Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5040.pdf: 2753762 bytes, checksum: 183de6a78d0f606bfd3485cc5c3d7711 (MD5) Previous issue date: 2013-03-21 / Universidade Federal de Sao Carlos / The sugarcane sugar (sucrose) is a raw material produced in abundance in Brazil, being attractive to produce high added-value by-products. The gluconic acid (GA) can be obtained by multienzymatic conversion of sucrose, using three enzymes. Invertase, responsible for the inversion of sucrose to glucose and fructose, glucose oxidase (GOD) responsible for the glucose oxidation and catalase (CAT) responsible for decomposition of hydrogen peroxide. In multienzymatic process fructose is obtained as a byproduct, also of great interest to the food, pharmaceutical and chemical industries. In this study, the production of GA from sucrose in airlift reactor is evaluated. Temperature and pH of maximum activity were determined for the enzymes invertase, GOD and CAT , as well as the thermal stability in the absence of substrate. Invertase enzymatic activity was quantified by formation of reducing sugars on a 200 mM sucrose solution at 30 ° C, and pH 4.8. The enzymatic activity of GOD and the CAT were determined by monitoring respectively the formation of H2O2 from a solution of glucose 1 g/L, 25°C, pH 5.0 and the decomposition of H2O2 from a solution of H2O2 35 mM, 25°C, pH 7.5. Invertase showed maximum activity at 45 ºC and pH 5.0; GOD at 55ºC and pH 6.0 and CAT at 25 ° C and pH 8.0, respectively. From the activity profiles as a function of temperature and pH, the operational conditions of 50, 45 and 40°C at pH 5.0 and 6.0 were pre-selected for the multienzymatic process. It was found that the best half-lives times of the soluble enzymes, invertase, GOD and CAT, occurred in the condition of 40°C and pH 6.0, respectively 137, 105 and 98 h. A kinetic study was carried out at 40°C and pH 6.0. The kinetics of the enzyme invertase showed a behavior best predicted by the model of substrate inhibition. Michaelis-Menten model (MM) was fitted to experimental data of GOD and substrate inhibition model best predicted the kinetics behavior of CAT. The proposed kinetic models were used to estimate enzyme/substrate ratio (w/w) used in the production of GA in agitated and aerated and airlift bioreactors. On the other hand, in the batch assays conducted in airlift bioreactor were obtained AG real yields of 80.38 ± 5.69% and global yields of 103.20 ± 13.96% and conversion of sucrose of 98.86 ± 0.97%; obtained after 5 h. A new set of kinetic parameters including volumetric oxygen transfer coefficient (kLa) was based on the experimental data from tests in airlift bioreactor. These showed that Bi-Bi Ping-Pong model both with or without product inhibition correspond satisfactorily to the tendency of the experimental data. / O açúcar de cana (sacarose) é uma matéria-prima produzida em abundância no Brasil, sendo atrativa a produção de derivados com maior valor agregado. O ácido glucônico (AG) pode ser obtido através da conversão multienzimática da sacarose, utilizando como biocatalisadores as enzimas invertase, glicose oxidase (GOD) e catalase (CAT), responsáveis respectivamente pela inversão da sacarose, oxidação da glicose e decomposição de peróxido de hidrogênio (H2O2). No processo multienzimático obtém-se como subproduto a frutose, também de grande interesse para as indústrias alimentícia, farmacêutica e química. No presente trabalho foi avaliada a produção de AG a partir de sacarose em reator airlift. As enzimas invertase, GOD e CAT solúveis foram caracterizadas quanto à temperatura e ao pH de máxima atividade, bem como quanto à estabilidade térmica na ausência de substrato. A atividade enzimática da invertase foi quantificada pela ação da invertase sobre uma solução de sacarose 200 mM a 30ºC, pH 4,8, acompanhando-se a formação de açúcares redutores totais. As atividades enzimáticas da GOD e da CAT foram determinadas monitorando respectivamente a formação de H2O2 a partir de uma solução de glicose 1 g/l, 25ºC, pH 5,0 e a decomposição de H2O2 a partir de uma solução de H2O2 35 mM, 25ºC, pH 7,5. Invertase apresentou máxima atividade a 45ºC e pH 5,0; GOD a 55ºC e pH 6,0 e CAT a 25ºC e pH 8,0, respectivamente. A partir dos perfis de atividade em função da temperatura e do pH, as condições operacionais de 50, 45 e 40ºC em pHs 5,0 e 6,0 foram pré-selecionadas para a bioconversão multienzimática de sacarose a AG. Verificou-se que os melhores tempos