Processo intensificado de hidrolise enzimatica de penicilina G e purificação dos produtos em reator multi-estagio e contra-corrente
Juliana de Souza Ferreira
TESE
Português
(Broch.)
T/UNICAMP F413p
[Intensificated process of hydrolysis of penicillin G and purification of the products in a multi-stage couter-current reactor]
Campinas, SP : [s.n.], 2004.
190p. : il.
Orientadores: Telma Teixeira Franco, Adrianus Johannes Straanhof, Lucas Antonius Maria van der Wielen
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica
Resumo: Este trabalho estuda a hidrólise enzimática da penicilina G (PenG) em ácido 6-aminopenicilânico (6-APA) e ácido fenil acético (PAA). Em um reator contra-corrente multi-estágio e em baixos valores de pH, a reação enzimática ocorre na fase aquosa e os produtos são separados entre a fase aquosa...
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Resumo: Este trabalho estuda a hidrólise enzimática da penicilina G (PenG) em ácido 6-aminopenicilânico (6-APA) e ácido fenil acético (PAA). Em um reator contra-corrente multi-estágio e em baixos valores de pH, a reação enzimática ocorre na fase aquosa e os produtos são separados entre a fase aquosa e a fase orgânica (acetato de butila). Além disso, em pH baixo, a cristalização do 6-APA ocorre quando concentrações de PenG são altas. Ambos fenômenos deslocam o equilíbrio no sentido de conversão do substrato, promovendo alta produtividade. A primeira etapa deste trabalho refere-se à avaliação da atividade e estabilidade da penicilina amidase a baixo pH e na presença de acetato de butila (BuAc). A enzima apresentou máxima atividade na faixa de pH 8,0 - 9,0 e permaneceu estável mesmo em pHs baixos (3,0 - 6,0) num período de incubação de até 32 dias. Embora a atividade enzimática sofra um decréscimo de aproximadamente 80%, isto não representa empecilho para sua utilização no emprego da hidrólise de PenG em processo contínuo e bifásico (água e BuAc) em pH baixo. O efeito de PenG, PAA e BuAc na cristalização do 6-APA e os parâmetros cinéticos de cristalização também foram avaliados. Os resultados mostraram que as impurezas não exerceram efeito sobre a cristalização de 6-APA, na faixa de pH entre 4 e 5 e nas concentrações de impurezas de 0,55 mM - 3,0 mM. A avaliação da cinética de cristalização possibilitou o uso de um modelo que pode predizer as taxas de cristalização de 6-APA. Um modelo quantitativo foi desenvolvido para o cálculo do pH e das concentrações do substrato e dos produtos nos estágios do reator contra-corrente. Os dados fornecidos pelo modelo podem ser utilizados para otimizar as condições de operação como: estágio de alimentação, vazão volumétrica das fases e concentração inicial do substrato. Na última etapa deste trabalho foi feita uma revisão bibliográfica sobre biorreatores extrativos em que são apresentadas as vantagens de cada configuração e as restrições dos processos biocatalíticos. Através desta revisão, foi verificado que o uso de um sistema, formado por agitadores acoplados a hidrocic1ones em série, pode representar uma opção adequada de reatores multi-estágio contra-corrente para a hidrólise de PenG em escala de laboratório
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Abstract: This work studies the enzymatic hydrolysis of penicillin G (PenG) into 6-aminopenicillanic acid (6-APA) and phenylacetic acid (PAA). In a multi-stage countercurrent reactor and at low pH, the enzymatic reaction takes place in the aqueous phase and the products are separated between the...
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Abstract: This work studies the enzymatic hydrolysis of penicillin G (PenG) into 6-aminopenicillanic acid (6-APA) and phenylacetic acid (PAA). In a multi-stage countercurrent reactor and at low pH, the enzymatic reaction takes place in the aqueous phase and the products are separated between the aqueous phase and organic phase (butyl acetate - BuAc). Furthermore, 6-APA crystallization occurs at low pH when PenG concentrations are high. Both phenomena shift the equilibrium towards conversion of substrate, favoring high productivity. The first step of this work, concerns the evaluation of activity and stability of penicillin amidase at low pH and in the presence of butyl acetate (BuAc). The enzyme presented the maximum activity in the pH 8.0 - 9.0 and remained stable at low pHs (3.06.0) during at least 32 days. Although the enzyme activity decreased by 80%, this does not represent a drawback in the application of a biphasic (water and BuAc) and continuous PenG hydrolysis at low pH. The effect of PenG, PAA and BuAc in APA crystallization and the kinetic parameters were also analyzed. The results showed that impurities have no effect on APA crystallization, in the pH range 4 - 5 and in the impurity concentrations of 0.55 mM - 3.0 mM. The evaluation of crystallization kinetics allowed the use of a mo del that predicts the APA crystallization rates. A quantitative model was developed in order to calculate the pH and substrates and products concentrations in the countercurrent reactor. The data provided by the model can be used to optimize the operation conditions: stage of feed, flow rate of phases and initial substrate concentration. In the last step of this work, a literature review concerning extractive bioreactor was made. This review presents the advantages of each configuration and the restrictions of the biocatalytic processes. Through this review, a integrated system of mixers and hydrocydone was suggested as an appropriate option of multi-stage countercurrent reactor for PenG hydrolysis in laboratory scale
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Franco, Telma Teixeira, 1957-
Orientador
Straanhof, Adrianus Johannes
Coorientador
Wielen, Lucas Antonius Maria van der
Coorientador
Maciel, Maria Regina Wolf, 1955-
Avaliador
Giulietti, Marco
Avaliador
Castro, Heizir Ferreira de
Avaliador
Valença, Gustavo Paim, 1960-
Avaliador
Kamimura, Eliana Setsuko
Avaliador
Processo intensificado de hidrolise enzimatica de penicilina G e purificação dos produtos em reator multi-estagio e contra-corrente
Juliana de Souza Ferreira
Processo intensificado de hidrolise enzimatica de penicilina G e purificação dos produtos em reator multi-estagio e contra-corrente
Juliana de Souza Ferreira
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