Invertase, glucose oxidase and catalase for converting sucrose to fructose and gluconic acid through batch and membrane-continuous reactors / Invertase de glicose oxidase e catalase para a conversão de sacarose para ácido glucónico e frutose através de lote e de membrana-contínuas reactores

Conversion of sucrose into fructose and gluconic acid using invertase, glucose oxidase and catalase was studied by discontinuous (sequential or simultaneous addition of the enzymes) and continuous (simultaneous addition of the enzymes in a 100 kDa-ultrafiltration membrane reactor) processes. The following parameters were varied: concentration of enzymes, initial concentration of substrates (sucrose and glucose), pH, temperature and feeding rate (for continuous process). The highest yield of conversion (100 percent) was attained through the discontinuous (batch) process carried out at pH 4.5 and 37 ºC by the sequential addition of invertase (14.3 U), glucose oxidase (10,000 U) and catalase (59,000 U).

Neste trabalho estudou-se a conversão da sacarose em frutose e ácido glicônico, usando as enzimas invertase, glicose oxidase e catalase, através do emprego de processo descontínuo (com adição sequencial ou simultânea das enzimas) e contínuo (adição simultânea das enzimas em reator com membrana acoplado à membrana de ultrafiltração de 100 kDa). Os parâmetros variados foram: a concentração das enzimas, a concentração inicial dos substratos (sacarose e glicose), o pH, a temperatura e a vazão específica de alimentação (processo contínuo). Obteve-se rendimento de 100 por cento, quando a conversão foi conduzida por processo descontínuo em pH 4,5 e a 37 ºC com adição seqüencial das enzimas invertase (14,3 U), glicose oxidase (10.000 U) e catalase (59.000 U).

Inverted sugar syrup attained from sucrose hydrolysis using a membrane reactor / Xarope de açúcar invertido obtido a partir de hidrólise da sacarose utilizando um reator com membrana

Invertase, whether adsorbed on styrene-divinylbenzene copolymers or otherwise, was used for continuous sucrose hydrolysis using a cell-type membrane reactor (CTMR), coupled with an ultra (UF-100kDa), or a microfiltration (MF- pore diameter of 5 µm) membrane. In all tests, the pH (5.5), temperature (30 ºC), reaction volume (10 mL) and agitation (100 rpm) were set constant; whereas, variable parameters were: feeding rate (0.4, 0.8 and 1.6 h-1), inlet sucrose concentration (2.5, 6.5, 50 and 100 mM) and enzyme/resin ratio (1.64 mg or 3.28 mg of protein per 25, 50 or 100 mg of resin). The best result (yield of 100 percent, steady-state duration over 20h and specific reaction rate over 243 x 10-3 mmol/h.mE) was obtained when insoluble invertase (1.64 mg protein/100 mg resin) was used to convert 50 mM or 100 mM of sucrose solution at 0.4 h-1 using a UF-CTMR.

Invertase, na forma adsorvida ou não em copolímeros de estireno-divinilbenzeno, foi usada para a hidrólise contínua de sacarose utilizando um reator com membrana (RM), acoplado a uma membrana de ultrafiltração (UF-100kDa), ou de microfiltração (MF - um diâmetro de poro de 5µm). Em todos os testes, o pH (5,5), a temperatura (30ºC), o volume reacional (10mL) e a agitação (100 rpm) foram mantidas constantes; os parâmetros variados foram: a vazão de alimentação (0,4; 0,8 e 1,6 h-1), a concentração de sacarose alimentada (2,5; 6,5; 50 e 100 mM) e a relação enzima/resina (1,64 mg ou 3,28 mg de proteína por 25, 50 ou 100 mg de resina). O melhor resultado (um rendimento de 100 por cento, um período de estado estacionário acima de 20h e uma taxa de reação específica maior de 243 x 10-3 mmol/h.mE) foi obtido quando a invertase insolúvel (1,64 mg de proteína/100 de mg resina) foi usado para converter 50 mM ou 100 mM de solução de sacarose a 0,4 h-1 usando UF-RM.

Obtaining partial purified xylose reductase from Candida guilliermondii / Obtenção de xilose redutase de Candida guilliermondii parcialmente purificada

The enzymatic bioconversion of xylose into xylitol by xylose reductase (XR) is an alternative for chemical and microbiological processes. The partial purified XR was obtained by using the following three procedures: an agarose column, a membrane reactor or an Amicon Ultra-15 50K Centrifugal Filter device at yields of 40 percent, 7 percent and 67 percent, respectively.

A bioconversão enzimática da xilose em xilitol pela xilose redutase (XR) é uma alternativa para as vias química e microbiológica. Avaliouse a purificação parcial da XR, utilizando os três seguintes procedimentos: uma coluna de agarose, um reator com membrana ou tubos de ultracentrifugação Amicon Ultra-15 50K, com rendimento de 40 por cento, 7 por cento ou 67 por cento, respectivamente.

Bioconversão de sacarose em ácido glicônico e frutose usando reator com membrana / Sucrose bioconversion into gluconic acid and fructose using a membrane reactor

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 microfitração (5µm). Posteriormente, avaliou-se o desempenho de ambas as formas de enzimas, solúveis ou imobilizadas num sistema monofásico empregando o mesmo reator...

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.