BIOCATALISADOR + BIOCOMBUSTÍVEL: UMA SINERGIA AMBIENTALMENTE AMIGÁVEL

É de conhecimento da sociedade que o setor petroquímico é uma das principais fontes causadoras de danos ambientais, uma vez que a queima de combustíveis derivados do petróleo atenuam problemas como o efeito estufa e o aquecimento global, por exemplo.

Por isso, há algumas décadas a sociedade vem buscando alternativas para minimizar esses problemas ambientais e os biocombustíveis são (e serão) peças fundamentais nesse jogo. O diesel, por exemplo, vem sendo substituído pelo biodiesel: um combustível renovável produzido, principalmente, a partir de óleos vegetais e residuais.

Nesse cenário, o processo de transesterificação tem se apresentado como uma excelente opção para a produção de biodiesel, visto que o processo é relativamente simples, obtendo o biocombustível com propriedades similares ao diesel de petróleo.

Sob essa óptica, pesquisadores da Universidade de Brasília desenvolveram um biocatalisador enzimático para reação de transesterificação no qual as enzimas são imobilizadas em um suporte de micropartículas de terpolímeros.

MICROPARTÍCULAS POLIMÉRICAS COMO SUPORTE PARA IMOBILIZAÇÃO DE ENZIMAS PARA REAÇÕES DE TRANSESTERIFICAÇÃO

A presente tecnologia situa-se no campo da química aplicada e descreve a síntese de materiais poliméricos microparticulados e multifuncionais, de morfologia esférica, obtidos a partir da polimerização dos monômeros vinílicos metacrilato de metila, pivalato de vinila e metacrilato de glicidila.

Essas partículas terpoliméricas porosas produzidas podem ser utilizadas para a imobilização de enzimas e, posteriormente, aplicadas como catalisadores heterogêneos em reação de transesterificação de óleos vegetais para a produção de biodiesel, representando uma interessante alternativa no cenário dos combustíveis alternativos

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VANTAGENS

• Superfície porosa com grande área superficial, composta por micropartículas de morfologia esférica podendo conter superfícies lisas ou porosas, beneficiando a imobilização de enzimas;
• Micropartículas porosas multifuncionais e resistentes à ação de solventes;
• Suportes poliméricos com estabilidade térmica e resistência química e mecânica.

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NOVO MARCADOR FLUORESCENTE SELETIVO DE LIPÍDEOS PARA O ESTUDO DE CÉLULAS E ORGANISMOS

Os avanços científicos de áreas da biologia relacionadas ao estudo das células e tecidos muitas vezes demandam reagentes de alta especificidade e qualidade, como, por exemplo, marcadores fluorescentes de estruturas celulares. Essas substâncias se acoplam às estruturas celulares específicas para que seja possível localizá-las, observá-las e compará-las durante a realização de microscopia de fluorescência.

No entanto, os marcadores fluorescentes atualmente disponíveis no mercado apresentam diversas desvantagens, como: rápido decaimento da emissão de luz, baixa solubilidade em água, alta toxicidade, instabilidade, amplos espectros de emissão, necessidade de baixíssima temperatura de armazenamento e baixa vida útil.

Em busca de melhores fluoróforos que superem esses desafios, pesquisadores da Universidade de Brasília desenvolveram um composto fluorescente inovador específico para a marcação de lipídeos em células vivas ou fixadas.

MARCADOR FLUORESCENTE MULTIFUNCIONAL

A presente invenção trata-se de um marcador fluorescente de lipídeos eficiente na localização e quantificação de lipídeos intracelulares, podendo ser aplicado não apenas em análises celulares laboratoriais, como também nas indústrias alimentícia e biotecnológica de combustíveis, visto que pode ser utilizado na quantificação de lipídeos em microrganismos selvagens ou geneticamente modificados.

VANTAGENS

• Eficiência: Especificidade para lipídeos;
• Aplicabilidade: Aplicação nas indústrias alimentícia e de biocombustíveis, além de uso em pesquisas científicas;
• Adaptabilidade: Facilidade na modificação, de acordo com o interesse de aplicação;
• Resistência: Elevada fotoestabilidade, evitando degradação quando exposto à luz;
• Qualidade: Boa relação sinal-ruído;
• Sustentabilidade: Menor utilização de laser, evitando o aquecimento da amostra, prevenindo mudanças morfológicas e o estresse oxidativo dos sistemas biológicos, além de possibilitar a obtenção de imagens de alta qualidade;
• Prática: Possibilidade de ser estocado em temperatura ambiente;
• Compatibilidade: Solúvel em água;
• Versatilidade: Utilizável tanto in vitro como in vivo.