de meias-vidas das enzimas invertase, GOD e CAT solúveis ocorreram na condição de 40ºC e pH 6,0, respectivamente 137, 105 e 98 h. Um estudo cinético foi realizado a 40ºC e pH 6,0. A cinética da enzima invertase apresentou comportamento previsto pelo modelo de inibição pelo substrato. O modelo de Michaelis-Menten (MM) foi ajustado aos dados experimentais da GOD e o modelo de inibição pelo substrato foi o que melhor se ajustou à cinética da CAT. Os modelos cinéticos propostos serviram para a estimativa das relações enzima/substrato (m.m-1) empregadas na produção de ácido glucônico em biorreatores agitado e aerado e airlift. Os ensaios em batelada em biorreator airlift apresentaram eficiências real e global em AG de respectivamente 80,40 ± 5,70 % e 103,20 ± 13,96 % e conversão de sacarose de 98,86 ± 0,97 %; obtidas após 5 h. Um novo ajuste dos parâmetros cinéticos incluindo o coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (kLa) foi realizado com base nos dados experimentais dos ensaios em biorreator airlift. Este mostrou que os modelos Bi-Bi Ping-Pong com ou sem inibição pelo produto responderam de forma satisfatória à tendência dos dados experimentais.

O amido resistente de milho (ARM) não é digerido em humanos fornecendo benefícios para a saúde tais como redução do colesterol, do índice glicêmico e fermentação no cólon. Porém, a substituição parcial de farinha de trigo (FT) por ARM em massa de pão resulta na diluição do glúten prejudicando a qualidade do produto. Massa de pão foi produzida com 12,5 g/100g de ARM e os efeitos das enzimas glicose-oxidase (Gox), tranglutaminase (TG) e xilanase (HE) na massa foram estudados. Massa produzida sem ARM e sem enzimas foi considerada padrão e massa produzida com ARM e sem enzimas foi considerada controle para comparação. Uma metodologia foi desenvolvida para medir o torque durante o amassamento em grande escala, utilizando um reômetro dinâmico adaptado. As propriedades reológicas foram avaliadas nos testes de medidas descritivas de textura, adesividade Chen-Hoseney, extensão uniaxial Kieffer, extensão biaxial e testes oscilatórios em reômetro. Pão produzido de acordo com as formulações padrão, controle e ótima foi avaliado com relação ao volume específico (VEP), firmeza do miolo, cor e análise sensorial para o atributo preferência. As três enzimas testadas influenciaram positivamente o torque máximo atingido durante o amassamento que variou entre (8,36 e 9,38) N m. Gox e TG apresentaram efeito positivo na altura máxima desenvolvida pela massa medida em reofermentógrafo enquanto que o efeito da HE foi negativo. Uma formulação com ARM e enzimas apresentou desempenho de panificação similar a massa padrão (altura máxima ajustada igual a (45,5 ± 3,9) mm), correspondente a adição de (4, 2,5 e 0,5) mg/100g de TG, Gox e HE respectivamente (ótima). A formulação ótima apresentou adesividade, trabalho de adesão, coesividade, dureza, resiliência, resistência à extensão e extensibilidade similares a massa padrão e diferentes da massa controle. As enzimas aumentaram o índice de strain hardening reduzido pela adição de ARM. Para o pão de forma, o VEP variou entre (3,16 e 3,64) cm3/g (diferença não significativa) e o pão produzido com a formulação ótima foi o mais escolhido como preferido. Durante o armazenamento por até 7 dias, o ARM diminuiu a taxa de envelhecimento do pão enquanto que as enzimas apresentaram efeito oposto. Em geral, a substituição parcial de FT por ARM reduziu a elasticidade da massa diminuindo a qualidade do pão enquanto que as enzimas minimizaram esse efeito. / Resistant starch (RS) is not digested by humans providing benefits for health such as reduction of blood LDL cholesterol levels, reduction of post-prandial blood glucose and fermentation in the colon. However, partial replacement of wheat flour (WF) with RS prejudices bread quality due to gluten dilution. Dough was formulated with 12.5 g/100g of RS and the effects of the enzymes glucose-oxidase (Gox), tranglutaminase (TG) and xylanase (HE) were studied. Dough produced without RS or enzymes was considered as regular and dough produced with RS and without enzymes was considered as control for comparison. A methodology was developed to measure torque during dough mixing in large scale using a dynamic rheometer. With respect to dough rheology, tests performed included texture profile analysis, Chen-Hoseney stickiness, Kieffer uniaxial extension, biaxial extension and oscillatory tests in rheometer. Bread