Amilases encapsuladas em sílicas híbridas : avaliação em testes de sacarificação de amido

Abstract

A sacarificação de amido usando enzimas amilases demanda o estudo de métodos de imobilização que gerem sistemas com propriedades promissoras e que aumentem a estabilidade operacional destes processos. As enzimas α-amilase obtidas de Bacillus subtilis e Aspergillus oryzae, β-amilase obtida de cevada foram encapsuladas em matrizes de sílica-gel via rota ácida usando o processo sol-gel, visando avaliar o desempenho destes sistemas encapsulados. A atividade catalítica dos sistemas encapsulados (açúcares redutores na faixa de 0-30,5 μmol/mL) foram comparados com os sistemas homogêneos (açúcares redutores entre 11,7-33,7 μmol/mL). Em uma segunda etapa foram usados diversos organosilanos como modificadores com o intuito de analisar os seus efeitos na atividade biocatalítica e nas propriedades estruturais das enzimas encapsuladas resultantes. Os sistemas obtidos foram caracterizados por Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FT-IR) e Refletância Total Atenuada (ATR), adsorção/dessorção de nitrogênio (método BET e BJH), Microscopia Eletrônica de Varredura (SEM) e Espalhamento de Raios X a Baixo Ângulo (SAXS). Os produtos obtidos da hidrólise de amido (sacarificação) foram analisados pelo método 3,5-Ácido Dinitrosalicílico (DNS) e por Cromatografia Liquida de Alta Eficiência (HPLC). Os sistemas homogêneos das α-amilases atingiram um máximo de concentração de açúcares redutores de 31,7 μmol/mL (Bacillus subtilis) e 33,7 μmol/mL (Aspergillus oryzae) versus 25,5 e 30,5 μmol/mL dos sistemas encapsulados em sílica sem organosilanos, além dos 28,6 e 29,6 μmol/mL dos sistemas contendo organosilanos respectivamente. A β-amilase apresentou um máximo de concentração de 25,2 μmol/mL no sistema homogêneo versus 20,4 (sem organosilanos) e 28,9 μmol/mL (com organosilano). Os efeitos dos organosilanos foram diversos na estrutura e na atividade biocatalítica dos sistemas encapsulados. O ambiente confinado em que a enzima encapsulada opera parece favorecer a geração de glicose em detrimento da maltose.

Starch saccharification using amylase enzymes demands the study of immobilization methods that generate systems with promising properties and that increase the operational stability of these processes. The α-amylase enzymes obtained from Bacillus subtilis and Aspergillus oryzae, β-amylase obtained from barley were encapsulated in silica gel matrices through the acid route using the sol-gel process, in order to evaluate the performance of these encapsulated systems. The catalytic activity of the encapsulated systems (reducing sugars in the range of 0-30.5 μmol/mL) were compared with the homogeneous systems (reducing sugars between 11.7-33.7 μmol/mL). In a second stage, several organosilanes were used as modifiers in order to analyze their effects on the biocatalytic activity and the structural properties of the resulting encapsulated enzymes. The systems obtained were characterized by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) and Attenuated Total Reflectance (ATR), nitrogen adsorption/desorption (BET and BJH method), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Small-angle X-ray scattering (SAXS). The products obtained from the starch hydrolysis (saccharification) were analyzed by the 3,5-Dinitrosalicylic acid (DNS) method and by High Performance Liquid Chromatography (HPLC). The homogeneous systems of α-amylases reached a maximum concentration of reducing sugars of 31.7 μmol/mL (Bacillus subtilis) and 33.7 μmol/mL (Aspergillus oryzae) versus 25.5 and 30.5 μmol/mL of the systems encapsulated in silica without organosilanes, in addition to 28.6 and 29.6 μmol/mL of systems containing organosilanes respectively. β-amylase showed a maximum concentration of 25.2 μmol/mL in the homogeneous system versus 20.4 (without organosilanes) and 28.9 μmol/mL (with organosilane). The effects of organosilanes were diverse in the structure and biocatalytic activity of the encapsulated systems. The confined environment in which the encapsulated enzyme operates seems to favor the generation of glucose to the detriment of maltose.