Polymer-enzyme catalyst systems for the hydrolysis of cellulose

Immobilizacja enzymów stosowanych w przemyśle oraz w syntezie biopaliw na polimerowych nośnikach w znaczący sposób usprawnia i obniża koszty hydrolizy polisacharydów. Badaniami objęto nośniki oparte na usieciowanym N-winyloformamidzie (NVF) syntezowane w reakcji rodnikowej polimeryzacji suspensyjnej z N,N’-metylenobisakrylamidem (NMBA) lub opcjonalnie z dimetakrylanem etylenoglikolu (EGDMA). Opracowano optymalne parametry procesu kopolimeryzacji NVF/NMBA oraz NVF/EGDMA w odwróconej suspensji dającego sferyczne ziarna polimeru o niskim współczynniku pęcznienia w wodzie. Wykazano, że najefektywniejszym medium w tym procesie jest olej silikonowy. Otrzymano 16 polimerowych nośników, z których 6 o najkorzystniejszych parametrach fizykochemicznych wykorzystano do immobilizacji mieszaniny enzymów z grupy karbohydraz o handlowej nazwie Viskozyme L® (Sigma-Aldrich) i zastosowano w testowych reakcjach hydrolizy celulozy mikrokrystalicznej i w reakcji hydrolizy ścieru drzewnego, jako procesu o znaczeniu aplikacyjnym. Immobilizację enzymów prowadzono zarówno za pośrednictwem aldehydu glutarowego, jak również bez jego udziału. Morfologię nośników oznaczano na podstawie zdjęć mikroskopowych. Fizykochemiczne metody charakteryzacji otrzymanych układów katalitycznych polimer-nośnik obejmowały analizę elementarną CHN, spektroskopię FTIR oraz spektroskopię ramanowską. Wykazano, że reaktywne grupy formamidowe nie zapewniają trwałego wiązania nośnik-aldehyd glutarowy-enzym, stąd testy katalityczne wykazały mniejszą aktywność enzymu immobilizowanego niż enzymu natywnego.

Immobilization of enzymes for applied in industry and in the synthesis of biofuels on polymeric carriers significantly reduces the costs and improves the hydrolysis of polysacharides. The study involved carriers based on crosslinked N-vinylformamide (NVF) synthesized in reaction of free radical suspension polymerization with N, N'-methylenebisacrylamide (NMBA), optionally with ethylene glycol dimethacrylate (EGDMA).Developed optimum parameters of copolymerization reactions NVF / NMBA and NVF / EGDMA in inverse suspension, which giving spherical polymer grains with a low coefficient of swelling in water. It has been shown that the most effective media in this process is a silicone oil. Six carriers of the most preferred physico-chemical parameters were used for the immobilization of the enzyme mixture from the group of carbohydrases under the trade name Viskozyme L ® (Sigma-Aldrich) and used in the test reactions of hydrolysis microcrystalline cellulose and hydrolysis of wood pulp. Immobilization of enzyme was carried out both by means of glutaraldehyde, as well as without its participation. The morphology of carriers were determined based on microscopic images. Physico-chemical characterization methods obtained catalyst systems include CHN elemental analysis, FT-IR spectroscopy and Raman spectroscopy. It has been shown that reactive formamide groups do not provide a durable binding carrier-glutaraldehyde-enzyme, hence the catalytic tests showed less than the immobilized enzyme activity of native enzyme.