was produced from regular, control and optimum formulations and the quality was assessed concerning specific volume, firmness, color and preference by sensory panel. The three enzymes tested influenced positively the maximum torque during mixing which varied between (8.36 and 9.38) N m. Gox and TG showed positive effects on the maximum height developed by dough measured in rheofermentometer while HE showed a negative one. A formulation with RS and baking performance similar to regular dough was found (adjusted maximum height equal to (45.5 ± 3.9) mm), corresponding to (4, 2.5 and 0.5) mg/100g of TG, Gox and HE respectively (optimum). The optimum formulation showed stickiness, work of adhesion, cohesiveness, hardness, resilience, resistance to extension and extensibility, similar to the regular dough and statistically different from control dough. Strain hardening index was reduced by the addition of RS and increased by the addition of enzymes. Regarding bread tests, specific volume of bread varied between (3.16 e 3.64) cm3/g (not significant difference) and the bread produced with theoptimum dough was the most preferred by the sensory panel. During 7 days of storage, RS reduced the aging rate while enzymes had the opposite effect. In general, WF replacement by RS reduced dough elasticity affecting the bread quality while enzymes helped minimizing this effect.

A eletroquímica direta de enzimas redox depende da distância entre os sítios redox da proteína e a superfície do eletrodo e também da eficiência na imobilização dessas enzimas na superfície eletródica. Dessa forma, a obtenção de enzimas mais hidrofóbicas possibilita a melhora na interação entre elas e a superfície de eletrodos sólidos, como os de carbono. Neste estudo, foi desenvolvida uma rota para a obtenção da glicose oxidase oligomerizada (Ol-GOx) com o objetivo de melhorar a interação entre a enzima e a superfície de fibras de carbono, uma vez que enzimas oligomerizadas contêm suas porções hidrofóbicas expostas.Para tanto, diferentes ácidos de Brønsted foram utilizados, sendo que a enzima obtida a partir da reação com o ácido trifluorometanosulfônico (TFMS) foi a que se manteve ativa cataliticamente. A Ol-GOx se mostrou um biocatalisador promissor devido a sua hidrofobicidade e seu tamanho, os quais permitiram uma imobilização mais eficiente em superfícies de carbono. Após a caracterização estrutural, concluiu-se que a Ol-GOx é formada por um oligômero composto por 10 unidades de GOx nativa com raio hidrodinâmico de aproximadamente 96 nm. Por voltametria cíclica estudou-se a transferência direta de elétrons (TDE) entre o cofator dinucleotídeo de flavina e adenina (FAD) e a superfície das fibras de carbono, sendo observado um aumento de 7 vezes nas correntes faradaicas em relação ao obtido para a GOx nativa. Além disso, as propriedades bioeletrocatalíticas foram melhoradas em 30% quando analisada a oxidação da glicose. Concluiu-se ainda que quanto maior a quantidade de folhas-β presente na estrutura proteica, maior a TDE observada entre a enzima e a superfície das fibras de carbono. / The direct electrochemistry of redox enzymes is dependent on the distance between the active centers of the protein and the electrode surface, and also on the efficiency in the immobilization of these enzymes on the electrodic surface. Thus, the synthesis of more hydrophobic enzymes could lead to better interaction between the redox enzymes and the solid electrode surfaces, such as carbon electrodes. In this study, it was proposed a chemical route to obtain oligomerized glucose oxidase (Ol-GOx), aiming to improve the interaction between the enzyme and the surface of carbon fibers, since oligomerized proteins have their hydrophobic chains exposed. After structural characterization, it was concluded that Ol-GOx is formed by 10 dimeric units of native GOx with a hydrodynamic radius corresponding to approximately 96 nm. By cyclic voltammetry, it was studied the direct electron transfer (DET) between the flavin adenine dinucleotide (FAD) cofactor and the surface of carbon fibers, where it was observed an increase of 7-fold in the faradaic currents in comparison to that observed for native GOx. Besides, bioelectrocatalytic properties are 30% improved, when analyzed the glucose oxidation by cyclic voltammetry. It was also concluded that the greater the β-sheet content in protein structure, the higher the DET observed between the enzyme and the carbon fibers surface.

