{"id":4514,"date":"2021-04-22T07:03:58","date_gmt":"2021-04-22T07:03:58","guid":{"rendered":"https:\/\/longchangchemical.com\/?p=4514"},"modified":"2026-04-28T10:41:49","modified_gmt":"2026-04-28T10:41:49","slug":"overview-of-the-methods","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/longchangchemical.com\/pt\/overview-of-the-methods\/","title":{"rendered":"Vis\u00e3o geral dos m\u00e9todos de imobiliza\u00e7\u00e3o de enzimas em microesferas magn\u00e9ticas de biopol\u00edmero"},"content":{"rendered":"

As microesferas magn\u00e9ticas de biopol\u00edmero s\u00e3o um novo material composto que combina materiais biol\u00f3gicos e materiais magn\u00e9ticos inorg\u00e2nicos para formar microesferas magneticamente responsivas e biologicamente ativas. Suas propriedades dependem dos materiais magn\u00e9ticos inorg\u00e2nicos, dos materiais biol\u00f3gicos e de seu m\u00e9todo de intera\u00e7\u00e3o. Atualmente, o material magn\u00e9tico mais amplamente utilizado e estudado \u00e9 o Fe3<\/sub>O4<\/sub>\u00a0nanopart\u00edculas magn\u00e9ticas. Devido \u00e0 sua grande \u00e1rea de superf\u00edcie espec\u00edfica, boa biocompatibilidade e alta resposta magn\u00e9tica, \u00e9 poss\u00edvel obter uma separa\u00e7\u00e3o r\u00e1pida e um movimento direcionado, por isso pode ser amplamente utilizado em alimentos e cuidados m\u00e9dicos, prote\u00e7\u00e3o ambiental e outros campos. Os materiais de biopol\u00edmero incluem principalmente quitosana, alginato de s\u00f3dio, gelatina, etc. Entre eles, a quitosana \u00e9 o material biol\u00f3gico mais estudado devido \u00e0s suas caracter\u00edsticas pr\u00f3prias de boa biocompatibilidade, recursos renov\u00e1veis e biodegradabilidade. Um novo tipo de material composto de quitosana e material magn\u00e9tico tem propriedades excelentes e, por isso, tem amplas perspectivas de aplica\u00e7\u00e3o em v\u00e1rios campos.<\/h4>\n\n\n

Resposta r\u00e1pida:<\/strong> Uma decis\u00e3o pr\u00e1tica sobre enzimas ou ingredientes alimentares come\u00e7a com o objetivo do processo, depois verifica a atividade, a janela de aplica\u00e7\u00e3o, o impacto sensorial e a consist\u00eancia entre lotes antes do aumento de escala.<\/p>\n\n\n\n\n\r\n\r\n\r\n

