Method for immobilizing invertase by adsorption on Dowex® anionic exchange resin

O presente trabalho descreve um método de adsorção da invertase (EC. 3.2.1.26) na resina de troca aniônica do tipo Dowex®. Entre os tipos de resinas Dowex® estudados (1x8:50-400; 1x4:50-400 e 1x2:100-400), 1x4-200 foi a mais apropriada devido à completa adsorção das moléculas de invertase e a sua retenção de atividade catalítica de 100% do complexo 1x4-200/invertase. Salienta-se ainda a ausência do desprendimento da enzima do suporte após o término da hidrólise da sacarose.This communication describes a method for adsorbing the invertase (EC.3.2.1.26) on DOWEX® anion exchange resin. Among the types of DOWEX® resins studied (1x8:50-400; 1x4:50-400 and 1x2:100-400), 1X4-200 was the most suitable, because it adsorbed the invertase molecules completely and the complex 1X4-200/invertase retained 100% of the catalytic activity. Moreover, no leakage of enzyme from the support was noted at the end of the sucrose hydrolysis

Inverted sugar syrup attained from sucrose hydrolysis using a membrane reactor

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%, 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%, 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.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP

Invertase, glucose oxidase and catalase for converting sucrose to fructose and gluconic acid through batch and membrane-continuous reactors

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%) 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%, 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)

Invertase, glucose oxidase and catalase for converting sucrose to fructose and gluconic acid through batch and membrane-continuous reactors

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%) 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%, 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)

Immobillzation of invertase on ion exchange resin (Dowex®): its appllcation in sucrose modification

A invertase comercial (Bioinvert®) foi imobilizada por adsorção em resinas aniônicas do tipo Dowex® [1x8:50-400, 1x4:50-400 e 1x2:100-400, todos copolímeros estireno-divinilbenzênicos, porém de granulometria (50-400 mesh) e quantidades de ligações cruzadas diferentes (2-8%)] em meio aquoso. A melhor percentagem de adsorção da invertase nas resinas foi observada em pH 5,5 a 32°C, tendo o complexo Dowex®1x4-200/lnvertase apresentado índice de adsorção e coeficiente de imobilização iguais a 100%. Os parâmetros cinéticos e termodinâmicos foram determinados para a invertase solúvel e insolúvel de Bioinvert® e também para a invertase purificada (Fluka®). O complexo Dowex®1 x4-200/Bioinvert® apresentou-se estável durante as reações sem desprendimento da enzima do suporte. Os parâmetros termodinâmicos da forma solúvel e insolúvel da Fluka® foram idênticos aos do Bioinvert®, no entanto, após a imobilização apresentou uma redução de 28% na sua atividade. O estudo da atividade transferásica de ambas as formas de Bioinvert® em diferentes concentrações de sacarose foram analisadas através da cromatografia de camada delgada. A estabilidade operacional e de estocagem foi também determinada para o complexo Dowex®1x4-200/Bioinvert®.The invertase (trademarked as Bioinvert®) solubilized in deionized water was immobilized by adsorption on anion exchange resins, collectively named Dowex®, [1x8:50-400, 1x4:50-400 and 1x2:100-400, styrene-divinylbenzene copolymers, with different granulometry (50-400mesh) and different degrees of cross-linking (2-8%)]. The best percentage of adsorption of invertase on resins was observed in pH 5.5 at 32°C and the complex Dowex®1x4-200/invertase has shown a coupling yield and an immobilization coefficient equal to 100%. The thermodynamic and kinetic parameters for sucrosehydrolysis for both soluble and insoluble enzyme were evaluated to Bioinvert® and purified invertase purchased from Fluka®. The complex Dowex®/Bioinvert® was stable without any desorption of enzyme from the support during the reaction and having the thermodynamic parameters equal to the soluble formo However, the loss of activity for immobilized Fluka® was found to be 28% when compared to the soluble one. The transfructosylating activity of Bioinvert® in both forms in different concentrations of sucrose was investigated through TLC. In regard to insoluble Bioinvert® its storage and operational stability were also determined

Immobillzation of invertase on ion exchange resin (Dowex®): its appllcation in sucrose modification

A invertase comercial (Bioinvert®) foi imobilizada por adsorção em resinas aniônicas do tipo Dowex® [1x8:50-400, 1x4:50-400 e 1x2:100-400, todos copolímeros estireno-divinilbenzênicos, porém de granulometria (50-400 mesh) e quantidades de ligações cruzadas diferentes (2-8%)] em meio aquoso. A melhor percentagem de adsorção da invertase nas resinas foi observada em pH 5,5 a 32°C, tendo o complexo Dowex®1x4-200/lnvertase apresentado índice de adsorção e coeficiente de imobilização iguais a 100%. Os parâmetros cinéticos e termodinâmicos foram determinados para a invertase solúvel e insolúvel de Bioinvert® e também para a invertase purificada (Fluka®). O complexo Dowex®1 x4-200/Bioinvert® apresentou-se estável durante as reações sem desprendimento da enzima do suporte. Os parâmetros termodinâmicos da forma solúvel e insolúvel da Fluka® foram idênticos aos do Bioinvert®, no entanto, após a imobilização apresentou uma redução de 28% na sua atividade. O estudo da atividade transferásica de ambas as formas de Bioinvert® em diferentes concentrações de sacarose foram analisadas através da cromatografia de camada delgada. A estabilidade operacional e de estocagem foi também determinada para o complexo Dowex®1x4-200/Bioinvert®.The invertase (trademarked as Bioinvert®) solubilized in deionized water was immobilized by adsorption on anion exchange resins, collectively named Dowex®, [1x8:50-400, 1x4:50-400 and 1x2:100-400, styrene-divinylbenzene copolymers, with different granulometry (50-400mesh) and different degrees of cross-linking (2-8%)]. The best percentage of adsorption of invertase on resins was observed in pH 5.5 at 32°C and the complex Dowex®1x4-200/invertase has shown a coupling yield and an immobilization coefficient equal to 100%. The thermodynamic and kinetic parameters for sucrosehydrolysis for both soluble and insoluble enzyme were evaluated to Bioinvert® and purified invertase purchased from Fluka®. The complex Dowex®/Bioinvert® was stable without any desorption of enzyme from the support during the reaction and having the thermodynamic parameters equal to the soluble formo However, the loss of activity for immobilized Fluka® was found to be 28% when compared to the soluble one. The transfructosylating activity of Bioinvert® in both forms in different concentrations of sucrose was investigated through TLC. In regard to insoluble Bioinvert® its storage and operational stability were also determined

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 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

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 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