A conversão enzimática da sacarose pela ação sucessiva da invertase e da glicose oxidase (GOD), permite obter produtos de maior valor agregado, a saber, frutose e o ácido glicônico, dois produtos de amplo uso na indústria farmacêutica, alimentícia e química. Foi estudada a aplicação da invertase imobilizada em resinas aniônicas do tipo Dowex® (um copolímero de poliestireno-divinilbenzeno) sobre a hidrólise da sacarose bem como a oxidação da glicose pela glicose oxidase solúvel ou imobilizada no mesmo suporte em separado (sistema bifásico), utilizando-se um reator de membrana acoplado à membrana de ultrafiltração (100kDa) ou de microfiltração (5µm). Posteriormente, avaliou-se o desempenho de ambas as formas de enzimas, solúveis ou imobilizadas num sistema monofásico empregando o mesmo reator. A bioconversão executada em sistema bifásico permitiu a obtenção de xarope de frutose da ordem de 70% através da separação de glicose e frutose utilizando-se a resina catiônica 50W:8-100. O rendimento de 96,6% e 67,4% para as formas solúveis e imobilizadas respectivamente foram obtidas em sistema monofásico. O não desprendimento das enzimas dos suportes viabilizou o uso da membrana de microfiltração, trazendo vantagens à operação de biorreator com membrana. / The enzymatic conversion of sucrose through a successive action of invertase and glucose oxidase (GOO) allows the obtainment of products with higher commercial value, fructose and gluconic acid, which are widely used in pharmaceutical, food and chemical industries. Invertase and GOO immobilized on Dowex® anionic resin (a polystyrene divinylbenzene copolymer) as well as soluble GOD were used in a membrane bioreactor (MS) for sucrose hydrolysis and glucose oxidation. The MB was coupled with a UF-membrane (100kDa) or a MF-membrane (5µm). The bioconversion was conducted in two steps (biphasic system) as well as in one step (monophasic system). The bioconversion operated in a biphasic system permitted obtaining a fructose syrup with a concentration of about 70% through a separation of glucose and fructose using a cationic resin, 50W:8-100. As for the monophasic system, the yield of 96.6% and 67.4% for soluble and immobilized forms were attained respectively. No leakage of the enzymes from the support allowed the use of a microfiltration membrane, adding advantages to the membrane bioreactor operation.

