of synthetic dyes present in textile effluents. For this study two laccases were used, one of them, from Marasmiellus palmivorus (crude and purified) and another one from Trametes versicolor (commercial). The proteins of the crude enzymatic extract produced by M. palmivorus fungus were concentrated and the laccase was immobilized on magnetite particles synthesized by the co-precipitation method and coated with chitosan by ionotropic gelation. The support was functionalized with glutaraldehyde and characterized by VSM, BET method, SEM and FTIR. The highest activity of the immobilized crude laccase of M. palmivorus was obtained with 25 mg protein.g dry support-1 and 90 mM glutaraldehyde and was 139.84 U.g dry support-1, with 48.74% of efficiency and yield above 99%; while for the immobilized purified laccase of M. palmivorus, 268.40 U.g dry support-1 was obtained with 15 mg protein.g dry support-1 and the yield and efficiency were 98.02% and 27.15%, respectively. For the immobilized commercial laccase the highest activity was achieved with 571 mg protein.g dry support-1 and was 74.92 U.g dry support-1, with efficiency of 45.30% and yield of 97.58%. The optimum pH of the soluble and immobilized crude laccase was 5.5 and the optimum temperature varied between 40-50 °C for the soluble form and between 25-35 °C for the immobilized form. As for the commercial enzyme, the optimum pH was 4 and the optimum temperature ranged from 30-40 °C for the soluble enzyme and 25 °C for the immobilized enzyme. Immobilization increased the thermal stability of both enzymes, however the soluble and immobilized forms of the crude laccase lost activity when stored in buffer at 4 °C. Finally, the descolorization reaction of methyl orange with the use of 2,2'-azino-bis (3-ethylbenzothiazole-6-sulfonic acid) (ABTS) as a mediator allowed 30 cycles of reuse with a percentage of descolorization above 60%.