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1. Estrutura e propriedades das microesferas magn\u00e9ticas de biopol\u00edmero<\/strong><\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n
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A estrutura das microesferas magn\u00e9ticas de biopol\u00edmero inclui tr\u00eas tipos: (1) estrutura n\u00facleo-casca; (2) estrutura h\u00edbrida; (3) estrutura sandu\u00edche multicamadas, conforme mostrado na Figura 1.<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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Figura 1 A estrutura das microesferas magn\u00e9ticas de biopol\u00edmero<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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As microesferas magn\u00e9ticas de biopol\u00edmero t\u00eam muitas propriedades excepcionais, o que as torna mais adequadas para a imobiliza\u00e7\u00e3o de enzimas. Por exemplo, (1) efeito da \u00e1rea de superf\u00edcie. Em geral, quando o tamanho da part\u00edcula das microesferas de biopol\u00edmero magn\u00e9tico atinge o n\u00edvel de m\u00edcron ou mesmo nan\u00f4metro, com o aumento da \u00e1rea de superf\u00edcie espec\u00edfica, a densidade do grupo e o desempenho de adsor\u00e7\u00e3o seletiva das microesferas tamb\u00e9m aumentam, e a estabilidade das microesferas aumenta significativamente. (2) Efeito magn\u00e9tico. Quando o di\u00e2metro do Fe3<\/sub>O4<\/sub>\u00a0Quando o cristal da microesfera \u00e9 menor que 30 nm, ela tem superparamagnetismo, ou seja, o magnetismo \u00e9 muito grande sob a condi\u00e7\u00e3o de campo magn\u00e9tico externo. Quando o campo magn\u00e9tico externo \u00e9 removido, seu magnetismo desaparece rapidamente, de modo que a microesfera tem orienta\u00e7\u00e3o magn\u00e9tica sob a condi\u00e7\u00e3o de campo magn\u00e9tico externo e pode ser rapidamente separada de materiais n\u00e3o magn\u00e9ticos e n\u00e3o \u00e9 permanentemente magnetizada em um campo magn\u00e9tico, de modo que n\u00e3o afeta o uso subsequente. (3) Biocompatibilidade. Na natureza, os materiais biol\u00f3gicos, como prote\u00ednas e polissacar\u00eddeos, t\u00eam biocompatibilidade, o que faz com que tenham aplica\u00e7\u00f5es importantes na engenharia biom\u00e9dica. (4) Caracter\u00edsticas da base funcional. Os materiais biol\u00f3gicos, como a quitosana e o alginato de s\u00f3dio, t\u00eam muitos grupos ativos (-OH, -COOH, -NH2), que podem ser combinados covalentemente com subst\u00e2ncias biologicamente ativas ou modificados com determinados grupos qu\u00edmicos.<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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2. Prepara\u00e7\u00e3o de microesferas magn\u00e9ticas de biopol\u00edmero<\/strong><\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n
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A prepara\u00e7\u00e3o de microesferas magn\u00e9ticas de biopol\u00edmero \u00e9 dividida em duas etapas. A primeira etapa \u00e9 a prepara\u00e7\u00e3o de nanopart\u00edculas magn\u00e9ticas. Os m\u00e9todos usados atualmente para preparar nanopart\u00edculas de Fe3<\/sub>O4<\/sub>\u00a0As nanopart\u00edculas magn\u00e9ticas incluem principalmente a co-precipita\u00e7\u00e3o qu\u00edmica, a decomposi\u00e7\u00e3o t\u00e9rmica do sal de ferro, a microemuls\u00e3o e os m\u00e9todos hidrot\u00e9rmicos. Entre eles, o m\u00e9todo de co-precipita\u00e7\u00e3o qu\u00edmica \u00e9 simples e conveniente de operar e \u00e9 o m\u00e9todo de prepara\u00e7\u00e3o mais comumente usado. O princ\u00edpio do m\u00e9todo de co-precipita\u00e7\u00e3o qu\u00edmica para sintetizar Fe3<\/sub>O4<\/sub>\u00a0\u00e9 sintetizar o \u00f3xido de ferro aquecendo e agitando uma solu\u00e7\u00e3o salina mista de uma determinada propor\u00e7\u00e3o de Fe2+<\/sup>\u00a0e Fe3+<\/sup>\u00a0(1:2) em condi\u00e7\u00f5es anaer\u00f3bicas e adicionando rapidamente lix\u00edvia (am\u00f4nia ou NaOH). Xu et al. usaram o m\u00e9todo de co-precipita\u00e7\u00e3o qu\u00edmica para adicionar 4,34 mmol de FeCl2\u9458<\/sub>4H2O e 8,67 mmol de FeCl3<\/sub>-6H2<\/sub>O, respectivamente, e aque\u00e7a o sistema a 85 \u2103 sob nitrog\u00eanio. Depois de completamente dissolvido, adicione rapidamente 25 mL de am\u00f4nia concentrada e adicione uma certa quantidade de citrato de s\u00f3dio, e ent\u00e3o o Fe3<\/sub>O4<\/sub>\u00a0nanopart\u00edculas magn\u00e9ticas s\u00e3o sintetizadas com boa monodispers\u00e3o e capacidade de resposta magn\u00e9tica.<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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Ap\u00f3s a prepara\u00e7\u00e3o das nanopart\u00edculas magn\u00e9ticas, elas precisam ser reticuladas com quitosana para preparar microesferas magn\u00e9ticas de quitosana. Atualmente, os m\u00e9todos de s\u00edntese de microesferas magn\u00e9ticas de quitosana incluem principalmente o m\u00e9todo de reticula\u00e7\u00e3o de emuls\u00e3o, o m\u00e9todo de secagem por spray, o m\u00e9todo fotoqu\u00edmico e o m\u00e9todo in-situ. Entre eles, o m\u00e9todo de reticula\u00e7\u00e3o de emuls\u00e3o \u00e9 mais simples e mais amplamente utilizado. O m\u00e9todo de reticula\u00e7\u00e3o de emuls\u00e3o consiste em dispersar uniformemente o Fe3<\/sub>O4<\/sub>\u00a0ou fluido magn\u00e9tico em um l\u00edquido misto contendo quitosana, surfactante e fase oleosa para formar um sistema de microemuls\u00e3o \u00e1gua-em-\u00f3leo e, em seguida, adicione glutaralde\u00eddo; no sistema, o glutaralde\u00eddo e a quitosana ter\u00e3o uma rea\u00e7\u00e3o de reticula\u00e7\u00e3o para gerar uma base de Schiff, e a quitosana ser\u00e1 reticulada em uma rede e, em seguida, revestir\u00e1 o Fe3<\/sub>O4<\/sub>\u00a0nela (conforme mostrado na Figura 2). Jiang et al. utilizaram o m\u00e9todo de reticula\u00e7\u00e3o de emuls\u00e3o, usando Span 80, parafina l\u00edquida e glutaralde\u00eddo como surfactante, dispersante e agente de reticula\u00e7\u00e3o, respectivamente, para sintetizar microesferas magn\u00e9ticas de quitosana com formas esf\u00e9ricas regulares e superf\u00edcies lisas.<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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Figura 2 Diagrama esquem\u00e1tico da s\u00edntese de microesferas magn\u00e9ticas de quitosana pelo m\u00e9todo de reticula\u00e7\u00e3o de emuls\u00e3o<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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3. Enzima imobilizada em microesferas magn\u00e9ticas compostas<\/strong><\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n
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Depois que as microesferas magn\u00e9ticas de quitosana s\u00e3o preparadas com sucesso, a enzima pode ser imobilizada nas microesferas para uso. Como a quitosana \u00e9 rica em grupos amino ativos e grupos hidroxila, ela pode reagir com grupos carboxila, grupos amino, grupos ep\u00f3xi, grupos bifuncionais, etc. As microesferas magn\u00e9ticas de quitosana s\u00e3o modificadas por grupos para atender \u00e0s necessidades de diferentes imobiliza\u00e7\u00f5es. Os m\u00e9todos de prepara\u00e7\u00e3o de enzimas imobilizadas espec\u00edficas s\u00e3o apresentados abaixo por grupos funcionais.<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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1) Enzima imobilizada em microesferas magn\u00e9ticas compostas modificadas com carboxila<\/h3>\r\n\r\n\r\n\r\n

