Naslov (srp)

Imobilisane proteaze i peroksidaze na magnetnim mikronskim i submikronskim česticama obloženim alginatom kao biokatalizatori za hidrolizu proteina i razgradnju antrahinonskih boja iz otpadnih voda : doktorska disertacija

Autor

Jonović, Marko,

Doprinosi

Milašinović, Nikola, 1980-
Knežević-Jugović, Zorica, 1969-
Bugarski, Branko, 1957-
Jakovetić-Tanasković, Sonja, 1984-
Žuža Praštalo, Milena, 1980-
Đorđević, Verica B., 1976-

Opis (srp)

Predmet naučnog istraživanja doktorske disertacije je imobilizacija dva industrijski važna enzima, proteaze iz Bacillus licheniformis (komercijalni naziv alkalaza) i peroksidaze iz rena, kao i njihova primena u hidrolizi proteina i uklanjanju zagađujućih materija, kao što su fenoli i sintetičke boje, iz otpadnih voda. Fokus je na razvoju tehnika za dobijanje hidro-gel čestica na bazi alginata i alginat/magnetita, kao i tehnika imobilizacije enzima koje bi omogućila dobijanje biokatalizatora sa unapređenim katalitičkim svojstvima. Enzimska hidroliza proteina i oksido-redukcija antrahinonskih boja katalizovane enzimima iz različi-tih grupa, odabrane su kao dve model reakcije za ispitivanje katalitičkih svojstava imobili-sanih biokatalizatora, zbog komercijalne važnosti u industriji hrane i u procesima tretiranja otpadnih voda iz tekstilne industrije.Razvojem imobilisanih enzima omogućena je primena enzima i u onim oblastima kada je primena slobodnog enzima ograničena zbog male stabilnosti usled degradacije au-tokatalizom, kao kod proteaza u slučaju hidrolize proteina, ili usled inhibicije supstratom u višku, kao kod peroksidaza za razgradnju antrahinonskih boja u prisustvu vodonik-perok-sida. Imobilizacijom enzima mogu se dobiti stabilni biokatalizatori koji se mogu izdvojiti iz reakcione smeše po završetku reakcije filtracijom ili centrifugiranjem i koristiti više puta u šaržnim ili u toku dužeg vremenskog perioda u kontinualnim procesima. Jedan od najvaž-nijih faktora imobilizacije enzima je izbor i dizajn nosača za imobilizaciju, jer fizičke i hemij-ske karakteristike nosača u velikoj meri određuju aktivnost imobilisanog enzima.Neorganski nosači poput oksida gvožđa mogu imati prednosti u poređenju sa dru-gim materijalima zbog velike termičke i mehaničke otpornosti, smanjene mikrobiološke kontaminacije i magnetnih svojstava što je, naročito, značajno kod imobilisanih enzima, gde se kao osnovna prednost u odnosu na nativne enzime ističe olakšana separacija iz reakcione smeše i njihova ponovna upotreba. Međutim, zbog malog broja funkcionalnih grupa na o-vim neorganskim nosačima ne može se vezati dovoljna količina enzima, niti nagraditi po-voljno mikrookruženje za enzim, što bi dovelo do unapređenja njegovih katalitičkih svoj-stava. Zato se oblaganjem magnetnih čestica dodatnom prevlakom od nekog organskog po-limera sa većim brojem funkcionalnih grupa, kao što je alginat, potencijalno može vezati veća količina enzima i postići poboljšano vezivanje. U ovoj disertaciji ispitana je mogućnost korišćenja alginatnih čestica i magnetnih nanočestica obloženih alginatom kao nosača za imobilizaciju alkalaze i peroksidaze iz rena.Veliku mogućnost primene za dobijanje čestica malih prečnika uniformnih veličina u industrijskim razmerama ima tehnika dobijanja čestica pod uticajem električnog polja, koja se u literaturi često naziva elektrostatička ekstruzija i koja se zasniva na primeni e-lektrostatičke sile na suspenziju polimera i biokatalizatora koja se pojavljuje na vrhu igle u vidu kapi, pri čemu dolazi do razbijanja kapi na više naelektrisanih sitnih kapljica. Ova tehnika je dosta proučena za imobilizaciju različitih biokatalizatora. U ovoj disertaciji pored elektrostatičke ekstruzije ispitan je i novi postupak za dobijanje alginatnih submikronskih čestica koji se zasniva na kombinovanju ultrazvučnog raspršivanja, sušenja toplim vazdu-hom i želiranja u koloni sa okvašenim zidovima. Naime, alginatne čestice su dobijene me-todom ultrazvučnog raspršivanja rastvora alginata, pri čemu vazduh koji nosi raspršene čestice polimera-aerosola u zavisnosti od temperature i nezasićenosti, u manjoj ili većoj meripodstiče isparavanje vode iz njih i na taj način im smanjuje veličinu, a tako dobijene nano-čestice zatim geliraju u koloni sa okvašenim zidovima. Ovako dobijene nanočestice ko-rišćene su kao nosači za imobilizaciju alkalaze i peroksidaze iz rena i njihova katalitička svojstva smo uporedili sa imobilisanim sistemima sa česticama dobijenim elektrostatičkom ekstruzijom. Čestice najboljih karakteristika (dimenzije, sferičnosti, raspodele veličina, mag-netnih svojstva, odnosa magnetita i alginata) korišćene su za imobilizaciju enzima.Optimizacija kovalentne imobilizacije enzima alkalaze na alginatne čestice i magne-tit/alginatne čestice dobijene elektrostatičkom ekstruzijom i ultrazvučnim raspršivanjem predstavlja drugu fazu eksperimenata. Ispitivan je uticaj uslova imobilizacije poput vred-nosti pH, molariteta TRIS pufera, količine dodate alkalaze, načina hemijske aktivacije funk-cionalnih grupa čestica i količine hemijskog agensa za aktivaciju, kao i samog vremena kon-takta enzima sa aktiviranim česticama na aktivnost, masu vezanog enzima i prinos aktivno-sti.

