Este trabalho tem como finalidade obter condições de recuperar e purificar a pró-toxina épsilon e uma protease produzida pelo Clostridium perfringens através do uso da técnica de extração líquido-líquido em sistema de duas fases aquosas (SDFA) para utilização na produção de vacinas. A aplicação do sistema de duas fases aquosas é proposta como alternativa para a purificação, pois permite a separação e análise de partículas biológicas. Esta técnica é aconselhável para purificação em larga escala pela possibilidade de partição seletiva com altos rendimentos, além de apresentar uma boa relação custo-benefício. Foram construídas as curvas binodais que foram utilizadas para análise da composição dos sistemas de duas fases aquosas formados por polietileno glicol e citrato de sódio, como também a extração e recuperação da pró-toxina épsilon e da protease produzidas por Clostridium perfringens. As curvas binodais foram construídas utilizando PEG 400, 550, 1000, 1500, 3350 e 8000 em diferentes valores de pH (6,0; 6,5; 7,0; 7,5 e 8,0) e água para formação do sistema. Também foram construídas curvas na presença de caldo clarificado em substituição à água. Foi avaliada ainda a estabilidade da pró-toxina épsilon, antes da extração, e da protease antes e após a extração, frente às variações de pH e temperatura. Um planejamento experimental ('2pot.8-3') foi usado para avaliar a influência das variáveis concentração e massa molar do PEG, concentração de citrato, pH, concentração de NaCl, fator de diluição do extrato, temperatura e massa total do sistema na extração da pró-toxina épsilon. A partição de uma protease presente no meio fermentado de C. perfringens foi estudada através do uso de três planejamentos experimentais completos (dois do tipo '2pot.4' e um do tipo '2pot.3') que avaliaram a influência das variáveis concentração e massa molar do PEG, concentração de citrato e pH. Três variáveis-resposta foram obtidas (aumento de pureza, coeficiente de partição e recuperação da enzima). Os resultados atingidos foram: coeficiente de partição de 0,57, aumento de pureza de 4,2 com uma recuperação de 131% da atividade enzimática na fase superior do sistema. O sistema de extração que proporcionou as melhores condições de extração foi constituído por: PEG 10000 (g/mol) e concentração de 22% (m/m), concentração de citrato de 8% (m/m) e pH 8,5. A protease permaneceu estável (durante 48 h), mesmo após a extração, nas temperaturas de 5°C e 25°C e nos valores de pH de 6,0 a 9,0. / The purpose of this work is to obtain best conditions of recovery and purification of proteins (epsilon prototoxin and a protease) produced by Clostridium perfringens through the use of the liquid-liquid extraction by aqueous two-phases systems (ATPS). The application of these systems is proposed as alternative for protein purification, because it allows the separation and analysis of biological particles. This technique is advisable process purification applied to large scale since it provides a selective partition with high yields, and good cost-benefit ratio. The binodal curves were constructed and used to determine the system composition based on polyethylene glicol and citrate concentrations. The binodal curves were built by using PEG 400, 550, 1000, 1500, 3350 and 8000 g/mol at different pH values (6.0; 6.5; 7.0; 7.5 and 8.0). The curves were, initially, built in the presence of water and, later, with clarified fermented broth. The differences in the curve profiles (water versus broth) helped to explain the phase separation behaviour. The stability, as a function of pH and temperature, of the epsilon prototoxin was evaluated before the extraction, while the stability of the protease was evaluated before and after the extraction. An experimental design ('2pot.8-3') was used to evaluate the influence of the following variables on epsilon prototoxin extraction: concentration and molar mass of PEG, citrate concentration and NaCl concentrations, pH, dilution factor of the extract, temperature and total mass of the system. However, the partition of the protease was studied through the use of the three full different experimental designs (two of the type '2pot.4', and one of the type '2pot.3') that evaluated the influence of the following variables: concentration and molar mass of PEG, citrate concentration and pH. Three parameter responses were obtained: purification factor; coefficient partition; and recovery yield of the enzyme. The results were satisfactory: partition coefficient = 0.57, purification factor = 4.2; yield = 131%. The extraction conditions which provided the best results were: molar mass of PEG 10000 (g/mol); concentration of PEG of 22% (w/w); concentration of citrate of 8% (w/w); and pH 8.5. The protease was stable (during 48h), even after the extraction, in the temperatures of 5°C and 25°C, and at pH values of from 6.0 to 9.0.