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PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTÍVEIS E COMPOSTOS COM VALOR AGREGADO A PARTIR DE RESÍDUOS VEGETAIS

A produção de biocombustíveis, xilitol e ácidos orgânicos a partir da biomassa lignocelulósica (por exemplo: bagaço, restos de plantas) pode ser realizada via fermentação de açúcares. Os açúcares contidos na biomassa lignocelulósica incluem hexoses e pentoses, provenientes da celulose e hemicelulose, respectivamente. Uma das pentoses mais abundantes no mundo é a xilose, sendo o principal açúcar presente na hemicelulose de várias biomassas, o que aponta para um grande potencial na obtenção de combustíveis e outros produtos químicos.

No entanto, a levedura Saccharomyces cerevisiae, amplamente utilizada nos processos de fermentação devido à sua alta produtividade e resiliência, não consome a xilose naturalmente devido a falta de um metabolismo robusto para essa finalidade.

Uma das formas de viabilizar a fermentação de xilose pela S. cerevisiae é pela inserção de genes que produzem proteínas responsáveis pela captação e metabolização desse açúcar nessa levedura.

LEVEDURAS QUE PROMOVEM MAIOR EFICIÊNCIA FERMENTATIVA

Naturalmente, as leveduras S. cerevisiae tem preferência de consumo de açúcares da classe das hexoses durante os processos fermentativos, visto as proteínas que absorvem os açúcares presentes no meio terem preferência por essa classe de açúcares em detrimento das pentoses, como a xilose. Uma das consequências geradas por essa seletividade é o prolongamento do tempo total de fermentação, reduzindo a produtividade do processo e aumentando as chances de contaminações bacterianas.

Como alternativa para contornar esse problema, pesquisadores da Universidade de Brasília desenvolveram uma levedura modificada que expressa proteínas transportadoras de pentoses para que a xilose possa ser captada com maior eficiência, diminuindo o tempo de fermentação, aumentando a produtividade do processo e reduzindo as chances de contaminações generalizadas.

VANTAGENS

• Eficácia: Levedura recombinante que aumenta a produtividade do processo fermentativo, diminuindo o tempo de produção de produtos fermentados, como biocombustíveis, xilitol e ácidos orgânicos;
• Economia circular: Possibilita o aproveitamento de matéria residual de processos agrícolas, industriais e domésticos, tais como bagaço, restos de podas, restos de alimentos vegetais, entre outros;
• Sustentabilidade: Contribui para a redução do desperdício e para uma economia cíclica e mais sustentável.

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TRANSCRIPTASE REVERSA: UMA ENZIMA QUE REVOLUCIONOU O DESENVOLVIMENTO DAS CIÊNCIAS BIOLÓGICAS

O dogma central da Biologia Molecular de que a informação genética é transferida de forma unidirecional, no sentido DNA > RNA > Proteína, foi impactado imediatamente a partir do momento da descoberta da enzima transcriptase reversa (RT). Essa enzima, capaz de polimerizar um DNA a partir de uma molécula de RNA, é fundamental na replicação de vírus da família dos retrovírus, tais como o HIV e HTLV.

Entender o funcionamento da enzima RT é fundamental para o desenvolvimento da Biologia Molecular, visto que ela possibilita o uso de técnicas de estudos moleculares como: clonagem molecular, estudo dos vírus oncogênicos, detecção de retrovírus endógenos e exógenos.

Entretanto, no mercado atualmente a disponibilidade de transcriptases reversas que possuam boas características bioquímicas para aplicação industrial é restrita, além do fato dessas enzimas serem pouco solúveis e terem atividade RNAsica, prejudicando a sua utilização.

Visando contornar esses problemas, pesquisadores da Universidade de Brasília e da Universidade Federal de São João Del Rei construíram estrategicamente uma RT recombinante com algumas mutações para melhorar a solubilidade e diminuir a atividade RNAsica. Desse modo, essa nova enzima apresenta melhor aplicabilidade na perspectiva industrial.