As microesferas magn\u00e9ticas compostas modificadas com carboxila podem ser ligadas covalentemente ao grupo amino da enzima ap\u00f3s serem ativadas pelo acoplamento de carbodiimida em uma solu\u00e7\u00e3o aquosa, imobilizando assim a mol\u00e9cula da enzima nas microesferas magn\u00e9ticas compostas (Figura 3). Zhu Yihua e outros usaram um m\u00e9todo aprimorado de polimeriza\u00e7\u00e3o em suspens\u00e3o para copolimerizar o fluido magn\u00e9tico tratado com estireno e o mon\u00f4mero acrilato de metila por meio do mon\u00f4mero de reticula\u00e7\u00e3o divinilbenzeno e, em seguida, usaram a hidr\u00f3lise alcalina para obter um composto magn\u00e9tico com boa monodispers\u00e3o e grupos carbox\u00edlicos ricos. As microesferas s\u00e3o usadas para imobilizar a lactase ap\u00f3s serem ativadas pelo acoplamento de carbodiimida. A atividade mais alta \u00e9 de cerca de 360 U-g-1<\/sup>e a efici\u00eancia de reticula\u00e7\u00e3o da enzima \u00e9 de aproximadamente 20%.<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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Figura 3 Diagrama esquem\u00e1tico da prepara\u00e7\u00e3o da enzima imobilizada em microesferas magn\u00e9ticas compostas modificadas com carboxila<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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2) Enzima imobilizada em microesferas magn\u00e9ticas compostas modificadas com amino\u00e1cidos<\/h3>\r\n\r\n\r\n\r\n

