Avaliação da técnica de eletrodiálise para a separação de ácido lactobiônico produzido por via biotecnológica
Abstract
As enzimas glicose-frutose oxidorredutase (GFOR) e glicono-d-lactonase (GL), presentes em células da bactéria Zymomonas mobilis, têm a capacidade de catalisar a formação de ácido lactobiônico (AL), ou seus sais, e sorbitol utilizando lactose e frutose como substratos. O AL e o lactobionato de sódio têm importantes aplicações na área médica e na indústria de cosméticos. As enzimas GFOR e GL apresentam suas maiores atividades em pH 6,4, por esta razão, durante a produção do AL há a necessidade de corrigir o pH do meio a fim de mantê-lo em torno deste valor. A separação do ácido lactobiônico por eletrodiálise é possível, uma vez que esta substância é o único componente iônico da bioconversão. O processo de remoção do AL durante o processo de formação pode ser vantajoso, pois tornaria desnecessária a adição de base ao meio reacional, além de otimizar e desonerar o processo de purificação. Este trabalho teve como objetivo avaliar a viabilidade da utilização da técnica de eletrodiálise (ED) como alternativa para separação do ácido lactobiônico de soluções contendo lactose, frutose e sorbitol, provenientes de processo biotecnológico catalisado pela enzimas GFOR e GL de Z. mobilis. Foram utilizadas membranas Ionicsâ aniônica AR204-SZRA e catiônica CR67-HMP com 11cm² de área permeante. Os ensaios foram realizados em um sistema de ED de três compartimentos de 120mL de volume cada. No compartimento intermediário foi alimentada a solução ou o meio de bioconversão contendo o ácido lactobiônico, enquanto os compartimentos anódico e catódico continham solução de NaCl (20g.L-1). A passagem dos eletrólitos através das membranas foi acompanhada indiretamente pela medida da condutividade elétrica e, também, pela concentração de AL e das demais substâncias presentes no meio de bioconversão, as quais foram determinadas por cromatografia em fase líquida (HPLC). Com densidade de corrente elétrica constante, a diferença de potencial (ddp) elétrica aplicada variava ao longo do tempo. Deste modo, a fim de evitar um aumento excessivo da ddp e um conseqüente aumento na resistência elétrica do sistema, que poderia ocasionar uma polarização por concentração, optou-se por operar o sistema com diferença de potencial constante. A melhor condição foi determinada pela variação da ddp (5, 15, 30 e 60V) ao longo do tempo, para diferentes concentrações de ácido lactobiônico (1, 5, 10, 20 e 30g.L-1). A partir dos resultados percentuais de recuperação de AL, da velocidade máxima de redução da condutividade e da resistência aparente do sistema, a melhor ddp para operação do sistema de ED foi determinada em 15V. Nesta condição, a recuperação de ácido lactobiônico cristalizado com solvente orgânico (ALC), utilizado como padrão, presente na concentração de 20g.L-1, foi de 38,7% em 250min de ensaio. Quando comparada a uma solução padrão contendo todos os componentes presentes na bioconversão (lactose, frutose e sorbitol) a recuperação foi afetada pela presença das substâncias não iônicas e a eficiência de recuperação de ALC decresceu para 16,2%. O mesmo comportamento foi observado quando o teste foi realizado com um meio de bioconversão real diluído e previamente submetido a tratamento de microfiltração para remoção de impurezas, em que a recuperação foi de 14%. Apesar da eficiência relativamente baixa, em razão das limitações do sistema de ED utilizado, os resultados na permeação do ácido lactobiônico podem ser considerados satisfatórios. Maiores eficiências de recuperação poderiam ser obtidas com o aumento da área permeante, seja aumentando a área de membrana ou o número de compartimentos do sistema de eletrodiálise. Os resultados sugerem que a recuperação de ácido lactobiônico por eletrodiálise, simultaneamente ao processo biotecnológico de produção, pode ser viável uma vez que o custo envolvido com a aplicação desta técnica é justificado pelo alto valor agregado do produto.