Magnetic nanoparticles functionalized and modified with cross-linking to improve the invertase immobilization

Abstract

Procedures of immobilization invertase have been developed using different supports. However, disadvantages such as use of smallparticles for invertase immobilizations in packed-bed reactors are being solved using magnetic particles. In this study, compositescontaining Fe3O4 were prepared by incorporation of a polysiloxane layer required for the physical adsorption of the invertase.Besides, the functionalized magnetite was activated with glutaraldehyde and polyethylenimine (PEI) with the aim of performinga covalent immobilization. The effect of different conditions such as enzyme: support ratio, pH, and temperature were analyzedin the preservation of invertase. The results demonstrated that the optimum enzyme:support ratio is higher for covalent bondingthan for physical adsorption. The ideal pH for the immobilized enzyme is 5.0, and the enzymatic activity is retained until 70 ◦C.The values of km are similar in both immobilization methods. The analysis of the effect of pH and thermostability showed thatthe catalytic activity of invertase is not affected in comparison with the free enzyme. The covalent immobilization displays higherefficiency in the immobilization process (Fε), less inhibition and twice as much stability. The enzymes immobilized by physicaland covalent methods can be reused for up to four cycles and can be removed from the reaction medium by applying an externalmagnetic field.Keywords: invertase, Fe3O4, immobilization, composites

Se han desarrollado procedimientos de inmovilización con invertasa utilizando diferentes soportes. Sin embargo, las desventajas como el uso de partículas pequeñas para inmovilizaciones de invertasa en reactores de lecho compacto se están resolviendo utilizando partículas magnéticas. En este estudio, los compuestos que contienen Fe3O4se prepararon mediante la incorporación de una capa de polisiloxano necesaria para la adsorción física de la invertasa. Además, la magnetita funcionalizada se activó conglutaraldehído y polietilenimina (PEI) con el objetivo de realizar una inmovilización covalente. Se analizó el efecto de diferentescondiciones como la relación enzima: soporte, pH y temperatura en la conservación de la invertasa. Los resultados demostraron que la relación enzima: soporte óptima es mayor para la unión covalente que para la adsorción física. El pH ideal para la enzimainmovilizada es 5,0 y la actividad enzimática se mantiene hasta 70◦C. Los valores dekmson similares en ambos métodos de inmovilización. El análisis del efecto del pH y la termoestabilidad mostró que la actividad catalítica de la invertasa no se ve afectada en comparación con la enzima libre. La inmovilización covalente muestra una mayor eficacia en el proceso de inmovilización (Fε),menos inhibición y el doble de estabilidad. Las enzimas inmovilizadas por métodos físicos y covalentes se pueden reutilizar hasta por cuatro ciclos y se pueden eliminar del medio de reacción aplicando un campo magnético externo.