Într-o lume în care sustenabilitatea nu mai este doar o opțiune, ci o necesitate, cercetarea științifică își redefinește prioritățile. Conf. dr. ing. Anamaria Todea, cadru didactic și cercetător în cadrul Universității Politehnica Timișoara, explorează frontierele biocatalizei în medii verzi.
Biocataliza este definită drept utilizarea catalizatorilor naturali (de obicei enzime sau organisme vii) pentru a accelera transformările chimice ale compușilor organici.
Pentru a înțelege mai bine acest concept, să ne imaginăm că o mică firmă de arome alimentare dorește să producă un ester (compus chimic obținut prin reacția dintre un acid și un alcool, deseori cu miros fructat sau floral), cu miros de banană într-un mod ecologic. În locul metodei chimice clasice cu temperaturi ridicate și acizi corozivi, se folosește o enzimă (proteină naturală care grăbește reacțiile chimice) ca biocatalizator și un solvent natural eutectic (lichid obținut din ingrediente biodegradabile) format din colină și glicerină. În acest mediu blând și netoxic, reacția are loc la temperatură joasă, iar enzima catalizează sinteza esterului eficient și curat. Produsul se obține cu puritate ridicată, fără deșeuri periculoase, iar enzima poate fi reutilizată.
Ideea acestei cercetări a apărut din dorința de a identifica soluții sustenabile pentru sinteza esterilor de acizi grași din polioli, într-un mod care să nu compromită activitatea enzimatică și care să fie prietenos cu mediul. „Am fost motivați de rezultatele promițătoare raportate pentru NADES-uri (solvenți naturali din amestecuri simple care se dizolvă unii pe alții) și de potențialul lor de a înlocui solvenții toxici convenționali” explică Anamaria Todea.
Solvenții eutectici sunt tot mai apreciați în cercetarea modernă datorită accesibilității, biodegradabilității și preparării facile. Mai mult decât atât, NADES-urile pot juca un dublu rol – atât de solvent, cât și de reactiv – reducând semnificativ volumul de deșeuri și numărul de pași necesari în procesul tehnologic.
Inițiativa acestui proiect a apărut ca rezultat al unei nevoi, dar și a unei curiozități. Industria are nevoie de surfactanți biodegradabili, dar totodată, a apărut provocarea de a aprofunda cunoștințele despre interacțiunile complexe dintre NADES-uri și enzime în medii reacționale neconvenționale.
Pentru această sinteză a fost aleasă enzima Candida antarctica lipase B, datorită stabilității sale termice, disponibilității în formă imobilizată și regioselectivității demonstrate anterior. „Experiențele pozitive cu CalB ne-au confirmat alegerea”, afirmă doamna conferențiar.
Imobilizarea enzimei contribuie substanțial la atingerea obiectivelor propuse: permite reutilizarea enzimei, reduce atât costurile, cât și deșeurile. De asemenea, oferă o stabilitate crescută în condiții extreme, toate esențiale pentru dezvoltarea unor procese industriale continue.
Metoda biocatalitică aleasă oferă numeroase avantaje comparativ cu procesele chimice tradiționale: condiții de reacție blânde, o selectivitate ridicată și produse finale cu o puritate excelentă, care pot fi încadrate în categoria produselor bio, ideale pentru aplicații în industria farmaceutică, alimentară și cosmetică. Un dezavantaj poate fi viteza mai scăzută de reacție, însă acest aspect poate fi optimizat prin alegerea atentă a biocatalizatorului și a condițiilor de reacție.
Cu toate acestea, au apărut câteva provocări pe parcurs. Controlul vâscozității mediului de reacție și difuzia reactanților către situsul activ al enzimei prezintă niște limitări. În viitor, echipa intenționează să exploreze utilizarea co-solvenților verzi pentru a îmbunătăți performanța sistemului.
În plus, unele rezultate au contrazis așteptările teoretice. De exemplu, a fost observată o separare de faze neașteptată când acidul lauric era adăugat la NADES. În urma acestei observații, situația a fost ajustată prin adaptarea metodelor de amestecare și prin analize teoretice suplimentare pentru a înțelege mai bine interacțiunile.
Întrebată ce a determinat-o să aleagă biocataliza și biotehnologia ca direcții de carieră, conf. dr. ing. Todea vorbește cu pasiune: „Am fost mereu fascinată și inspirată de natură, de eleganța cu care aceasta rezolvă procese complexe, în echilibru și cu eficiență maximă. Biocataliza mi-a oferit cadrul ideal pentru a valorifica aceste mecanisme naturale în mod științific și aplicat. Suntem adesea tentați să căutăm soluții complicate la probleme chimice sau tehnologice, în timp ce natura le-a rezolvat deja de milioane de ani, prin enzime și procese biochimice extrem de bine optimizate. Ideea de a învăța de la natură și de a adapta aceste soluții la provocările actuale din industrie și societate a fost un motor esențial al parcursului meu în biotehnologie și chimie verde. Enzimele, aceste „micro-fabrici” naturale, ne permit să construim molecule utile în mod controlat, eficient și sustenabil – o direcție pe care o consider esențială pentru viitorul chimiei.”.
Această viziune s-a format și în cadrul experiențelor internaționale, precum stagiile de cercetare din Olanda, Wageningen și Delft, dar și în perioada postdoctorală de patru ani în Italia, la Universitatea din Trieste. „Am învățat să privesc cercetarea ca pe un proces continuu de adaptare la nevoile reale ale societății”, subliniind faptul că este esențială colaborarea interdisciplinară și existența unei rigori științifice orientate spre a produce un impact semnificativ.
Privind în ansamblu, mesajul pe care doamna conf. dr. ing. Todea îl transmite este clar:
„Solvenții eutectici naturali reprezintă o direcție promițătoare pentru dezvoltarea unor procese chimice sustenabile, iar combinația lor cu enzime stabile deschide perspective reale pentru aplicabilitate industrială eficientă și ecologică.”.