Opis (srp)

Tehnološko inženjerstvo - Hemijsko inženjerstvo / Technological Engineering- Chemical Engineering Datum odbrane: 06.06.2024.

Opis (eng)

The subject of the scientific research of the doctoral dissertation is the immobilization of two industrially important enzymes, protease from Bacillus licheniformis (commercial name alkalase) and peroxidase from horseradish, as well as their application in protein hy-drolysis and removal of pollutants, such as phenols and synthetic dyes, from wastewater. The focus is on the development of techniques for obtaining hydrogel particles based on alginate and alginate/magnetite, as well as enzyme immobilization techniques that would enable obtaining biocatalysts with improved catalytic properties. Enzymatic hydrolysis of proteins and oxido-reduction of anthraquinone dyes catalyzed by enzymes from diverse groups we have chosen as two model reactions for evaluating the catalytic properties of immobilized biocatalysts, due to their industrial importance in the food industry and in the processes of treating wastewater from the textile industry.The development of immobilized enzymes enabled the application of enzymes in those areas where the application of free enzymes is limited due to low stability due to deg-radation by autocatalysis, as in the case of proteases in the case of protein hydrolysis, or due to inhibition by excess substrate, as in the case of peroxidases for the degradation of anthra-quinone dyes in the presence of hydrogen- peroxide. By immobilizing enzymes, we could obtain stable biocatalysts, which we separated from the reaction mixture after the end of the reaction by filtration or centrifugation and use repeatedly in batches or over a longer period in continuous processes. One of the most crucial factors in enzyme immobilization is the choice and design of the immobilization support, because the physical and chemical char-acteristics of the support determine the activity of the immobilized enzyme.Inorganic supports such as iron oxide can have advantages compared to other mate-rials due to high thermal and mechanical resistance, reduced microbiological contamination and magnetic properties, which is especially important for immobilized enzymes, where the main advantage compared to native enzymes has eased separation from reaction mix-tures and their reuse. However, due to the small number of functional groups on these in-organic supports, enough enzyme cannot be bound, nor can we reward a favorable micro-environment for the enzyme coupling, which would lead to the improvement of its catalytic properties. Therefore, by coating the magnetic particles with an additional coating of an organic polymer with a larger number of functional groups, such as alginate, a larger num-ber of enzymes can potentially be bound, and we could achieve improved binding. In this dissertation, we examined the possibility of using alginate particles and magnetic particles coated with alginate as carriers for the immobilization of alkalase and horseradish peroxi-dase.The technique of obtaining particles under the influence of an electric field, which in the literature is often called electrostatic extrusion and which is based on the application of an electrostatic force to a suspension of polymers and biocatalysts that appears on the tip of a needle, in the form of drops, during which the drop splits into several small charged drop-lets, has a great possibility of application for obtaining particles with small diameters of uniform sizes on an industrial scale. Researchers have been extensively using this technique for the immobilization of various biocatalysts. However, this dissertation examined a new procedure for obtaining alginate submicron particles, which is based on a combination of ultrasonic dispersal, drying with hot air and gelling in a column with wetted walls. Namely,we obtained alginate particles by the method of ultrasonic dispersion of alginate solution, whereby the air carrying the dispersed polymer-aerosol particles, depending on the tem-perature and unsaturation, to a greater or lesser extent encourages the evaporation of water from them and thus reduced their size, and thus obtained the nanoparticles gel in a column with wetted walls. We assessed the nanoparticles obtained in this way as carriers for the immobilization of alkalase and horseradish peroxidase and their catalytic properties with the immobilized systems with beads obtained by electrostatic extrusion. We used beads with the best characteristics (dimensions, sphericity, size distribution, magnetic properties, magnetite-alginate ratio) for enzyme immobilization.Optimization of covalent immobilization of alkalase enzyme on alginate particles and magnetite/alginate particles obtained by electrostatic extrusion and ultrasonic spraying represents the second phase of the experiments. We have investigated the influence of im-mobilization conditions such as pH value, TRIS buffer molarity, amount of added alkalase, method of chemical activation of functional groups of particles and amount of chemical agent for activation, as well as the contact time of the enzyme with activated particles on activity, mass of bound enzyme and yield of activity.

Jezik

srpski

Datum

2024

Licenca

Ovo delo je licencirano pod uslovima licence
Creative Commons CC BY-NC-ND 3.0 AT - Creative Commons Autorstvo - Nekomercijalno - Bez prerada 3.0 Austria License.

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/at/legalcode

Predmet

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Hemijsko inženjerstvo

Alkalase, horseradish peroxidase, immobilization, alginate, magnetite, protein hydrolysis, soy, egg white, wastewater, anthraquinone dyes

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Hemijsko inženjerstvo

Alkalaza, peroksidaza iz rena, imobilizacija, alginat, magnetit, hidroliza pro-teina, soja, belance, otpadne vode, antrahinonske boje