Made available in DSpace on 2017-07-20T12:37:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vagner dos Santos1.pdf: 3358133 bytes, checksum: 5d65fc2649ed2010f554ec6574971249 (MD5) Previous issue date: 2013-06-20 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This thesis describes the use of the chloride of 3-n-propyl-pyridinium-silsesquioxane polymer (SiPy+Cl-) as an efficient stabilizer for the synthesis of platinum nanoparticles (NPs-Pt). Transmission Electron Microscopy (TEM) and measurements of dynamic light scattering (DLS) showed good distribution of NPs-Pt (3-40 nm) in the cavities of the SiPy+Cl-. The nanohybrid (Pt-SiPy+Cl-) obtained was used as polycation in the preparation of thin films by the Layer-by-Layer (LbL) technique. In order to investigate the electrocatalytic properties, films were obtained by the alternated deposition of the polyanions poly-2,5-metoxipropiloxisulfonated-phenylenevinylene (PPV-SO3) and acid (polyvinylsulfonic) (PVS) with Pt-SiPy+Cl- polycation in the architectures (PPV/Pt-SiPy+Cl-)n, (Pt-SiPy+Cl-/PPV)n, (PVS/Pt-SiPy+Cl-)n and (Pt-SiPy+Cl-/PVS)n, respectively. The deposition of the films was monitored by UV-Vis spectroscopy, which showed a linear growth in each bilayer deposited. In addition, it was observed by UV-Vis spectra that the deposition sequence initiated by polyanions (PPV-SO3 or PVS) showed higher absorbance, indicating that the architectures (PPV/Pt-SiPy+Cl-)n and (PVS/Pt-SiPy+Cl-)n contain more species of NPs-Pt available on the surface of the films. The presence of polyelectrolytes in the films and the interaction between them were verified by Infrared spectroscopic (FTIR) and Raman. Electrochemical measurements for the detection of DA, with the LbL films from PVS e Pt-SiPy+Cl-, showed that the oxidation currents for the (PVS/Pt-SiPy+Cl-)3 in presence of its interferent the ascorbic acid (AA) were more intense, with a difference between the oxidation potential equal to 550 mV at pH 7. For the films containing PPV-SO3 and Pt-SiPy+Cl- it was found that the presence of PPV-SO3 is crucial to help the NPs-Pt in the process of electron transfer. The (PPV/Pt-SiPy+Cl-)3 LbL film detected simultaneously the DA and the interferents AA and uric acid (UA) (ΔE = 640 mV) with an oxidation potential difference of 90 mV higher than the observed with the (PVS/Pt-SiPy+Cl-)3 LbL film containing PVS (ΔE =550 mV). In addition, the better values of sensitivity (2,7 μmol L-1), detection limit (LD = 3,19 x 10-7 mol L-1), quantification limit ( LQ = 2,07 x 10-6 mol L-1) were observed in the studies with the LbL films (PPV/Pt-SiPy+Cl-)3 instead of PVS. In order to mimic a biological system, the LbL film (PPV/Pt-SiPy+Cl-)3 was selected to DA detection confined into liposomes from dipalmitoyl phosphatidylcholine (DPPC). This film provided a difference of oxidation potential of 350 mV of the encapsulated DA, in the presence of AA and UA interfering. In vitro measurements for the detection of DA in striatal rat brain were performed successfully with drop-coated film of polyelectrolyte PPV and Pt-SiPy+Cl-, immobilized on screen-printed carbon electrode. Besides this analyte, the architectures of LbL films (PPV/Pt-SiPy+Cl-)n and (Pt-SiPy+Cl-/PPV)n were used in the detection of H2O2 and glucose. After immobilization of glucose oxidase (GOx) on the surface of the films, the biosensor (PPV/Pt-SiPy+Cl-)6GOx exhibited sensitivity = 1.17 μmol L-1, LD = 27.4 μmol L-1, LQ = 91.4 μmol L-1 e app m k = 2.64 mmol L-1, values greater than more