VANTAGENS

• Eficácia: Processo de obtenção de enzima recombinante por meio de engenharia genética;
• Estabilidade: Enzima mais estável, possibilitando sua aplicação industrial, laboratorial e clínica;
• Amplitude: Pedido de patente com reivindicação de um produto (a enzima RT), seu processo de obtenção e do uso.

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ENZIMA RECOMBINANTE PARA O PROCESSAMENTO DO AMIDO EM ESCALA INDUSTRIAL

As pululanases são enzimas que promovem a desramificação do açúcar complexo amido em açúcares menores, e apresentam potencial em aplicações industriais que usem amido como matéria-prima, tais como indústrias alimentícias, farmacêuticas e cervejeiras.
Para aumentar a sustentabilidade e a viabilidade econômica na produção, o amido precisa ser decomposto completamente por meio de atuação de enzimas. No entanto, a maioria das enzimas são específicas para atuarem na quebra das ligações glicosídicas (α-1,4-glicosídicas) que formam as cadeias lineares do polissacarídeo, e poucas enzimas atuam na quebra das ligações (α-1,6-glicosídicas) que formam as ramificações do polissacarídeo amido. Com isso, enzimas como a pululanase que clivam esses dois tipos de ligações glicosídicas são importantes para decompor de forma efetiva e completa o amido em carboidratos menores.
Uma das formas de produção industrial de pululanase já conhecida é por meio do cultivo de microrganismos como Pyrococcus furiosus, que proporciona essa enzima com alta estabilidade em ambientes quentes. Se por um lado é desejável obter pululanases termoestáveis e resistentes, por outro o cultivo da bactéria P. furiosus pode ser oneroso e não possui certificação para utilização na alimentação humana e animal.
Para solucionar esse desafio, pesquisadores da Universidade de Brasília e da Universidade Federal de São João Del Rei desenvolveram como alternativa, por meio de engenharia genética, a produção heteróloga (ou seja, em um organismo diferente do original) da pululanase de P. furiosus na levedura Komagataella pastoris.

VANTAGENS

• Facilidade: Microrganismo recombinante de fácil manipulação e crescimento;
• Eficiência: Presença de promotores fortemente regulados e eficientes; Maior tendência a realizar respiração aeróbia em vez de fermentação;
• Competitividade: Mais vantajosa do ponto de vista industrial e competitiva em relação as tecnologias existentes;
• Custo-benefício: Menor custo e maior produtividade.

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COQUETÉIS ENZIMÁTICOS MAIS ACESSÍVEIS

A lignocelulose é o principal componente da biomassa vegetal de resíduos agroindustriais e, a partir de seu reaproveitamento, produtos interessantes podem ser gerados como biocombustíveis, polímeros, produtos químicos e fonte de carbono para produção de enzimas. Neste cenário, o Brasil ocupa uma posição privilegiada devido à produção em larga escala de culturas agrícolas com alta geração de resíduos lignocelulósicos (bagaço de cana-de-açúcar, farelo de trigo, palha de milho, entre outros), que podem ser reaproveitados nas biorrefinarias.
Contudo, uma das maiores lacunas das biorrefinarias é o alto custo de coquetéis enzimáticos comerciais (necessários para a realização da hidrólise enzimática), representando um dos principais entraves à sacarificação de biomassas lignocelulósicas. Sob essa perspectiva, pesquisadores(as) da Universidade de Brasília desenvolveram uma formulação de coquetel enzimático destinada à aplicação na degradação de biomassa lignocelulósica na hidrólise, na silagem de material vegetal e na suplementação de coquetéis já amplamente comercializados.

COQUETEL ENZIMÁTICO DESENVOLVIDO NA UnB

O desenvolvimento de coquetéis enzimáticos obtém resultados promissores para melhorar a eficiência da hidrólise enzimática, uma vez que a degradação dos polissacarídeos pode ser obtida através do ataque sinérgico de diferentes enzimas.
Embora já existam diversos coquetéis enzimáticos comerciais destinados à sacarificação (processo de hidrólise da celulose no qual há a conversão para açúcares fermentáveis) de biomassa lignocelulósica, a busca por novas ferramentas e métodos de produção economicamente viáveis são importantes, uma vez que a maior parte dos processos que utilizam a lignocelulose como matéria-prima ainda não apresentam viabilidade econômica. Nesse sentido, diversas alternativas têm sido propostas na obtenção de misturas enzimáticas complexas, e a utilização de fungos pode representar uma opção bastante atraente.

