Purificação, modelagem e simulação da adsorção de bioprodutos por troca iônica em coluna de leito expandido

A produção de proteínas através de microrganismos tornou-se uma técnica muito importante na obtenção de compostos de interesse da indústria farmacêutica e alimentícia. Extratos brutos nos quais as proteínas são obtidas são geralmente complexos, contendo sólidos e células em suspensão. Usualmente, para uso industrial destes compostos, é necessário obtê-los puros, para garantir a sua atuação sem interferência. Um método que vem recebendo destaque especialmente nos últimos 10 anos é o uso da cromatografia de troca iônica em leito expandido, que combina em uma única etapa os passos de clarificação, concentração e purificação da molécula alvo, reduzindo assim o tempo de operação e também os custos com equipamentos para realização de cada etapa em separado. Combinado a este fato, a última década também é marcada por trabalhos que tratam da modelagem matemática do processo de adsorção de proteínas em resinas. Está técnica, além de fornecer informações importantes sobre o processo de adsorção, também é de grande valia na otimização da etapa de adsorção, uma vez que permite que simulações sejam feitas, sem a necessidade de gasto de tempo e material com experimentos em bancada, especialmente se é desejado uma ampliação de escala. Dessa forma, o objetivo desta tese foi realizar a modelagem e simulação do processo de adsorção de bioprodutos em um caldo bruto na presença de células, usando inulinase e C-ficocianina como objeto de estudo e purificar C-ficocianina utilizando resina de troca iônica em leito expandido. A presente tese foi então dividida em quatro artigos. O primeiro artigo teve como objeto de estudo a enzima inulinase, e a otimização da etapa de adsorção desta enzima em resina de troca iônica Streamline SP, em leito expandido, foi feita através da modelagem matemática e simulação das curvas de ruptura em três diferentes graus de expansão (GE). As máximas eficiências foram observadas quando utilizadas maiores concentrações de inulinase (120 a 170 U/mL), e altura de leito entre 20 e 30 cm. O grau de expansão de 3,0 vezes foi considerado o melhor, uma vez que a produtividade foi consideravelmente superior. O segundo artigo apresenta o estudo das condições de adsorção de C-ficocianina em resina de troca iônica, onde foi verificado o efeito do pH e temperatura na adsorção e após construída a isoterma de adsorção. A isoterma de adsorção da C-ficocianina em resina Streamline Q XL feita em pH 7,5 e a 25°C (ambiente), apresentou um bom ajuste ao modelo de Langmuir (R=0,98) e os valores qm (capacidade máxima de adsorção) e Kd (constante de equilíbrio) estimados pela equação linearizada da isoterma, foram de 26,7 mg/mL e 0,067mg/mL. O terceiro artigo aborda a modelagem do processo de adsorção de extrato não clarificado de C-ficocianina em resina de troca iônica Streamline Q XL em coluna de leito expandido. Três curvas de ruptura foram feitas em diferentes graus de expansão (2,0, 2,5 e 3,0). A condição de adsorção de extrato bruto não clarificado de C-ficocianina que se mostrou mais vantajosa, por apresentar maior capacidade de adsorção, é quando se alimenta o extrato até atingir 10% de saturação da resina, em grau de expansão 2,0, com uma altura inicial de leito de 30 cm. O último artigo originado nesta tese foi sobre a purificação de C-ficocianina através da cromatografia de troca iônica em leito expandido. Uma vez que a adsorção já havia sido estudada no artigo 2, o artigo 4 enfoca na otimização das condições de eluição, visando obter um produto com máxima pureza e recuperação. A pureza é dada pela razão entre a absorbância a 620 nm pela absorbância a 280 nm, e dizse que quando C-ficocianina apresenta pureza superior a 0,7 ela pode ser usada em como corante em alimentos. A avaliação das curvas de contorno indicou que a faixa de trabalho deve ser em pH ao redor de 6,5 e volumes de eluição próximos a 150 mL. Tais condições combinadas a uma etapa de pré-eluição com 0,1M de NaCl, permitiu obter C-ficocianina com pureza de 2,9, concentração 3 mg/mL, e recuperação ao redor de 70%.

Ion transport inside charged membranes.

Mode of access: Internet.

As coberturas florestais e a recuperação da fertilidade de solos ferralíticos de Angola

Effects of different forestry covers - “mata de panda” (MP), Pinus patula (PP) Eucalyptus grandis (EG) and Grevillea robusta (GR) - installed between 1965 and 1968 in the Estação Experimental Agrícola da Chianga (Huambo, Angola), on chemical properties of Ferrallitic Soils were assessed up to 30 cm depth, as compared to those observed in nearby conventional agricultural fields. Only the soils of the areas with EG and GR showed a clear improvement in their reaction, content of organic carbon and of extractable non-acid cations and effective cation exchange capacity, usually up to 10 cm depth. The improvement associated with “mata de panda” was less pronounced and that of PP plantations was negligible or nil. The recover capacity of soil fertility may depend on the nature of tree cover as well as on the soil characteristics itself. Results also indicate that the low soil capacity to retain cations exhibited by soils of the Planalto Central of Angola can be increased through both acidity correction and increasing the content of soil organic matter

Physico-chemical characterization of metal-doped bone chars and their adsorption behavior for water defluoridation

New bone chars for fluoride adsorption from drinking water have been synthetized via metallic doping using aluminum and iron salts. A detailed statistical analysis of the metal doping process using the signal-to-noise ratios from Taguchi's experimental designs and its impact on the fluoride adsorption properties of modified bone chars have been performed. The best conditions, including the proper metallic salt, for metal doping were identified to improve the fluoride uptakes of modified bone chars. Results showed that the fluoride adsorption properties of bone chars can be enhanced up to 600% using aluminum sulfate for the surface modification. This aluminum-based adsorbent showed an adsorption capacity of 31 mg/g, which outperformed the fluoride uptakes reported for several adsorbents. Surface interactions involved in the defluoridation process were established using FTIR, DRX and XPS analysis. Defluoridation using the metal-doped bone chars occurred via an ion exchange process between fluoride ions and the hydroxyl groups on the adsorbent surface, whereas the Al(OH)xFy, FexFy, and CaF2 interactions could play also an important role in the removal process. These metal-doped adsorbents anticipate a promising behavior in water treatment, especially in developing countries where the efficiency – cost tradeoff is crucial for implementing new defluoridation technologies.