Este trabalho tem como finalidade obter condições de recuperar e purificar a pró-toxina épsilon e uma protease produzida pelo Clostridium perfringens através do uso da técnica de extração líquido-líquido em sistema de duas fases aquosas (SDFA) para utilização na produção de vacinas. A aplicação do sistema de duas fases aquosas é proposta como alternativa para a purificação, pois permite a separação e análise de partículas biológicas. Esta técnica é aconselhável para purificação em larga escala pela possibilidade de partição seletiva com altos rendimentos, além de apresentar uma boa relação custo-benefício. Foram construídas as curvas binodais que foram utilizadas para análise da composição dos sistemas de duas fases aquosas formados por polietileno glicol e citrato de sódio, como também a extração e recuperação da pró-toxina épsilon e da protease produzidas por Clostridium perfringens. As curvas binodais foram construídas utilizando PEG 400, 550, 1000, 1500, 3350 e 8000 em diferentes valores de pH (6,0; 6,5; 7,0; 7,5 e 8,0) e água para formação do sistema. Também foram construídas curvas na presença de caldo clarificado em substituição à água. Foi avaliada ainda a estabilidade da pró-toxina épsilon, antes da extração, e da protease antes e após a extração, frente às variações de pH e temperatura. Um planejamento experimental ('2pot.8-3') foi usado para avaliar a influência das variáveis concentração e massa molar do PEG, concentração de citrato, pH, concentração de NaCl, fator de diluição do extrato, temperatura e massa total do sistema na extração da pró-toxina épsilon. A partição de uma protease presente no meio fermentado de C. perfringens foi estudada através do uso de três planejamentos experimentais completos (dois do tipo '2pot.4' e um do tipo '2pot.3') que avaliaram a influência das variáveis concentração e massa molar do PEG, concentração de citrato e pH. Três variáveis-resposta foram obtidas (aumento de pureza, coeficiente de partição e recuperação da enzima). Os resultados atingidos foram: coeficiente de partição de 0,57, aumento de pureza de 4,2 com uma recuperação de 131% da atividade enzimática na fase superior do sistema. O sistema de extração que proporcionou as melhores condições de extração foi constituído por: PEG 10000 (g/mol) e concentração de 22% (m/m), concentração de citrato de 8% (m/m) e pH 8,5. A protease permaneceu estável (durante 48 h), mesmo após a extração, nas temperaturas de 5°C e 25°C e nos valores de pH de 6,0 a 9,0. / The purpose of this work is to obtain best conditions of recovery and purification of proteins (epsilon prototoxin and a protease) produced by Clostridium perfringens through the use of the liquid-liquid extraction by aqueous two-phases systems (ATPS). The application of these systems is proposed as alternative for protein purification, because it allows the separation and analysis of biological particles. This technique is advisable process purification applied to large scale since it provides a selective partition with high yields, and good cost-benefit ratio. The binodal curves were constructed and used to determine the system composition based on polyethylene glicol and citrate concentrations. The binodal curves were built by using PEG 400, 550, 1000, 1500, 3350 and 8000 g/mol at different pH values (6.0; 6.5; 7.0; 7.5 and 8.0). The curves were, initially, built in the presence of water and, later, with clarified fermented broth. The differences in the curve profiles (water versus broth) helped to explain the phase separation behaviour. The stability, as a function of pH and temperature, of the epsilon prototoxin was evaluated before the extraction, while the stability of the protease was evaluated before and after the extraction. An experimental design ('2pot.8-3') was used to evaluate the influence of the following variables on epsilon prototoxin extraction: concentration and molar mass of PEG, citrate concentration and NaCl concentrations, pH, dilution factor of the extract, temperature and total mass of the system. However, the partition of the protease was studied through the use of the three full different experimental designs (two of the type '2pot.4', and one of the type '2pot.3') that evaluated the influence of the following variables: concentration and molar mass of PEG, citrate concentration and pH. Three parameter responses were obtained: purification factor; coefficient partition; and recovery yield of the enzyme. The results were satisfactory: partition coefficient = 0.57, purification factor = 4.2; yield = 131%. The extraction conditions which provided the best results were: molar mass of PEG 10000 (g/mol); concentration of PEG of 22% (w/w); concentration of citrate of 8% (w/w); and pH 8.5. The protease was stable (during 48h), even after the extraction, in the temperatures of 5°C and 25°C, and at pH values of from 6.0 to 9.0.

