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Jul 04, 2023

Valutazione del sistema ibrido MxOy/fucoidan e loro applicazione nel processo di immobilizzazione della lipasi

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 7218 (2022) Cita questo articolo 915 Accessi 4 Citazioni Dettagli metriche Una correzione dell'autore a questo articolo è stata pubblicata il 23 novembre 2022 Questo articolo

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In questo lavoro, nuovi sistemi ibridi MxOy/fucoidan sono stati fabbricati e applicati nell'immobilizzazione della lipasi. Come matrici inorganiche MxOy sono stati utilizzati ossidi di magnesio (MgO) e zirconio (ZrO2). Nella prima fase, gli ossidi proposti sono stati funzionalizzati con fucoidan da Fucus vesiculosus (Fuc). Gli ibridi MgO/Fuc e ZrO2/Fuc ottenuti sono stati caratterizzati mediante analisi spettroscopiche, inclusa la spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier, la spettroscopia fotoelettronica a raggi X e la risonanza magnetica nucleare. Inoltre, è stata eseguita l'analisi termogravimetrica per determinare la stabilità termica degli ibridi. Sulla base dei risultati è stato determinato anche il meccanismo di interazione tra i supporti di ossido e il fucoidan. Inoltre, i materiali ibridi MxOy/fucoidan fabbricati sono stati utilizzati come supporti per l'immobilizzazione della lipasi da Aspergillus niger ed è stata eseguita una reazione modello (trasformazione di p-nitrofenil palmitato in p-nitrofenolo) per determinare l'attività catalitica del sistema biocatalitico proposto . In quella reazione, la lipasi immobilizzata ha mostrato un'attività apparente e specifica elevata (145,5 U/gcatalizzatore e 1,58 U/menzima per la lipasi immobilizzata su MgO/Fuc; 144,0 U/gcatalizzatore e 2,03 U/menzima per la lipasi immobilizzata su ZrO2/Fuc). L'efficienza dell'immobilizzazione è stata confermata anche mediante analisi spettroscopiche (FTIR e XPS) e microscopia confocale.

Negli ultimi decenni, lo sviluppo di materiali naturali poco costosi, biodegradabili e facilmente disponibili in diverse applicazioni ha suscitato maggiore interesse per un vasto numero di ricercatori. È altamente preferibile che la matrice portante che lega l'enzima possa essere prodotta in modo riproducibile e non interrompa l'attività enzimatica, poiché ha una grande importanza per le prestazioni tecnologiche e il successo commerciale1,2,3. Tuttavia, tali materiali presentano anche alcuni svantaggi (bassa resistenza meccanica e limitata stabilità termica) che possono essere migliorati utilizzando un appropriato processo di modifica4,5.

I biopolimeri, grazie alle loro proprietà versatili, tra cui non tossicità, biocompatibilità, biodegradabilità, flessibilità e rinnovabilità, sono promettenti vettori per l'immobilizzazione degli enzimi6,7,8. Inoltre, nella loro struttura chimica sono presenti numerosi gruppi funzionali reattivi, come i gruppi idrossilici, amminici o carbossilici. Questi consentono agli enzimi di connettersi con quella struttura7,9. Fino ad oggi, come supporti enzimatici, sono stati utilizzati diversi polisaccaridi naturali come cellulosa10,11, chitina12,13, chitosano14,15, alginato16,17, agarosio18,19,20 e carragenina21,22. Recentemente è stata prestata maggiore attenzione ai compositi o agli ibridi biopolimero/matrice inorganica, che possono essere utilizzati anche nell'immobilizzazione enzimatica7. Elevata resistenza, stabilità e disponibilità sono i parametri più importanti dei materiali inorganici, in particolare degli ossidi selezionati (SiO2, ZnO, ZrO2, MgO, ecc.)23. Inoltre, possono essere sintetizzati con metodi semplici e veloci, il che li rende relativamente economici. Va inoltre notato che i biopolimeri possono essere introdotti sulla superficie degli ossidi metallici per aumentarne l'affinità con gli enzimi7,24. Esistono numerose informazioni in letteratura riguardanti materiali a base di chitosano/chitina/cellulosa e ossidi inorganici e la loro applicazione nell'immobilizzazione di enzimi25,26,27,28.

I polisaccaridi di derivazione naturale svolgono un ruolo importante nell’industria farmaceutica e cosmetica. Sono ampiamente ottenuti dalle alghe, comprese le alghe brune29,30. Le alghe brune (Phaeophyta) sono un gruppo di alghe con un altissimo grado di specializzazione nella struttura del tallo, che molto spesso ha la forma di un filo ramificato31,32,33. Le alghe sono una fonte di polisaccaridi potenzialmente bioattivi, tra cui il fucoidan estratto dalle alghe brune (in particolare dalle specie Fucus e dai tessuti degli echinodermi) è attualmente il composto studiato più estesamente34,35. Il fucoidan può essere ottenuto da numerose fonti marine, tra cui cetrioli di mare36 e alghe brune37. Un elevato contenuto di fucoidano è stato accertato in un gran numero di alghe e invertebrati, ad esempio Fucus vesiculosus, Sargassum stenophyllum, Chorda filum, Ascophyllum nodosum, Dictyota menstrualis, Fucus evanescens, Fucus serratus, Fucus distichus, Caulerpa racemosa, Hizikia fusiforme, Padina gymnospora, Kjellmaniella crassifolia, Analipus japonicus e Laminaria hyperborea. In queste fonti sono presenti diversi tipi di fucoidan e per ottenerli vengono utilizzati vari metodi di estrazione38.