Orientador: Francisco Maugeri Filho

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos

Resumo: O principal objetivo deste trabalho, foi estudar a emética de hidrólise de sacarose por invertase imobilizada em sílica de porosidade controlada, de diâmetro médio de poros igual a 375 A e diâmetro médio de partículas de 0.456 mm. A cinética da enzima livre foi estudada a 40°C a pH 4.5,...

Resumo: O principal objetivo deste trabalho, foi estudar a emética de hidrólise de sacarose por invertase imobilizada em sílica de porosidade controlada, de diâmetro médio de poros igual a 375 A e diâmetro médio de partículas de 0.456 mm. A cinética da enzima livre foi estudada a 40°C a pH 4.5, verificando que para concentrações iniciais de sacarose maiores que ü. 146 rnol/i, o modelo de inibição pelo substrato foi inadequado, havendo necessidade de um fator de correção f(S). que foi definido em termos de difusividade de massa. Foi também estudado o efeito inibidor de glicose e de frutose sobre a reação de hidrólise de sacarose por iirvertase livre. A inibição exercida por frutose é do tipo competitiva e o efeito inibidor de glicose é do tipo parcialmente não competitivo. Invertase foi imobilizada por ligação covalente, em sílica de porosidade controlada (SPC). ativada por süanização e subsequente reação com glu-taraldeído. As enzimas imobilizadas mais ativas foram obtidas quando o pH do meio de imobilização era 4,5. Verificou-se que havia uma saturação do suporte, quando a atividade do meio de imobilização aumentava além de um valor limite. Nessas condições, conseguiu-se uma ativi¬dade de 1800 U por grama de suporte seco. As condições ótimas para a ação de invertase imobilizada foram pH 4,5 e temperatura de 55ÜC A energia de ativação da reação de hidrólise de sacarose pela enzima imobilizada foi 7. S Kcaíimol. A invertase na forma imobilizada se mostrou mais estável a pH 4,5 e foi bastante estável em relação à temperatura. A energia de desativação do complexo enzima-suporte foi de 122 Kcaífmol e a perda de atividade do mesmo, foi descrita por uma cinética de primeira ordem. O suporte usado foi regenerado por pirólise, novamente ativado e usado ern uma outra imobilização. A atividade alcançada foi cerca de 80% da atividade obtida na primeira imobilização. O modelo de inibição pelo substrato foi adequado para descrever a cinética da reação na ausência de produtos da mesma, seio a necessidade de um fator de correção, como ocorreu para a enzima livre. Em presença de frutose na alimentação do reator, verificou-se uma inibição da reação, modelada em termos de inibição competitiva. Em presença de glicose na alimentação do reator, a inibição observada foi do tipo não competitiva. As constantes de inibição pelos produtos da reação foram. KF = 3.1022 . 10-4 mol/cm3 para frutose e KG = 2,2521 . 10-4 mol/cm3 para glicose. Os parâmetros cinéticos intrínsecos da equação da taxa de reação foram obtidos por procedimentos numéricos. O valor de KM intrínseco foi igual a 2.3847.10 mol/cm3 e Km aparente foi 4.3003 mol/cm3. Os demais parâmetros cinéticos intrínsecos. Ki KF, KG, e VM foram iguais aos aparentes. A difusividade efetiva de sacarose em SPC foi a mesma da sacarose em solução à diluição infinita. 0,75 . 10-5 cm2/s. a 40°C

Abstract: In this work, the kinetic of sucrose hydrolysis by free and immobilized invertase was studied. The enzyme was immobilized in controlled pore silica with pores of 37.5 nm mean diameter and 0.456 mm of particle mean diameter. The kinetic studies of free enzyme were carried out at 40°C and pH...

Abstract: In this work, the kinetic of sucrose hydrolysis by free and immobilized invertase was studied. The enzyme was immobilized in controlled pore silica with pores of 37.5 nm mean diameter and 0.456 mm of particle mean diameter. The kinetic studies of free enzyme were carried out at 40°C and pH 4.5. Under these conditions, the mathematical model for reaction rates considering substrate inhibition was inadequate for sucrose concentrati¬ons higher than 0.146 mold, A correction factor based on the sucrose diffusiviues was used. The inhibition effect, by glucose and fructose was also studied. For free enzyme, it was shown that fructose is a competitive inhibitor and glucose is a partially noncompetitive inhibitor. Invertase was immobilized by covalent attachment method onto sila-nized controlled pore silica, using glutaraldheyde as afunctional reagent. It was verified that the activity was higher when the immobilization was carried out at pH 4.5. Under this condition, an enzymatic activity of 1800 U/g of dry support was obtained. The best conditions for immobilized invertase action were pH 4.5 and 55°C The activation energy of the sucrose hydrolysis reaction was 7.8 kcaUrnol. The immobilized invertase was very stable at temperatures lower than 50°C. and the stability was higher at pH 4.5. The deactivation energy was 122 kcalimol and the kinetics of activity decay with tempera¬ture was described by a first order model. The kinetics studies of immobilized invertase were carried out in a continuous recirculation reactor. The mathematical mode! for sucrose hy¬drolysis was found to be represented by substrate and products inhibition. The fructose has a competitive and glucose a noncompetitive effect. The inhibition constants were 3.1022 . 10-4 mol/cm3 and 2.2521 10-4 mol/cm3. for fructose and glucose, respectively. The intrinsic kinetic parameters for the mathematical model were found by numerical procedures. The values for intrinsic Km was 2.3847 10-5 a and for apparent Km was 4.3003 10-5 mol/cm3. The others intrinsic parameters Kf, Ka and Vm) were shown to be similar to the apparents values. The effective difhisivity of sucrose into the support was shown to be the same as for sucrose hi dilute solution (0.75 . 10 -5 cm2/s at 40°C). The support was regenerated by pyrolysis and then reused for immobilization purposes, an yield of 80% compared to the fresh support was attained