Modelagem da hidrólise total multi-enzimática de substratos pécticos pelo Método de Monte Carlo

Abstract

Resumo: O interesse em biorrefinarias para o processamento de resíduos cítricos tem aumentado nos últimos anos. Um dos produtos dessa biorrefinaria é o ácido Dgalacturônico que é obtido a partir da hidrólise multi-enzimática da pectina. O ácido D-galacturônico pode ser usado como reagente base para diversos outros produtos de interesse comercial como o ácido L-ascórbico. Um modelo matemático capaz de descrever a ação de um sistema multienzimático nos substratos da biorrefinaria de polpa cítrica seria de grande interesse pois permitiria a otimização dos processos que envolvem essa biorrefinaria. Atualmente existem alguns modelos que descrevem a hidrólise enzimática de substratos pécticos por uma única enzima, mas não existe nenhum modelo que descreva uma hidrólise multi-enzimática e que possa ser diretamente aplicada a hidrólise da pectina e seus derivados. O presente trabalho desenvolve um modelo estocástico, baseado no método de Monte Carlo, para descrever a ação de um sistema multi-enzimático, contendo endopoligalacturonases, exopoligalacturonases e esterases, na hidrólise total dos ácidos poligalacturônico, oligogalacturônico e da homogalacturonana visando produzir o ácido D-galacturônico, com enfoque em determinar a velocidade relativa entre as enzimas. Também é analisado o efeito que diferentes proporções das enzimas causam nos perfis de hidrólise. Este trabalho apresenta uma maneira mais correta de representar a velocidade relativa entre enzimas do que os trabalhos encontrados atualmente na literatura. Palavras-chave: sistema multi-enzimático, modelo estocástico, pectina, ácido D-galacturônico.

Abstract: The interest in citrus waste biorefineries has been increasing recently. One of the products that originate from this biorefinery is the D-galacturonic acid that comes from the hydrolysis of the extracted pectin using a multi-enzyme system as the catalyst. The D-galacturonic acid can be used as a platform chemical for the production of several compounds of commercial interest like L-ascorbic acid. A mathematical model capable of describing the enzymatic actions of a multienzyme system on the biorefinery substrates, such as polygalacturonic acid, would be of great interest in the process optimization of such a biorefinery. Currently there are a few works that describe the enzymatic hydrolysis of pectin and pectin like substrates, but there is no work that studies the action patterns of multi-enzyme systems and can be directly applied on the hydrolysis of the pectin and its substrates. This current work develops a stochastic model, based on the Monte Carlo method to describe the action of a pool of enzymes, containing endopolygalacturonases, exopolygalacturonases and esterases during the complete hydrolysis of oligogalacturonates, polygalacturonates and homogalacturonan aiming to produce D-galacturonic acid, focusing mostly on determining which enzyme will act on given reaction step. This work also observes the effects that different ratios in the enzymatic pool can have in the reactions. This work introduces a better way to represent de relative velocities between enzymes in comparison with the works found in the present literature. Keywords: multi-enzyme system, stochastic model, pectin, D-galacturonic acid.