complex films reported in the literature, demonstrating the importance of NPsPt for these films. / Esta tese descreve o uso do polímero cloreto de 3-n-propil-piridínio-silsesquioxano (SiPy+Cl-) como um eficiente estabilizante para síntese de nanopartículas de platina (NPs-Pt). Imagens de Microscopia Eletrônica de Transmissão e medidas de espalhamento dinâmico de luz indicaram boa distribuição das NPs-Pt (3-40 nm) nas cavidades do SiPy+Cl-. O nanohíbrido Pt-SiPy+Cl- obtido foi utilizado como policátion na preparação de filmes finos pela técnica Layer-by-Layer (LbL). Para investigação das propriedades eletrocatalíticas das NPs-Pt incorporadas ao SiPy+Cl-, obteve-se filmes pela deposição alternada dos poliânions poli-2,5-metoxipropiloxi-sulfonado fenilenovinileno (PPV-SO3) e ácido-polivinilsulfônico (PVS) com o policátion Pt-SiPy+Cl-, nas arquiteturas (PPV/Pt-SiPy+Cl-)n e (Pt-SiPy+Cl-/PPV)n, (PVS/Pt-SiPy+Cl-)n e (Pt-SiPy+Cl-/PVS)n, respectivamente. A deposição nos filmes LbL foi monitorada por espectroscopia de absorção na região do UV-Vis, a qual revelou um crescimento linear dos filmes a cada bicamada depositada. Além disso, nos espectros UV-Vis foi constatado que a sequência de deposição iniciada pelos poliânions (PPV-SO3 ou PVS) apresentou maior absorbância, indicando que nas arquiteturas (PPV/Pt-SiPy+Cl-)n e (PVS/Pt-SiPy+Cl-)n há mais espécies disponíveis de NPs-Pt na superfície dos filmes. A presença dos polieletrólitos nos filmes e a interação entre estes foram constatadas por medidas espectroscópicas de infravermelho (FTIR) e Raman. Nas medidas eletroquímicas para detecção de DA, com os filmes formados por PVS e Pt-SiPy+Cl-, verificou-se que o (PVS/Pt-SiPy+Cl-)3 apresentou correntes de oxidação para a DA mais intensas em meio ao interferente ácido ascórbico (AA), com uma diferença entre os potenciais de oxidação igual a 550 mV, em pH 7. Nos filmes contendo PPV-SO3 e Pt-SiPy+Cl- verificou-se que a presença do PPV-SO3 é fundamental para auxiliar as NPs-Pt no processo de transferência de elétrons. O filme LbL (PPV/Pt-SiPy+Cl-)3 detectou simultaneamente a DA em meio aos interferentes AA e ácido úrico (AU) (ΔE = 640 mV), com uma diferença de potenciais de oxidação 90 mV maior do que a observada com o filme contendo PVS (550 mV). Além disto, melhores valores de sensibilidade (2,7 μmol L-1), limite de detecção (LD = 3,19 x 10-7 mol L-1) e limite de quantificação (LQ = 2,07 x 10-6 mol L-1) foram observados nos estudos com o filme LbL (PPV/Pt-SiPy+Cl-)3 em relação ao PVS. A fim de mimetizar um sistema biológico, escolheu-se o filme LbL (PPV/Pt-SiPy+Cl-)3 para detecção de DA confinada nos lipossomos de dipalmitoilfosfatidil colina (DPPC). Este filme possibilitou uma diferença de potencial de oxidação de 350 mV da DA encapsulada, na presença dos interferentes AA e AU. A partir desta constatação, medidas in vitro para a detecção de DA em estriados cerebrais de ratos foram realizadas com sucesso com o filme drop-coated dos polieletrólitos PPV e Pt-SiPy+Cl-, imobilizados sobre eletrodo de carbono impresso. Além deste analito, as arquiteturas dos filmes LbL (PPV/Pt-SiPy+Cl-)n e (Pt-SiPy+Cl-/PPV)n foram utilizadas na detecção de H2O2 e glicose. Após imobilização de glicose oxidase (GOx) na superfície dos filmes, o biossensor (PPV/Pt-SiPy+Cl-)6GOx exibiu sensibilidade = 1,17 μmol L-1, LD = 27,4 μmol L-1, LQ = 91,4 μmol L-1 e appmk = 2,64 mmol L-1, valores estes superiores a filmes mais complexos relatados na literatura, demonstrando a importância das NPsPt para estes filmes.

