Catálisis enzimática aplicada a la obtención sostenible de derivados de almidón y celulosa de interés en el área de materiales

M.L. FORESTI; F.L. ALLEVATTO; M.P. WILLIAMS; S.R. MORCELLE; A. VAZQUEZ

La Plata

Encuentro; V Encuentro Regional de Biocatálisis y Biotransformaciones; 2012

SAByB

Las enzimas son catalizadores biológicos reconocidos por su alta actividad,  selectividad, biodegradabilidad y operación eficiente bajo condiciones moderadas de temperatura y presión. Si bien la catálisis enzimática aplicada a procesos con sustratos en fase líquida ha registrado gran interés en las últimas décadas, la acción de las enzimas frente a macromoléculas en fase sólida ha sido menos estudiada. En el presente trabajo se presentan resultados del uso de catálisis enzimática aplicada a la obtención sostenible de derivados de celulosa y almidón de interés en el área de los materiales. Se estudió en primera instancia la factibilidad de utilizar enzimas específicas para la obtención sostenible de nanocelulosa, un producto de alto valor agregado por sus atractivas propiedades mecánicas, alta reactividad, baja densidad y biodegradabilidad. Las nanofibras de celulosa encuentran aplicación como refuerzo de materiales compuestos, membranas acústicas, papeles de alta resistencia, y en materiales biomédicos. Actualmente las nanofibras de celulosa de distinta relación de aspecto se obtienen mediante homogenización a alta presión con muy elevada demanda energética, o bien mediante hidrólisis con ácido sulfúrico concentrado y en caliente. Esto lleva a que si bien se obtiene un producto “verde” a partir de una materia prima “verde”, el proceso no lo es. La Figura 1 muestra los nanowhiskers de celulosa con diámetros en el orden de 20-30nm obtenidos en nuestro laboratorio mediante el uso de endoglucanasas, enzimas reconocidas por hidrolizar selectivamente las regiones amorfas de la celulosa. Con el fin de reducir la hidrofilicidad de las nanofibras y mejorar así su potencial aplicación como material de refuerzo de matrices hidrofóbicas, se estudió también la capacidad de diversas lipasas (Araujia Hortorum, Thermomyces lanuginosa, Candida antarctica B) para esterificar la superficie de las nanofibras, con resultados promisorios en el caso de CALB. En cuanto a la obtención de derivados de almidón, se estudió la capacidad de las a-amilasas para obtener micro y nanopartículas de alta cristalinidad para su potencial uso como refuerzo de materiales. La Figura 2 ilustra la acción preferencial de las a-amilasas sobre los anillos amorfos de los gránulos de almidón.