Potential enzymes carriers from residual agro-biomass from vine and chestnut supply chain

The concern about antibiotic resistance in humans and animals makes their alternatives and supply burning research topics. Study of biomolecules with antimicrobial properties are gaining great attention, and one of the challenges in the oral administration is to avoid gastric passage degradation. A good strategy could be the use of carriers to protect the biomolecule. In this respect, an innovative carrier could be represented by biochar, i.e. the by-products of biomass gasification and pyrolysis process, due to their high absorption capability, surface area, and presence of functional groups on the surface. Three biochar (B), two derived from chestnut and one from vine waste processing, have been tested as carriers of the egg white lysozyme (LY), selected as representative of bioactive molecules both in terms of dimensions (MW 14.3 KDa) and antibacterial activity. An efficient and environmentally friendly procedure for the biomolecule adsorption is here proposed, based on a solid/liquid adsorption process, where mild conditions and aqueous environment are applied. The effect of lysozyme concentration in the range 0.25-1.5 mg/mL, and reaction time, in the range 10-90 min, have been tested to evaluate the better operating condition for an effective lysozyme absorption at the characteristic pH value of the lysozyme solution, i.e. 4.34. A maximum absorption of 23 mg LY/g B has been obtained when 1.5 mg/mL of LY initial concentration, room temperature, and 90 min of reaction time are applied. Biochar and hybrid materials have been characterized by the combination of XRD, FT-IR, ATR and TG-DTG.

La preoccupazione per la resistenza agli antibiotici nell'uomo e negli animali rende le loro alternative e il loro approvvigionamento temi di ricerca rilevanti. Lo studio di biomolecole con proprietà antimicrobiche sta guadagnando grande attenzione, e una delle sfide nella somministrazione orale è quella di evitare la degradazione per via gastrica. Una buona strategia potrebbe essere l'uso di vettori per proteggere la biomolecola. A questo proposito, un vettore innovativo potrebbe essere rappresentato dai biochar, ovvero i sottoprodotti del processo di gassificazione e pirolisi della biomassa, grazie alla loro elevata capacità di assorbimento, all'area superficiale e alla presenza di gruppi funzionali sulla superficie. Tre biochar (B), due derivati da castagno e uno da scarti di lavorazione della vite, sono stati testati come vettori del lisozima dell'albume d'uovo (LY), selezionato come rappresentativo di molecole bioattive sia in termini di dimensioni (MW 14,3 KDa) che di attività antibatterica. Viene proposta una procedura efficiente ed ecologica per l'adsorbimento della biomolecola, basata su un processo di adsorbimento solido/liquido, in cui vengono applicate condizioni blande e un ambiente acquoso. L'effetto della concentrazione di lisozima, nell'intervallo 0,25-1,5 mg/mL, e del tempo di reazione, nell'intervallo 10-90 minuti, sono stati testati per valutare la condizione operativa migliore per un efficace assorbimento di lisozima al valore di pH caratteristico della soluzione di lisozima, cioè 4,34. È stato ottenuto un assorbimento massimo di 23 mg LY/g B quando sono stati applicati 1,5 mg/mL di concentrazione iniziale di LY, a temperatura ambiente e 90 minuti di tempo di reazione. Il biochar e i materiali ibridi sono stati caratterizzati mediante la combinazione di XRD, FT-IR, ATR e TG-DTG.