A partição e purificação de ascorbato oxidase de abóbora (Cucurbita maxima) por extração líquido-líquido em sistema de duas fases aquosas (SDFA), pelos processos descontínuos e contínuos, utilizando coluna de discos rotativos perfurados (PRDC), foram estudadas. Foram utilizados planejamentos estatísticos para selecionar as variáveis significativas no processo descontínuo de purificação, e as variáveis estudadas foram massa molar e concentração do polietileno glicol (PEG), concentração de citrato, pH, concentração de NaCl, fator de diluição e massa total do sistema. Os melhores resultados (coeficiente de partição 1,72, recuperação 90,8% e aumento de pureza 3,12) foram obtidos nas seguintes condições: massa molar do PEG 20000 (g/mol), pH 6,0, concentração de PEG 25% (m/m) e concentração de citrato 10% (m/m). No valor de pH 6,0 e temperatura 35°C a ascorbato oxidase apresentou seus maiores valores de atividade, e manteve a estabilidade na faixa de pH 5,0 a 9,0 durante 36 horas e a temperaturas de até 40°C durante 1 hora. Experimentos também foram realizados para estimar as principais propriedades cinéticas e termodinâmicas da atividade e estabilidade da ascorbato oxidase, e esse estudo revelou que a enzima foi estável nas condições testadas. A PRDC mostrou um bom desempenho para extração da ascorbato oxidase em modo contínuo utilizando SDFA. A melhor condição operacional selecionada neste estudo foi selecionada com o auxílio de planejamentos estatísticos, sendo selecionadas as seguintes condições: massa molar do PEG 20000 (g/mol), concentração de PEG 20% (m/m), concentração de citrato 10% (m/m), velocidade de rotação dos discos de 80 rpm e velocidade da fase dispersa de 2 mL/min. Os melhores resultados em valores médios foram: coeficiente de partição 3,36, recuperação 152%, aumento de pureza 2,31, coeficiente de transferência de massa 0,045, eficiência de separação 43,7% e hold up 0,33. Os dados experimentais demonstram o potencial da aplicação do sistema de duas fases aquosas PEG/citrato para purificar a ascorbato oxidase utilizando coluna de discos rotativos perfurados. / The partition and purification of ascorbate oxidase from pumpkin (Cucurbita maxima) by liquid-liquid extraction in aqueous two-phase system (ATPS) by discontinuous and continuous process, using perforated rotating disc contactor (PRDC) was studied. Experimental designs were used to choose the significant variables for discontinuous process, and polyethylene glycol (PEG) molar mass and concentration, citrate concentration, pH, NaCl concentration, dilution factor and total mass of the system, were the variables studied. The better results (partition coefficient 1.72, recovery 90.8% and purification factor 3.12) were obtained with following conditions: PEG molar mass of 20000 g/mol, pH 6.0, PEG concentration of 25% (w/w) and citrate concentration of 10% (w/w). In the pH 6.0 and temperature of 35?C the ascorbate oxidase showed their high activity values and the enzyme was stable in the pH range of 5.0 to 9.0 during 36 hours and temperatures up to 40?C for 1 hour. Experiments were also conducted to estimate the main kinetic and thermodynamic properties of ascorbate oxidase activity and stability, and this study revealed the interesting stability of this enzyme. The PRDC showed a good performance for extracting in continuous mode using aqueous two-phase systems. The best operating condition was selected in this study for the extraction of ascorbate oxidase in the PRDC, and it was obtained with PEG molar mass of 20000 g/mol, PEG concentration of 20% (w/w) and citrate concentration of 10% (w/w), the disc rotational speed of 80 rpm and dispersed phase flowrate of 2 mL/min. The results in mean values were: partition coefficient 3.36, recovery 152%, purification factor 2.31, mass transfer coefficient 0.045, separation efficiency 43.7% and Hold up 0.33. The experimental data showed the potential application of aqueous two-phase systems PEG/citrate to purification ascorbate oxidase using perforated rotating disc contactor.