Frutose e Ácido Glicônico são produtos importados empregados em diferentes setores nas áreas química, farmacêutica e alimentícia, representando um mercado de dois milhões de dólares (US$ 2,0 milhões) por ano. Por sua vez, a sacarose pode ser empregada como matéria-prima para a obtenção destes produtos através de conversão enzimátiva empregando invertase e glicose-oxidase. O uso de biorreatores com membrana (MBR) mostra-se interessante em processos enzimáticos, pois, ao serem empregados em processos contínuos permitem, simultaneamente, produção e separação dos produtos, reduzindo a formação de subprodutos e, eventual, inibição da enzima por excesso de substrato ou produtos. A sacarose é convertida em xarope de açúcar invertido (solução equimolar de frutose e glicose) pela invertase (Bioinvert®, enzima comercial), seguido pela oxidação da glicose em ácido glicônico pela ação da glicose oxidase (GO). O processo de conversão multi-enzimático da sacarose foi obtido através da alimentação de sacarose (50 mM) em reator com membrana (MBR) contendo invertase (24 U/mL), glicose-oxidase (0,5 U/mL) e catalase (470 U/mL) e operando com vazão específica de 6,0 h-1, 35ºC e pH 5,5. As condições operacionais otimizadas possibilitaram a conversão completa da sacarose (X = 100 %) e da glicose resultante (Y = 100%) com velocidades específicas de reação de 4,2 mmol/U.h, 0,60 mmol/U.h e 0,00062 mmol/U.h, respectivamente, para a invertase, glicose oxidase e catalase. A respeito da oxidação da glicose, a adição de catalase no meio reacional se fez necessária para minimizar os efeitos inibitórios sobre a GO através do peróxido de hidrogênio formado. / The fructose and gluconic acid are products of great application in chemical, pharmaceutical and food industry. The actual Brazilian market for these compounds is about US$ 2 millions, here as the sucrose, the raw-material used for their production, represents about 2.4% of the Brazil\'s GNP. This conversion increases the value added to the sugarcane, usually marketed as a commodity, because the fructose and gluconic acid are more valuable products than sucrose. The use of membrane bioreactor (MBR), which operates under mild conditions regarding internal pressure, temperature and pH, has been growing along the years for enzyme catalyzed processes. Moreover, in the MBR the reaction and separation of the products occur simultaneously, avoiding the formation of by-products and the eventual inhibition of the enzyme caused by excess of substrate or products. The sucrose is converted to the inverted syrup (an equimolar solution of fructose and glucose) by invertase (in this work was employed Bioinvert®, a commercial invertase) followed by the oxidation of glucose in gluconic acid by the glucose oxidase (GO). The multi-enzymatic conversion of sucrose was attained when carried out under initial substrate of 50mM and invertase, glucose oxidase and catalase concentrations, respectively, of 24.0 U/mL, 0.5 U/mL and 470 U/mL in a membrane reactor utilizing a dilution rate of 6.0 h-1, 35ºC and pH 5.5. The optimized operational conditions led to a conversion yield of 100% for sucrose hydrolysis and glucose oxidation steps resulting in enzyme productivity of 4.2 mmol/U.h, 0.60 mmol/U.h and 0.00062 mmol/U.h, respectively, to invertase, glucose oxidase and catalase. In regard to the glucose oxidation, the addition of catalase in the reaction medium was necessary, in order to minimize the inhibition of the GO by the hydrogen peroxide formed.

Frutose e Ácido Glicônico são produtos importados empregados em diferentes setores nas áreas química, farmacêutica e alimentícia, representando um mercado de dois milhões de dólares (US$ 2,0 milhões) por ano. Por sua vez, a sacarose pode ser empregada como matéria-prima para a obtenção destes produtos através de conversão enzimátiva empregando invertase e glicose-oxidase. O uso de biorreatores com membrana (MBR) mostra-se interessante em processos enzimáticos, pois, ao serem empregados em processos contínuos permitem, simultaneamente, produção e separação dos produtos, reduzindo a formação de subprodutos e, eventual, inibição da enzima por excesso de substrato ou produtos. A sacarose é convertida em xarope de açúcar invertido (solução equimolar de frutose e glicose) pela invertase (Bioinvert®, enzima comercial), seguido pela oxidação da glicose em ácido glicônico pela ação da glicose oxidase (GO). O processo de conversão multi-enzimático da sacarose foi obtido através da alimentação de sacarose (50 mM) em reator com membrana (MBR) contendo invertase (24 U/mL), glicose-oxidase (0,5 U/mL) e catalase (470 U/mL) e operando com vazão específica de 6,0 h-1, 35ºC e pH 5,5. As