ABSTRACT
Abstract By means of recycling an enzyme, bromelain was used in casein hydrolysis facilitated by a nanobiocatalyst consisting of bromelain, CoFe2O4 magnetic nanoparticles, chitosan, and glutaraldehyde. Bromelain was immobilized on the chitosan cobalt-magnetite nanoparticle surface via covalent bonds to form the nanobiocatalyst. Immobilized bromelain showed 77% immobilization binding, retaining 85 ± 2% of the initial catalytic activity. Nanoparticles and immobilized bromelain were characterized using UV-Vis and IR spectroscopies, X-ray, square wave voltammetry (SWV), cyclic voltammetry (CV), vibrating-sample magnetization (VSM), and transmission electron microscope (TEM). The Michaelis-Menten constant (KM) and VMAX of the free and immobilized enzyme were calculated: KM = 2.1 ± 0.18 mM and 1.8 mM, respectively and VMAX = 6.08 x 10-2 ± 2.1 x 10-2 U/min and 6.46 ± 0.91 U/min, respectively. The thermal stability of the free enzyme was higher than the immobilized enzyme: 95-98% and 83-87%, respectively. An optimum pH of 6 and a temperature of 20 °C were determined in both cases. Immobilized bromelain maintained 50% of the initial catalytic activity after the fifth use. The immobilized bromelain proved to be effective and reusable for casein hydrolysis. As novel contribution the characterization by VOC and CV was carried out.
Resumen Se investigó la reutilización de la bromelina inmovilizada sobre nanopartículas magnéticas de CoFe2O4 para la hidrólisis de caseína. La inmovilización se efectuó covalentemente en un catalizador de nanopartículas de hierro y cobalto recubiertas con quitosano, glutaraldehído y bromelina. La bromelina alcanzó un máximo de inmovilización del 77%, conservando el 85 ± 2% de su actividad catalítica inicial a los 30 min. La caracterización del catalizador se realizó por espectrofotometría IR y UV-Vis, microscopía electrónica de transmisión (TEM), difracción de rayos X, voltametría de onda cuadrada (VOC), voltametría cíclica (VC) y magnetización de muestra vibrante (VSM). Los parámetros cinéticos KM y VMAX de la enzima libre e inmovilizada fueron: KM = 2,1 ± 0,18 mM y 1,8 ± 0,16 mM, respectivamente y VMAX = 6,08 x 10-2 ± 2,1 x 10-2 U/min y 6,46 ± 0,91 U/min, respectivamente. La estabilidad térmica de la enzima libre fue mayor que la de enzima inmovilizada: 95-98% y 83-87%, respectivamente. Se determinó un pH óptimo de 6 y temperatura de 20 °C en ambos casos. La bromelina inmovilizada mantuvo el 50% de su actividad catalítica hasta el quinto uso. Como aporte novedoso se realizó, en este estudio se realizó la caracterización por VOC y VC.
Resumo Foi estudado o reuso da enzima bromelina imobilizada sobre nano partículas magnéticas de CoFe2O4, para a hidrólise de caseína. A imobilização efetuou-se covalentemente em um catalisador de nano partículas de cobalto e ferro recobertas com quitosano, glutaraldehido e bromelina. A bromelina atingiu seu máximo de imobilização do 77% aos 30 minutos, conservando o 85 ± 2% da sua atividade catalítica inicial. A caraterização foi feita mediante espectrofotometria IV e UV-Vis, microscopia eletrônica de transmissão (TEM), difração de raios X, voltametria de onda quadrada (VOQ), voltametria cíclica (VC) e por magnetização de amostra vibrante (VSM). Os parâmetros cinéticos KM e VMAX da enzima livre e imobilizada foram KM = 2,1 ± 0,18 mM e 1,8 8 ± 0,16mM, respeitivamente; VMAX = 6,08 x 10-2 ± 2,1 x 10-2 U/min e 6,46 ± 0,91 U/min, respectivamente. A estabilidade térmica da enzima livre (95-98%) foi maior do que a estabilidade da enzima imobilizada (83-87%), determinou-se um pH óptimo de 6 e temperatura de 20 °C em ambos os casos. A bromelina imobilizada manteve o 50% de sua atividade catalítica até o quinto uso. Como aporte inovador neste estudo apresenta-se a caraterização por VOQ e VC.
ABSTRACT
La fotoestabilidad de nanocristales (NCs) del grupo E-VI, como CdSe se aprovecha en procesos de fotocatálisis. Sin embargo, el contenido de metales tóxicos limita su aplicación en el ambiente en la remediación de residuos de las industrias textiles, de pieles y de papel. Se comparó la acción catalítica de CdS y ZnS, estabilizadas con dodecil sulfato de sodio y ácido etilendiaminotetraacético, respectivamente, para el tratamiento fotocatalítico del colorante azul de metileno (AM) con radiación UV. Las dos clases de NCs presentaron bandas de absorción desplazadas hacia 500 nm y bandas de emisión fluorescente a 430-440 nm. Estas características ópticas se atribuyen al tamaño (20-50 y 100-150 nm), confirmado por microscopía electrónica. La degradación del AM por NCs alcanzó rendimientos del 92% y 77% para ZnS y CdS respectivamente, mediante la producción fotocatalítica de radicales hidroxilos capaces de participar en procesos redox. En conclusión, NCs se aprecian como catalizadores eficientes para la remediación de AM, un colorante aromático heterocíclico de amplio uso industrial.
The photo-stability of nanocrystals (NCs) in II-VI group such as CdSe is used for photo-catalytic processes. The presence of toxic metals limits their implementation in environmental applications such as synthetic dyes treatment, which are found in textile, leather, and paper industries. NCs ZnS and CdS, stabilized in the presence of ethylendiaminetetraacetic acid and sodium dodecyl sulfate, respectively, were compared in the photo-catalytic treatment of methylene blue (MB), under UV light. The two kinds of NCs showed absorption bands displaced towards 500 nm and fluorescent emission bands around 430 nm. These optical properties are attributed to nano size as observed by scanning electron microscopy (20-50 and 100-150 nm). MB degradation by NCs reached yields up to 92% and 77% for ZnS and CdS, respectively, due to the photo-catalytic production of hydroxyl radicals capable of participating in redox processes. In conclusion, NCs catalyzed the remediation of MB, a heterocyclic aromatic dye of broad industrial use.
A fotoestabilidade do nanomateriais (NCs) do grupo II-VI como CdSe é usada em processos de fotocatálise. Mas a presença de metais tóxicos limita sua implementação no ambiente para remediar os residuos das industrias têxteis, de couro e de papel. Foi comparada a ação catalítica de ZnS e CdS, estabilizados na presenca de dodecil sulfato de sódio e ácido etilenodiamino tetra-acético, respectivamente, para o tratamento fotocatalítico de azul de metileno (AM) com radiação UV. Os dois tipos de NCs mostraram bandas de absorção perto de 500 nm e bandas de emissao fluorescente a 430-440 nm Estas propriedades ópticas são atribuídas ao tamanho (20-50 y 100-150 nm) confirmado por microscopia electrónica A degradação do AM por NCs alcancou rendimentos de 92% e 77% para ZnS e CdS respectivamente, através da produção fotocatalítica de radicais hidroxilo capazes de participar em processos redox Em conclusão NCs são vistos como catalisadores eficientes para a remediação de AM, um corante de amplia utilização industrial.