Production of lipase by extractive fermentation with ionic liquids

Novos processos fermentativos, designados por processos de Fermentação Extractiva, são caracterizados por apresentarem etapas de produção e extracção em simultâneo. A extracção líquido-líquido como técnica de separação é amplamente usado na indústria química pela sua simplicidade, baixo custo e facilidade de extrapolação de escala. No entanto o uso de solventes orgânicos nestes processos potencia os riscos ocupacionais e ambientais. Neste contexto, o uso de sistemas de duas fases aquosas baseados em líquidos iónicos, apresenta-se como uma técnica eficaz para a separação e purificação de produtos biológicos. Este trabalho apresenta um estudo integrado sobre o uso de líquidos iónicos não aromáticos foram determinados. A capacidade para a formação de sistemas de duas fases foi estudada para uma vasta gama de líquidos iónicos hidrofílicos com diferentes aniões, catiões e cadeias alqúilicas. A capacidade de separação e purificação de um largo conjunto de líquidos iónicos foi posteriormente investigada, recorrendo-se ao uso de várias biomoléculas modelo de diferentes graus de complexidade, um amino-acido (L-triptofano) e duas enzimas lipolíticas (enzima produzida pela bactéria Bacillus sp. e Candida antarctica lipase B – CaLB). Esta última foi ainda usada para um estudo de biocompatibilidade, tendo sido determinado o efeito de diferentes LIs hidrofílicos na sua actividade enzimática. Este trabalho mostra um estudo ecotoxicológico duma vasta gama de líquidos iónicos e espécies aquáticas, inseridas em diversos níveis tróficos. A bioacumulação foi investigada através do estudo dos coeficientes de distribuição 1-octanol-água (Dow).

Novel fermentation processes characterized by the simultaneously production and separation are known as Extractive Fermentations. Liquid-liquid extraction is a separation technique that can be used for this purpose. These processes are widely used in the chemical industry owing to its simplicity, low costs and ease of scale-up. However, most extraction processes include the use of organic solvents, which have both environmental and occupational risks associated to their use. This makes these extraction systems inappropriate for the development of environmental-friendly technologies. In this context, the use of aqueous two-phase systems (ATPS) based in Ionic Liquids (ILs) appears as an effective and viable method for the separation and purification of biological products. The present work reports an integrated study on the use of ILs as alternative solvents in Fermentation processes. Original data on the solubility of nonaromatic ILs in water are reported. The ability of several ILs for the formation of aqueous two-phase systems was studied for a wide range of hydrophilic ILs with different anions, cations and alkyl chains. The separation and purification capacity of a large set of ILs was then investigated, using different biomolecules as models with distinct structural complexities, one amino-acid (Ltryptophan) and two lipolytic enzymes (an enzyme produced by the bacterium Bacillus sp. and Candida antarctica lipase B – CaLB). CaLB was also used on a study of biocompatibility, where the effect of various hydrophilic ILs on its enzymatic activity was addressed. Finally, this work reports an ecotoxicological study for a large number of ILs and aquatic species, included in different trophic levels. The bioaccumulation data was investigated by the study of the 1-octanol-water distribution coefficients (Dow).

Doutoramento em Engenharia Química