A presente invenção refere-se a formulação de coquetel enzimático estruturada pelo consórcio de fungos dos gêneros Trichoderma e Aspergillus cultivados, por fermentação submersa, em fontes de carbono provenientes de resíduos agrícolas. A formulação da presente invenção é complementada por um surfactante e uma enzima ligninolítica. Adicionalmente, a presente invenção destina-se ao uso da formulação de coquetel enzimático para solucionar o entrave de desconstrução da biomassa lignocelulósica através da hidrólise para posterior utilização dos açúcares, bem como aditivo em processos de degradação de biomassa lignocelulósica e em processos de silagem. A presente invenção destina-se, também, ao uso do coquetel enzimático como aditivo suplementar de coquetéis já amplamente comercializados.

VANTAGENS

• Eficiência: Favorecer a liberação de glicose e açúcares redutores totais durante a degradação de biomassa lignocelulósica;
• Segurança: Formulação com atividade enzimática termoestável;
• Versatilidade: Aditivar coquetéis enzimáticos já explorados comercialmente.

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AS MÚLTIPLAS E POTENCIAIS APLICAÇÕES DO GLICEROL E SEUS DERIVADOS

A crescente demanda por processos químicos sustentáveis têm gerado um aumento nas pesquisas que visam a substituição da matéria prima derivada de combustíveis fósseis por substâncias que sejam obtidas de fontes renováveis como, por exemplo, óleos vegetais, ácidos graxos e seus derivados, e que possam ser utilizadas como monômeros na síntese de materiais poliméricos com propriedades superiores ou similares aos produtos já disponíveis comercialmente.

Com o objetivo de reduzir e/ou substituir o uso de monômeros vinílicos provenientes do petróleo, o glicerol (gerado em grandes quantidades como coproduto das reações de transesterificação para produção do biodiesel) desponta como iminente alternativa devido a sua inerente reatividade proporcionada pela presença de grupos hidroxila e alta disponibilidade.

Sob essa perspectiva, pesquisadores da Universidade de Brasília desenvolveram copolímeros de derivados acrílicos do glicerol, seu processo de obtenção e sua aplicação como adesivos sensíveis à pressão (PSA) e como catalisadores em reações de transesterificação e esterificação de ácidos graxos.

ADESIVOS, SUPORTE POLIMÉRICO E CATALISADORES HETEROGÊNEOS PARA REAÇÕES DE TRANSESTERIFICAÇÃO E ESTERIFICAÇÃO DE ÁCIDOS GRAXOS

Por ter baixo custo, ter boa disponibilidade comercial e pelo potencial de modificação química (estrutural), o glicerol pode ser utilizado para produzir uma gama de substâncias químicas aptas para serem empregadas como monômeros percursores na busca por novos materiais poliméricos.

O uso de substâncias acrílicas nas formulações é uma vantajosa opção para a modificação da estrutura química do glicerol e dos ácidos graxos, pois são bastante reativas e, consequentemente, elevam a possibilidade de obtenção de polímeros com propriedades adesivas, biocompatíveis e biodegradáveis a partir do uso de matérias-primas oriundas de fontes renováveis.

Nesse contexto, a presente tecnologia situa-se no campo da química tecnológica e apresenta materiais poliméricos polimorfos e sua produção a partir de copolímeros obtidos de monômeros vinílicos, apresentando propriedades distintas. Essas propriedades podem ser ajustadas e controladas a partir de variáveis do processo, resultando em aplicações e desempenhos diferenciados para os copolímeros obtidos. Os materiais podem ser usados como: adesivos; suporte polimérico; e como catalisadores heterogêneos em reações de transesterificação e esterificação de óleos vegetais e ácidos graxos, como o ácido oleico.