condições operacionais otimizadas possibilitaram a conversão completa da sacarose (X = 100 %) e da glicose resultante (Y = 100%) com velocidades específicas de reação de 4,2 mmol/U.h, 0,60 mmol/U.h e 0,00062 mmol/U.h, respectivamente, para a invertase, glicose oxidase e catalase. A respeito da oxidação da glicose, a adição de catalase no meio reacional se fez necessária para minimizar os efeitos inibitórios sobre a GO através do peróxido de hidrogênio formado. / The fructose and gluconic acid are products of great application in chemical, pharmaceutical and food industry. The actual Brazilian market for these compounds is about US$ 2 millions, here as the sucrose, the raw-material used for their production, represents about 2.4% of the Brazil\'s GNP. This conversion increases the value added to the sugarcane, usually marketed as a commodity, because the fructose and gluconic acid are more valuable products than sucrose. The use of membrane bioreactor (MBR), which operates under mild conditions regarding internal pressure, temperature and pH, has been growing along the years for enzyme catalyzed processes. Moreover, in the MBR the reaction and separation of the products occur simultaneously, avoiding the formation of by-products and the eventual inhibition of the enzyme caused by excess of substrate or products. The sucrose is converted to the inverted syrup (an equimolar solution of fructose and glucose) by invertase (in this work was employed Bioinvert®, a commercial invertase) followed by the oxidation of glucose in gluconic acid by the glucose oxidase (GO). The multi-enzymatic conversion of sucrose was attained when carried out under initial substrate of 50mM and invertase, glucose oxidase and catalase concentrations, respectively, of 24.0 U/mL, 0.5 U/mL and 470 U/mL in a membrane reactor utilizing a dilution rate of 6.0 h-1, 35ºC and pH 5.5. The optimized operational conditions led to a conversion yield of 100% for sucrose hydrolysis and glucose oxidation steps resulting in enzyme productivity of 4.2 mmol/U.h, 0.60 mmol/U.h and 0.00062 mmol/U.h, respectively, to invertase, glucose oxidase and catalase. In regard to the glucose oxidation, the addition of catalase in the reaction medium was necessary, in order to minimize the inhibition of the GO by the hydrogen peroxide formed.

A conversão enzimática da sacarose pela ação sucessiva da invertase e da glicose oxidase (GOD), permite obter produtos de maior valor agregado, a saber, frutose e o ácido glicônico, dois produtos de amplo uso na indústria farmacêutica, alimentícia e química. Foi estudada a aplicação da invertase imobilizada em resinas aniônicas do tipo Dowex® (um copolímero de poliestireno-divinilbenzeno) sobre a hidrólise da sacarose bem como a oxidação da glicose pela glicose oxidase solúvel ou imobilizada no mesmo suporte em separado (sistema bifásico), utilizando-se um reator de membrana acoplado à membrana de ultrafiltração (100kDa) ou de microfiltração (5µm). Posteriormente, avaliou-se o desempenho de ambas as formas de enzimas, solúveis ou imobilizadas num sistema monofásico empregando o mesmo reator. A bioconversão executada em sistema bifásico permitiu a obtenção de xarope de frutose da ordem de 70% através da separação de glicose e frutose utilizando-se a resina catiônica 50W:8-100. O rendimento de 96,6% e 67,4% para as formas solúveis e imobilizadas respectivamente foram obtidas em sistema monofásico. O não desprendimento das enzimas dos suportes viabilizou o uso da membrana de microfiltração, trazendo vantagens à operação de biorreator com membrana. / The enzymatic conversion of sucrose through a successive action of invertase and glucose oxidase (GOO) allows the obtainment of products with higher commercial value, fructose and gluconic acid, which are widely used in pharmaceutical, food and chemical industries. Invertase and GOO immobilized on Dowex® anionic resin (a polystyrene divinylbenzene copolymer) as well as soluble GOD were used in a membrane bioreactor (MS) for sucrose hydrolysis and glucose oxidation. The MB was coupled with a UF-membrane (100kDa) or a MF-membrane (5µm). The bioconversion was conducted in two steps (biphasic system) as well as in one step (monophasic system). The bioconversion operated in a biphasic system permitted obtaining a fructose syrup with a concentration of about 70% through a separation of glucose and fructose using a cationic resin, 50W:8-100. As for the monophasic system, the yield of 96.6% and 67.4% for soluble and immobilized forms were attained respectively. No leakage of the enzymes from the support allowed the use of a microfiltration membrane, adding advantages to the membrane bioreactor operation.