Studio di enzimi immobilizzati per la valorizzazione di acidi carbossilici = Study of immobilized enzymes for the enhancement of carboxylic acids

In questo lavoro, è stata proposta una nuova strategia basata sulla catalisi enzimatica con l’utilizzo di due enzimi in cascata per la conversione degli acidi carbossilici ad alcol. Nella prima fase della reazione, gli acidi carbossilici vengono ridotti ad aldeidi, utilizzando l'enzima aldeide deidrogenasi (AldDH), e quindi le aldeidi ad alcoli, utilizzando l'enzima alcol deidrogenasi (ADH). L'uso in serie con l'enzima ADH potrebbe spostare la reazione verso destra, in quanto le aldeidi prodotte verrebbero immediatamente convertite in alcoli. È stato scelto il legame covalente con gruppi aldeidici o amminici. Si è scelto di testare sia la silice mesoporosa sia la zeolite naturale. 3 tipi di silice e una zeolite naturale sono stati caratterizzati con microscopia elettronica a scansione di emissione di campo (FESEM) e fisisorbimento di N2 a -196 °C e testati come supporti di immobilizzazione per gli enzimi AldDH e ADH. In particolare, una silice mesoporosa a struttura esagonale (MSU-H), due silici mesoporose con struttura mesocellulare a schiuma (MSU-F e MCF0,75) e una zeolite con struttura lamellare. È stato scelto il miglior supporto per ogni enzima utilizzato, valutando l'attività enzimatica e la resa di immobilizzazione. Per il biocatalizzatore più promettente, è stata valutata l'attività al variare del pH e della temperatura, confrontandola con quella degli enzimi liberi. È stato osservato che l'enzima immobilizzato risulta essere relativamente più attivo in condizioni anche diverse da quelle ottimali, sia in termini di temperatura che di pH. La stabilità termica è stata valutata incubando l'enzima libero e immobilizzato a 50 °C e valutando l'attività residua in tempi diversi. Dimostrando che questi tipi di supporti sono adatti per questi enzimi e l'immobilizzazione consente di ottenere un elevato fattore di stabilità. Successivamente sono state effettuate le due reazioni di riduzione. Per valutare la conversione, è stata misurata la diminuzione dell'assorbanza di NADH nel tempo utilizzando uno spettrofotometro UV-VIS. L'effettiva produzione di propionaldeide utilizzando il primo enzima e di propanolo utilizzando il secondo enzima è stata ricavata tramite GC-MS con spazio di testa. Sono stati svolti anche dei test con la presenza contemporanea di entrambi gli enzimi nel batch di reazione per andare a studiare se e come venissero migliorate le prestazioni dei singoli enzimi. Infine, è stato effettuato un test di riutilizzo, valutando l'attività residua dopo diversi cicli di reazione. I risultati migliori si sono ottenuti con i supporti MSU-H e MSU-F, arrivando ad una resa d’immobilizzazione superiore al 50% e a delle attività specifiche inferiori al 30%. Dai valori ricavati si dimostra come l’immobilizzazione conferisca una maggiore stabilità termica, incrementa la temperatura e il pH ottimale e un più ampio range di temperatura e pH in cui possono lavorare gli enzimi rispetto alla loro forma libera. Dalle prove di conversione si sono ottenuti ottimi risultati per quanto riguarda ADH raggiungendo una resa di conversione pari al 14% su MSU-H, per quanto riguarda invece AldDH e la reazione in cascata si sono ottenuti risultati bassi a causa della scarsa attività dell’enzima AldDH. Infine sono state svolte delle prove di riutilizzo per gli enzimi ADH e AldDH immobilizzati su MSU-H, valutando l’attività residua al termine del ciclo e confrontandola con quella iniziale, ottenendo valori tra il 20 e il 25% per rispettivamente per AldDH e ADH dopo 5 cicli di reazione.