Depois que as microesferas magn\u00e9ticas compostas modificadas com amino s\u00e3o acopladas a uma quantidade adequada de glutaralde\u00eddo e ativadas, elas podem se ligar covalentemente ao grupo amino da enzima, imobilizando assim as mol\u00e9culas da enzima nas microesferas magn\u00e9ticas (Figura 4). Liu Yu et al. prepararam sucessivamente microesferas magn\u00e9ticas monodispersas de SiO2<\/sub>\u00a0por m\u00e9todo de co-precipita\u00e7\u00e3o qu\u00edmica e m\u00e9todo sol-gel, modificou-as com grupos amino por agente de acoplamento de silano e imobilizou a lacase com glutaralde\u00eddo como agente de liga\u00e7\u00e3o cruzada. Os resultados mostraram que a lacase imobilizada foi mantida a uma temperatura constante de 60 \u2103 por 4 horas e ainda tinha 60,9% de atividade enzim\u00e1tica e, ap\u00f3s 10 ciclos de uso, ainda tinha mais de 55% de atividade enzim\u00e1tica, e sua estabilidade t\u00e9rmica e estabilidade operacional foram obviamente melhoradas.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

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Figura 4 Diagrama esquem\u00e1tico da prepara\u00e7\u00e3o da enzima imobilizada em microesferas magn\u00e9ticas compostas modificadas com amino\u00e1cidos<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

3) Microesferas magn\u00e9ticas compostas modificadas com ep\u00f3xi e enzima imobilizada<\/h3>\r\n\r\n\r\n\r\n

O grupo ep\u00f3xi \u00e9 um grupo extremamente ativo. Ele pode ser diretamente ligado de forma covalente a grupos biol\u00f3gicos sem modifica\u00e7\u00e3o. Portanto, ap\u00f3s a liga\u00e7\u00e3o covalente das microesferas magn\u00e9ticas compostas modificadas com ep\u00f3xi ao grupo amino da enzima para ligar a enzima, as mol\u00e9culas s\u00e3o imobilizadas nas microesferas magn\u00e9ticas (Figura 5). Yong et al. prepararam microesferas magn\u00e9ticas revestidas com \u00e1cido oleico por polimeriza\u00e7\u00e3o em suspens\u00e3o. As microesferas magn\u00e9ticas hidrof\u00edlicas \u00e0 base de ep\u00f3xi obtidas ap\u00f3s a ativa\u00e7\u00e3o com metanol foram usadas para a imobiliza\u00e7\u00e3o da lipase. A taxa de reten\u00e7\u00e3o da atividade enzim\u00e1tica imobilizada \u00e9 de 64,2%, e sua estabilidade foi significativamente melhorada.<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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Figura 5 Diagrama esquem\u00e1tico da prepara\u00e7\u00e3o da enzima imobilizada em microesferas magn\u00e9ticas compostas \u00e0 base de ep\u00f3xi<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

