Publicação
Abatement of pharmaceutical micropollutants by biocatalysts immobilized on sustainable materials
| Resumo: | Os recursos hídricos encontram-se cada vez mais ameaçados pela presença e acumulação de micropoluentes. Os compostos farmacêuticos, classificados como contaminantes emergentes, representam uma preocupação crescente devido à sua libertação contínua nos ecossistemas aquáticos. Estes compostos caracterizam-se por persistência, potencial bioacumulação, baixa biodegradabilidade e possíveis efeitos tóxicos para o ambiente e para a saúde humana. Assim, esta tese focou-se no estudo da biotransformação enzimática de fármacos em meio aquoso, com recurso a lacases fúngicas. Os compostos alvo deste estudo incluíram dois antibióticos (sulfametoxazol e tetraciclina) e um analgésico e antipirético (acetaminofeno). Os fungos produtores de lacase, Lentinus sajor-caju e Pleurotus ostreatus, foram cultivados por fermentação em estado sólido, tendo como substratos resíduos agroindustriais, nomeadamente resíduos de poda da vinha e dreche. As lacases foram avaliadas quanto à sua capacidade de transformação de fármacos, na presença e ausência de mediadores de reação redox, como o siringaldeído e o ácido p-cumárico. Tendo-se verificado uma transformação eficiente de aproximadamente 100%, particularmente com a lacase produzida por L. sajor-caju em combinação com siringaldeído. Posteriormente, os extratos enzimáticos foram imobilizados em suportes sólidos através de duas estratégias inovadoras: adsorção e aprisionamento em esferas de quitosano com nanotubos de haloisita e imobilização covalente em biochar e hidrochar da grainha de uva, após modificação superficial. Estas abordagens resultaram na melhoria da estabilidade enzimática face a variações de pH e temperatura e aos longos períodos de armazenamento. As soluções de imobilização demonstraram alta eficiência de transformação, cerca de 100% em 2 horas, para os três fármacos em estudo. Os mecanismos de transformação propostos, bem como os subprodutos identificados, destacaram a ocorrência de reações de oxidação e acoplamento. A avaliação da reutilização demonstrou que os biocatalisadores mantêm uma capacidade de transformação elevada mesmo após oito ciclos consecutivos. Por fim, os sistemas de lacase imobilizada foram validados para a biotransformação de compostos farmacêuticos em águas residuais do norte de Portugal, num reator com agitação, confirmando a eficácia destes biocatalisadores em matrizes complexas. Estes resultados contribuem para a expansão da aplicação de lacases imobilizadas para a remediação ambiental, uma vez que foram desenvolvidas soluções sustentáveis, eficientes e reutilizáveis para a remediação de micropoluentes farmacêuticos. |
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| Autores principais: | Sá, Helena Isabel Oliveira |
| Assunto: | Biocatálise ambiental Imobilização enzimática Lacase Materiais sustentáveis Micropoluentes farmacêuticos Environmental biocatalysis Enzyme immobilization Laccase Pharmaceutical micropollutants Sustainable materials |
| Ano: | 2025 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | tese de doutoramento |
| Tipo de acesso: | acesso embargado |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | Os recursos hídricos encontram-se cada vez mais ameaçados pela presença e acumulação de micropoluentes. Os compostos farmacêuticos, classificados como contaminantes emergentes, representam uma preocupação crescente devido à sua libertação contínua nos ecossistemas aquáticos. Estes compostos caracterizam-se por persistência, potencial bioacumulação, baixa biodegradabilidade e possíveis efeitos tóxicos para o ambiente e para a saúde humana. Assim, esta tese focou-se no estudo da biotransformação enzimática de fármacos em meio aquoso, com recurso a lacases fúngicas. Os compostos alvo deste estudo incluíram dois antibióticos (sulfametoxazol e tetraciclina) e um analgésico e antipirético (acetaminofeno). Os fungos produtores de lacase, Lentinus sajor-caju e Pleurotus ostreatus, foram cultivados por fermentação em estado sólido, tendo como substratos resíduos agroindustriais, nomeadamente resíduos de poda da vinha e dreche. As lacases foram avaliadas quanto à sua capacidade de transformação de fármacos, na presença e ausência de mediadores de reação redox, como o siringaldeído e o ácido p-cumárico. Tendo-se verificado uma transformação eficiente de aproximadamente 100%, particularmente com a lacase produzida por L. sajor-caju em combinação com siringaldeído. Posteriormente, os extratos enzimáticos foram imobilizados em suportes sólidos através de duas estratégias inovadoras: adsorção e aprisionamento em esferas de quitosano com nanotubos de haloisita e imobilização covalente em biochar e hidrochar da grainha de uva, após modificação superficial. Estas abordagens resultaram na melhoria da estabilidade enzimática face a variações de pH e temperatura e aos longos períodos de armazenamento. As soluções de imobilização demonstraram alta eficiência de transformação, cerca de 100% em 2 horas, para os três fármacos em estudo. Os mecanismos de transformação propostos, bem como os subprodutos identificados, destacaram a ocorrência de reações de oxidação e acoplamento. A avaliação da reutilização demonstrou que os biocatalisadores mantêm uma capacidade de transformação elevada mesmo após oito ciclos consecutivos. Por fim, os sistemas de lacase imobilizada foram validados para a biotransformação de compostos farmacêuticos em águas residuais do norte de Portugal, num reator com agitação, confirmando a eficácia destes biocatalisadores em matrizes complexas. Estes resultados contribuem para a expansão da aplicação de lacases imobilizadas para a remediação ambiental, uma vez que foram desenvolvidas soluções sustentáveis, eficientes e reutilizáveis para a remediação de micropoluentes farmacêuticos. |
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