VANTAGENS

• Eficácia: Copolímeros porosos capazes de atuarem como catalisadores heterogêneos para reações de esterificação e como adesivos sensíveis a pressão (PSA).
• Versatilidade: Aplicações múltiplas das micropartículas porosas: indústria química e de transformação; indústria alimentícia; área médica e farmacêutica.
• Custo-benefício: Baixo custo.
• Escalabilidade: Boa disponibilidade comercial.

Agenda 2030 da ONU:

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IMOBILIZAÇÃO ENZIMÁTICA: UMA ALTERNATIVA BIOTECNOLÓGICA PARA A ECONOMIA DE PROCESSOS

Enzimas ou biocatalisadores são descobertas promissoras no campo da tecnologia de bioprocessos. A biocatálise tem sido amplamente aceita em diversos setores devido à sua facilidade de produção, especificidade do substrato e seu potencial renovável. No entanto, para a comercialização em larga escala desses catalisadores bioderivados, seu fator de reutilização torna-se obrigatório, sob pena de deixarem de ser econômicos. A manutenção de sua estabilidade estrutural durante qualquer reação bioquímica é desafiadora. Consequentemente, enzimas imobilizadas com eficiência funcional e maior reprodutibilidade são usadas como alternativas, apesar de seu alto custo. Os biocatalisadores imobilizados podem ser enzimas ou células inteiras. A imobilização enzimática é o confinamento da enzima a uma fase (matriz/suporte) diferente daquela para substratos e produtos. Polímeros inertes e materiais inorgânicos são normalmente usados como matrizes transportadoras. Além de ser acessível, uma matriz ideal deve abranger características como inércia, resistência física, estabilidade, regenerabilidade, capacidade de aumentar a especificidade/atividade da enzima e reduzir a inibição do produto, adsorção não específica e contaminação microbiana.
Sob essa perspectiva, pesquisadores(as) da Universidade de Brasília desenvolveram microesferas de alginato-quitosana com amilases fúngicas imobilizadas em fase única, para utilização na hidrólise de amido em açúcares redutores.

TECNOLOGIAS DESENVOLVIDAS EM FASES DISTINTAS 

A hidrólise do amido por amilases é um dos processos enzimáticos comerciais mais importantes comércio global de enzimas e cada vez mais se demonstra competitiva frente a hidrólise química, por gerar menos resíduos, possibilidade de reúso do biocatalisador, viabilidade de utilização de um biorreator de fluxo contínuo, e sendo mais eficiente quando aplicada na hidrólise em alimentos. Os produtos são utilizados em indústrias de panificação, têxteis, papel, indústria de detergentes e aplicações clínicas e medicinais, entre outras.

A imobilização enzimática pode ser uma excelente técnica para aumentar a estabilidade enzimática e possibilitar o seu reuso, gerando economia processual.
As presentes invenções estão inseridas nesse contexto, uma vez que se situam no campo da bioquímica e enzimologia, e referem-se a composições baseadas em um suporte polimérico de alginato-quitosana para formação de microesferas. Essas composições são feita para imobilização de amilases fúngicas oriundas de Aspergillus oryzae, a qual encontra-se nas duas camadas poliméricas do suporte, ou seja, em fase única do suporte. De forma semelhante se tem tecnologias com cinéticas diferentes configurações diferentes, com a mesma aplicação que são as patentes Microsesferas de alginato-quitosana em Fase Interna BR 10 2018 067853 1 e Fase Externa BR10 2018 067854 0

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VANTAGENS

• Microesferas passíveis de reúso, gerando economia de processo;
• Melhoria na atividade enzimática e consequentemente no aumento da concentração de açúcares produzidos.

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NOVO HORIZONTE PARA USO DE ENZIMAS

A biotecnologia industrial é voltada à aplicação de bioprocessos para a produção de bioprodutos a partir de matérias-primas renováveis. A atual indústria de enzimas é o resultado de um rápido desenvolvimento visto principalmente nas últimas décadas, devido à evolução da biotecnologia moderna.
Bioprocessos mediados por enzimas são dificultados pela falta de estabilidade operacional em longo prazo e a dificuldade de recuperação e reutilização das mesmas. Essas desvantagens podem ser contornadas recorrendo-se a métodos de imobilização.
Sob essa perspectiva, pesquisadores(as) da Universidade de Brasília desenvolveram microesferas de alginato-quitosana com amilases fúngicas imobilizadas em fase externa, para utilização na hidrólise de amido em açúcares redutores.