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4) Enzimas imobilizadas em microesferas magn\u00e9ticas compostas modificadas por grupos bifuncionais<\/h3>\r\n\r\n\r\n\r\n
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Nas microesferas magn\u00e9ticas bifuncionais, em primeiro lugar, os grupos carboxila da mol\u00e9cula da enzima e os grupos amino nas microesferas s\u00e3o rapidamente imobilizados no transportador por intera\u00e7\u00e3o i\u00f4nica, e a enzima imobilizada por intera\u00e7\u00e3o i\u00f4nica interage covalentemente com os grupos ep\u00f3xi no transportador por meio de seus grupos sulfidrila e amino. Isso faz com que ela seja fixada ainda mais (como mostrado na Figura 6), que tem as caracter\u00edsticas duplas de fixa\u00e7\u00e3o r\u00e1pida por a\u00e7\u00e3o i\u00f4nica e fixa\u00e7\u00e3o firme por liga\u00e7\u00e3o covalente. Li Xiutao et al. introduziram tr\u00eas escovas de copol\u00edmero rand\u00f4mico na superf\u00edcie de microesferas de \u00e1cido poliacr\u00edlico reticulado com divinilbenzeno com Fe3<\/sub>O4<\/sub>\u00a0dispersas em seu interior e, em seguida, usadas para imobilizar a penicilina G acilase. Os resultados mostram que a atividade e a taxa de recupera\u00e7\u00e3o da atividade enzim\u00e1tica da enzima imobilizada com o grupo ep\u00f3xi e o grupo amino introduzidos ao mesmo tempo s\u00e3o as mais altas, sua cin\u00e9tica de imobiliza\u00e7\u00e3o \u00e9 melhor do que a das microesferas magn\u00e9ticas contendo apenas ep\u00f3xi, e seu valor de pH ideal e estabilidade de temperatura s\u00e3o mais altos do que a enzima livre, e sua atividade enzim\u00e1tica ret\u00e9m 70% ap\u00f3s o uso repetido por 10 vezes.<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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Figura 6 Diagrama esquem\u00e1tico da prepara\u00e7\u00e3o da enzima imobilizada em microesferas magn\u00e9ticas compostas modificadas por grupos bifuncionais<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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Nos \u00faltimos anos, embora os estudiosos tenham usado diferentes materiais para imobilizar a naringinase, como materiais de biopol\u00edmeros naturais, como quitosana, alginato de s\u00f3dio e prote\u00edna de seda, compostos org\u00e2nicos, como resina ep\u00f3xi e \u00e1lcool polivin\u00edlico, carbono ativado e materiais de carbono de \u00f3xido de grafite, como ene, e certos resultados de pesquisa tenham sido obtidos, mas em aplica\u00e7\u00f5es reais de desbaste, h\u00e1 problemas como baixa resist\u00eancia a \u00e1cidos das enzimas imobilizadas, separa\u00e7\u00e3o lenta do suco ou separa\u00e7\u00e3o incompleta, etc. Com rela\u00e7\u00e3o aos problemas acima, o pr\u00f3ximo artigo apresentar\u00e1 um trabalho de pesquisa em detalhes. Nesse trabalho, os pesquisadores usaram um material composto feito de quitosana, Fe3<\/sub>O4<\/sub>\u00a0nanopart\u00edculas e s\u00edlica, e modificou o material composto com grupos ep\u00f3xi e, em seguida, imobilizou a naringinase nele. Este trabalho fornecer\u00e1 a base de dados para estudos adicionais de pesquisas sobre a tecnologia de imobiliza\u00e7\u00e3o da naringinase.<\/h4>\r\n\r\n\r\n\n\n\n

Um checklist pr\u00e1tico de sourcing para temas de enzimas, biotecnologia e ingredientes aliment\u00edcios<\/h2>\n

Em projetos de enzimas e processamento de alimentos, o referencial de decis\u00e3o mais \u00fatil geralmente \u00e9 a adequa\u00e7\u00e3o da aplica\u00e7\u00e3o mais a estabilidade do processo: qual ingrediente funciona sob as condi\u00e7\u00f5es pretendidas de pH, temperatura, tempo e substrato sem criar um problema de qualidade ou conformidade a jusante.<\/p>\n