Имобилизација алфа-амилазе на полианилину и магнетним честицама модификованим полианилином

Abstract

Циљ ове дисертације био је имобилизација α-амилазе на полианилину и магнетним честицама модификованим полианилином методом адсорпције ради добијања вишефункционалног биокатализаторског система погодног за вишекратну хидролизу скроба. Истраживања у оквиру ове тезе могу се поделити у три дела. У првом делу рада извршена је синтеза и карактеризација честица носача и карактеризација α-амилазe из Bacillus licheniformis ензимског препарата Termamyl. Магнетне честице (MAG) синтетисане су копреципитацијом FeCl3 и FeSO4 у базној средини, а затим обложене полианилинском превлаком (MAG-PANI). Честице полианилина (PANI) синтетисане су хемијски на граници фаза двофазног система вода/хлороформ. Испитане су морфолошке особине, магнетна својства, IR спектри, расподела величине честица и зета потенцијала MAG и MAG-PANI. Показано је да су синтетисани агломерати наночестица MAG и MAG-PANI. Површина магнетних честица униформно је пресвучена полианилином влакнасте структуре. Честице MAG карактерише бимодална, а MAG-PANI тримодална расподела величина честица. У другом делу рада извршена је имобилизација ензима α-амилазе на честицaма MAG, MAG-PANI и PANI. Одређени су оптимални услови имобилизације на MAG-PANI: време, почетна концентрација ензима, рН и температура. Испитивањем кинетичких параметара Km и Vm утврђено је да имобилисана α-амилаза на МАG-PANI показује већи афинитет према супстрату него имобилисана α-амилаза на MAG, а нижи афинитет од слободне α-амилазе. Утврђен је Ленгмиров (Langmuir) модел адсорпције α-амилазе на честицама MAG-PANI. У трећем делу рада испитана је стабилност имобилисане α-амилазе, могућност употребе кроз више циклуса као и оперативна стабилност у проточном биореактору са континуалним и повратним током. Утврђена је рН стабилизација α-амилазе имобилизацијом на MAG честицама и померање температурног оптимума имобилизацијом на MAG-PANI. Имобилисана α-амилаза на MAG-PANI задржала је око 55,5% почетне активности након 9 циклуса коришћења и око 80,3% почетне активности након 50 дана чувања. Време полу-живота биокатализатора при континуалним условима рада било је 6,2 h.

The aim of this dissertation is to examine immobilization α-amylase on polyaniline and magnetic particles coated with polyaniline via adsorption in order to obtain a more stable biocatalyst system, with the possibility of repeated use with easy separation from the reaction medium. This thesis can be divided into three parts. In the first part, the synthesis and characterization of the carrier particles was carried out. Magnetic particles (MAG) were synthesized by co-precipitation of FeCl3 and FeSO4 in the base medium. Magnetic particles are coated with a polyaniline (MAG-PANI). Polyaniline particles (PANI) are synthesized chemically at the interface of the water/chloroform system. Morphological, magnetic properties, IR spectrums, particle size distribution and zeta potential of the buffer suspension of the carrier particles were examined. It has been shown that the agglomerates of MAG and MAG-PANI nanoparticles are synthesized. The surface of the magnetic particles is coated uniformly with polyaniline fibrous structure. MAG particles are present in bimodal, and MAG-PANI is a trimodal particle size distribution. In the second part of the work, immobilization of the α-amylase enzymes onto MAG, MAG-PANI and PANI was carried out. The optimal immobilization conditions at MAG-PANI were determined: time, initial concentration of enzymes, pH and temperature. Certain kinetic parameters: Km and Vm immobilized α-amylases show a higher affinity for immobilized α- amylase on MAG-PANI compared to α-amylase immobilized on MAG and lower both of immobilisates than free α-amylase. Langmuir adsorption model of α-amylase was determined for particles MAG-PANI. In the third part of the dissertation, рН, temperature and operational stability of α- amylase immobilized on MAG-PANI particles in recycle packed bed reactor and continuous packed bed reactor without recycling has been studied. Immobilized enzyme particles MAGPANI retained about 55.5% of initial activity after 9 successive use cycles and about 80.3% of initial activity after 50 days. In a bioreactor with a packed bed MAG-PANI-A can be used over several cycles with the increase in the time required for the hydrolysis of the same amount of starch. The half-life of the biocatalyst under continuous working conditions was 6.2 h.