TECNOLOGIAS DESENVOLVIDAS EM FASES DISTINTAS 

A hidrólise do amido por amilases é um dos processos enzimáticos comerciais mais importantes comércio global de enzimas e cada vez mais se demonstra competia frente a hidrólise química, por gerar menos resíduos, possibilidade de reúso do biocatalisador, viabilidade de utilização de um biorreator de fluxo contínuo, e sendo mais eficiente quando aplicada na hidrólise em alimentos. Os produtos são utilizados em indústrias de panificação, têxteis, papel, indústria de detergentes e aplicações clínicas e medicinais, entre outras.

A principal demanda atual da indústria biotecnológica é o aumento da produtividade enzimática e desenvolvimento de novas técnicas para aumentar sua estabilidade. Estes requisitos são fundamentais para viabilizar o uso de biocatalisadores em larga escala. A imobilização enzimática pode ser uma excelente técnica para aumentar a estabilidade enzimática e possibilitar o seu reuso, gerando economia processual.

As presentes invenções estão inseridas nesse contexto, uma vez que se situam no campo da bioquímica e enzimologia, e referem-se a composições baseadas em um suporte polimérico de alginato-quitosana para formação de microesferas. Essas composições são feita para imobilização de amilases fúngicas oriundas de Aspergillus oryzae, a qual encontra-se em fase externa do suporte. As amilases imobilizadas nesse suporte polimérico possuem diversas aplicações na indústria no que se refere a hidrólise do amido em açúcares redutores. De forma semelhante se tem tecnologias com cinéticas diferentes configurações diferentes, com a mesma aplicação que são as patentes Microsesferas de alginato-quitosana em Fase Interna BR 10 2018 067853 1 e Fase Única BR 10 2018 067855 8.

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VANTAGENS

• Microesferas passíveis de reúso, gerando economia de processo;
• Melhoria na atividade enzimática e consequentemente no aumento da concentração de açúcares produzidos.

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IMOBILIZAÇÃO ENZIMÁTICA: UMA ALTERNATIVA BIOTECNOLÓGICA PARA A ECONOMIA DE PROCESSOS

A biotecnologia industrial é voltada à aplicação de bioprocessos para a produção de bioprodutos a partir de matérias-primas renováveis. A atual indústria de enzimas é o resultado de um rápido desenvolvimento visto principalmente nas últimas décadas, devido à evolução da biotecnologia moderna.
Nesse cenário, o processo de imobilização enzimática representa uma alternativa bastante interessante, visto que produz operações econômicas contínuas, automação, alta relação investimento/capacidade e recuperação de produto com maior pureza.
Sob essa perspectiva, pesquisadores(as) da Universidade de Brasília desenvolveram microesferas de alginato-quitosana com amilases fúngicas imobilizadas em fase interna, para utilização na hidrólise de amido em açúcares redutores.

MICROESFERAS EM FASES INTERNA 

 A principal demanda atual da indústria biotecnológica é o aumento da produtividade enzimática e desenvolvimento de novas técnicas para aumentar sua estabilidade. Estes requisitos são fundamentais para viabilizar o uso de biocatalisadores em larga escala. A imobilização enzimática pode ser uma excelente técnica para aumentar a estabilidade enzimática e possibilitar o seu reuso, gerando economia processual.

As presentes invenções estão inseridas nesse contexto, uma vez que se situam no campo da bioquímica e enzimologia, e referem-se a composições baseadas em um suporte polimérico de alginato-quitosana para formação de microesferas. Essas composições são feita para imobilização de amilases fúngicas oriundas de Aspergillus oryzae, a qual encontra-se em fase interna do suporte. As microesferas são passíveis de reúso e as amilases imobilizadas nesse suporte polimérico possuem diversas aplicações na indústria no que se refere a hidrólise do amido em açúcares redutores. De forma semelhante se tem tecnologias com cinéticas diferentes configurações diferentes, com a mesma aplicação que são as patentes Microsesferas de alginato-quitosana em Fase única BR1020180678558 e Fase Externa BR10 2018 067854 0.

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VANTAGENS

• Microesferas passíveis de reúso, gerando economia de processo;
• Melhoria na atividade enzimática e consequentemente no aumento da concentração de açúcares produzidos.

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