Extração Líquido-Líquido por Sistemas Micelares Reversos (SMR)

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1 Extração Líquido-Líquido por Sistemas Micelares Reversos (SMR)

2 Micela Reversa é a estrutura resultante da estabilização de uma gota de água de tamanho nanométrico por um surfactante, em meio orgânico. Os surfactantes mais amplamente empre- gados são: AOT, CTAB, TOMAC, DTAB, Tween 80, Tweem 20, Triton-X 100 e lecitina de soja. Novos: 1,3-Diacil-glicerol, lecitina fosfolipí- dica com sal de bile e Rhamnolipídeo.

3 Fórmula estrutural da molécula de Di - etil- hexil sulfosuccinato de sódio (AOT).

4 Alguns solventes - Hexano - Iso-octano - Butanol

5 As biomoléculas hidrofílicas são solubili- zadas no núcleo aquoso das MR, cobertas pelo surfactante, o qual protege estas biomo- léculas do contato com o solvente orgânico.

6 Solvente orgânico Biomolécula alvo Moléculas de Surfactante

7 As biomoléculas hidrofílicas são solubili- zadas no núcleo aquoso das MR, cobertas pelo surfactante, o qual protege estas biomo- léculas do contato com o solvente orgânico. Micelas reversas são normalmente menores que as micelas, e o número de agregação é menor que 50. Micelas reversas são compostas por: - Surfactante (< 10%) - Água (1-10%) - Solvente orgânico (80-90%)

8 Vantagens adicionais: - Os sistemas podem ser operados em modo contínuo - Fácil ampliação de escala Propriedades atrativas: - Natureza transparente - Estabilidade termodinâmica - Formação instantânea -Tensão superficial muito baixa (<10 -2 nN/m) - Grande área superficial (10-100 m 2 /cm 3 ) - Viscosidade equivalente ao solvente orgâ- nico puro

9 Métodos para incorporar a biomoléculas às micelas reversas: (i) – injeção da solução aquosa concentrada de biomoléculas (ii) – Adição da biomolécula liofilizada à “solução” de micelas reversas (iii) – Transferência de fases entre as fases aquosa e orgânica (mistura) O terceiro método se dá em 2 etapas: - Extração (contato entre as fases) - Re-extração (contato da FOMR com nova fase aquosa, chamada solução de extração)

10 Fase Polar (aquosa ) Fase Apolar (solvente orgânico) Biomolécula-alvo Tensoativo Contaminante MECANISMO DE ENGLOBAMENTO DE BIOMOLÉCULAS POR MICELA REVERSA Tensoativo e Biomolécula-alvo Cargas Opostas

11 Fase Micelar Reversa (micelas reversas + biomoléculas encapsuladas) Extração Líquido-Líquido em SMR - Etapa de Reextração Nova Fase Micelar Reversa (micelas vazias) Nova Fase Aquosa (↑ força iônica)

12 Fatores que afetam a extração: (i) – pH da fase aquosa (ii) – tipo de solvente orgânico (iii) – tipo e concentração do surfactante (iv) – adição de surfactante não iônico (v) – adição de co-solvente/co-surfactante (vi) – tipo e concentração do sal Fatores que afetam a re-extração : - pH da solução de extração -Tipo e concent. do sal da sol. de extração -Adição de álcoois -Outros

13 Efeito dos parâmetros do processo (i) – Tempo de contato entre as fases e temperatura de operação (ii) – Razão de volume (parâmetro crítico para extração e concentração de proteínas) (iii) – Tamanho e forma das micelas reversas* (iv) – Incorporação de nanopartículas * Correlação entre raio micelar (R m ) e concentração de água (W o ) (R m = k. W o )

14 SISTEMAS MICELARES REVERSOS CONCENTRAÇÃO DE ÁGUA x TENSOATIVO Extração Líquido-Líquido em Sistemas Micelares Reversos (SMR) Biomolé- culas Núcleo aquoso

15 EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO DE XILANASE de Penicillium janthinellum POR MICELAS REVERSAS Melhores Condições de Extração pH = 6,3 AOT = 0,57 M T = 36,8 o C Raio micelar = 3,7 nm  Maior que  da Enzima (54 kDa) AOT  aniônico (-) pH 6,3 > pI 4,2 (+) 2.9 4.6 6.3 8.1 9.8 46.8 41.8 36.8 31.8 26.8

16 EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO DE XILOSE REDUTASE E XILITOL DESIDROGENASE POR MICELAS REVERSAS FP= A FE A In Rendimentos XD = 97% XR = 106% XiloseXilitolXilulose XRXD NADPH NADP + NADP + NADPH ou NADH NAD + ou NAD + NADH CTABButanol Fase IFase II

17 EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO DE XILOSE REDUTASE E XILITOL DESIDROGENASE POR MICELAS REVERSAS Rendimentos XD = 97% - Fase Aquosa XR = 106% - Fase Micelar Reversa CTAB – tensoativo catiônico (  ) pH extração = 7,0 pI XR = 4,1  pH > pI XR  negativa pI XD = 7,0 pI = pH extração positiva = negativa XR Fase Aquosa Fase Micelar Reversa XD Forte atração Fraca atração Maior atração eletrostática 87 kDa 36 kDa Excluída pelo tamanho XD

18 Perspectivas futuras Uso de biosurfactantes para a extração por MR * diminuir custo e tornar a técnica mais atrativa ambientalmente – Biosurfactantes têm vantagens sobre os surfactantes sintetizados quimicamente: (i) – maior seletividade e melhores propriedades de espuma (ii) – são ativos em maior faixa de pH e em extremos de temperatura e de salinidade (iii) – podem ser produzidos a partir de resíduos industriais