A partição e purificação de ascorbato oxidase de abóbora (Cucurbita maxima) por extração líquido-líquido em sistema de duas fases aquosas (SDFA), pelos processos descontínuos e contínuos, utilizando coluna de discos rotativos perfurados (PRDC), foram estudadas. Foram utilizados planejamentos estatísticos para selecionar as variáveis significativas no processo descontínuo de purificação, e as variáveis estudadas foram massa molar e concentração do polietileno glicol (PEG), concentração de citrato, pH, concentração de NaCl, fator de diluição e massa total do sistema. Os melhores resultados (coeficiente de partição 1,72, recuperação 90,8% e aumento de pureza 3,12) foram obtidos nas seguintes condições: massa molar do PEG 20000 (g/mol), pH 6,0, concentração de PEG 25% (m/m) e concentração de citrato 10% (m/m). No valor de pH 6,0 e temperatura 35°C a ascorbato oxidase apresentou seus maiores valores de atividade, e manteve a estabilidade na faixa de pH 5,0 a 9,0 durante 36 horas e a temperaturas de até 40°C durante 1 hora. Experimentos também foram realizados para estimar as principais propriedades cinéticas e termodinâmicas da atividade e estabilidade da ascorbato oxidase, e esse estudo revelou que a enzima foi estável nas condições testadas. A PRDC mostrou um bom desempenho para extração da ascorbato oxidase em modo contínuo utilizando SDFA. A melhor condição operacional selecionada neste estudo foi selecionada com o auxílio de planejamentos estatísticos, sendo selecionadas as seguintes condições: massa molar do PEG 20000 (g/mol), concentração de PEG 20% (m/m), concentração de citrato 10% (m/m), velocidade de rotação dos discos de 80 rpm e velocidade da fase dispersa de 2 mL/min. Os melhores resultados em valores médios foram: coeficiente de partição 3,36, recuperação 152%, aumento de pureza 2,31, coeficiente de transferência de massa 0,045, eficiência de separação 43,7% e hold up 0,33. Os dados experimentais demonstram o potencial da aplicação do sistema de duas fases aquosas PEG/citrato para purificar a ascorbato oxidase utilizando coluna de discos rotativos perfurados. / The partition and purification of ascorbate oxidase from pumpkin (Cucurbita maxima) by liquid-liquid extraction in aqueous two-phase system (ATPS) by discontinuous and continuous process, using perforated rotating disc contactor (PRDC) was studied. Experimental designs were used to choose the significant variables for discontinuous process, and polyethylene glycol (PEG) molar mass and concentration, citrate concentration, pH, NaCl concentration, dilution factor and total mass of the system, were the variables studied. The better results (partition coefficient 1.72, recovery 90.8% and purification factor 3.12) were obtained with following conditions: PEG molar mass of 20000 g/mol, pH 6.0, PEG concentration of 25% (w/w) and citrate concentration of 10% (w/w). In the pH 6.0 and temperature of 35?C the ascorbate oxidase showed their high activity values and the enzyme was stable in the pH range of 5.0 to 9.0 during 36 hours and temperatures up to 40?C for 1 hour. Experiments were also conducted to estimate the main kinetic and thermodynamic properties of ascorbate oxidase activity and stability, and this study revealed the interesting stability of this enzyme. The PRDC showed a good performance for extracting in continuous mode using aqueous two-phase systems. The best operating condition was selected in this study for the extraction of ascorbate oxidase in the PRDC, and it was obtained with PEG molar mass of 20000 g/mol, PEG concentration of 20% (w/w) and citrate concentration of 10% (w/w), the disc rotational speed of 80 rpm and dispersed phase flowrate of 2 mL/min. The results in mean values were: partition coefficient 3.36, recovery 152%, purification factor 2.31, mass transfer coefficient 0.045, separation efficiency 43.7% and Hold up 0.33. The experimental data showed the potential application of aqueous two-phase systems PEG/citrate to purification ascorbate oxidase using perforated rotating disc contactor.