Síntese de acetato de decilo por catálise enzimática em meio supercrítico

Este trabalho teve como objectivo o estudo, em reactor fechado, da produção de ésteres de cadeia longa por catálise enzimática em meio supercrítico com vista ao desenvolvimento de um processo sustentável, tecnologicamente eficiente e limpo e que constitua uma alternativa aos processos químicos tradicionais. Como composto modelo a produzir foi seleccionado o acetato de decilo, um éster com aplicação na indústria de fragrâncias. A reacção estudada foi a transesterificação do acetato de vinilo com o decanol, obtendo-se como principal produto o acetato de decilo. O catalisador escolhido foi a lipase B de Candida antarctica (CALB), imobilizada na resina macroporosa Lewatit B (Novozym 435®). A síntese de acetato de decilo foi estudada numa instalação experimental de alta pressão, equipada com um reactor fechado de volume variável, a operar isotermicamente a 35 ºC e a 100 bar, usando-se como solvente CO2 em condições supercríticas. Fez-se a determinação do conteúdo enzimático por tamanho de partícula de catalisador, tendo-se verificado que as partículas mais pequenas têm uma quantidade específica de enzima mais elevada, havendo uma relação inversamente proporcional entre o conteúdo enzimático e o tamanho de partícula. Verificou-se também que a enzima deve estar localizada numa camada exterior da partícula, seguindo um modelo do tipo “casca de ovo”, sendo a espessura dessa camada de 60 μm (assumindo distribuição uniforme) e independente do tamanho de partícula. Analisaram-se as resistências à transferência de massa, tanto externas como internas. Para as primeiras, fez-se apenas variar a agitação dentro do reactor, mantendo todas as outras condições de operação constantes (temperatura, pressão, quantidade de enzima, tamanho de partícula, concentração de substratos na alimentação). Verificou-se que a partir de 950 r.p.m. as resistências externas à transferência de massa são eliminadas. Relativamente às resistências internas, realizaram-se várias reacções com diferentes tamanhos de partícula, mas com a mesma quantidade de enzima, a mesma concentração dos dois substratos na alimentação, a mesma agitação, temperatura e pressão. Os resultados obtidos mostram que não há influência significativa do tamanho das partículas de catalisador sobre a velocidade inicial de reacção, pelo que as resistências internas à transferência de massa se podem considerar desprezáveis. Estudou-se também o efeito da variação da concentração dos substratos na alimentação sobre as velocidades iniciais de reacção. Observou-se que a partir de uma determinada concentração de decanol em excesso relativamente ao acetato de vinilo, a reacção é inibida pelo álcool. Pelo contrário, a reacção é favorecida quando a alimentação tem excesso de acetato de vinilo, havendo um aumento significativo da sua velocidade inicial. Estes resultados são consistentes com um mecanismo do tipo Ping-pong bi-bi com inibição competitiva por parte do álcool, comum na descrição de reacções enzimáticas de esterificação/transesterificação. Por último, fez-se uma comparação dos resultados obtidos em meio supercrítico (CO2) e em meio orgânico (hexano). Observou-se que as reacções em hexano apresentam uma velocidade inicial significativamente superior.

Biotransformation/separation routes to obtain pure enantiomers

The objective of the work presented in this thesis was the development of an innovative approach for the separation of enantiomers of secondary alcohols, combining the use of an ionic liquid (IL) - both as solvent for conducting enzymatic kinetic resolution and as acylating agent - with the use of carbon dioxide (CO2) as solvent for extraction. Menthol was selected for testing this reaction/separation approach due to the increasing demand for this substance, which is widely used in the pharmaceutical, cosmetics and food industries. With a view to using an ionic ester as acylating agent, whose conversion led to the release of ethanol, and due to the need to remove this alcohol so as to drive reaction equilibrium forward, a phase equilibrium study was conducted for the ehtanol/(±)-menthol/CO2 system, at pressures between 8 and 10 MPa and temperatures between 40 and 50 oC. It was found that CO2 is more selective towards ethanol, especially at the lowest pressure and highest temperature tested, leading to separation factors in the range 1.6-7.6. The pressure-temperature-composition data obtained were correlated with the Peng-Robinson equation of state and the Mathias-Klotz-Prausnitz mixing rule. The model fit the experimental results well, with an average absolute deviation (AAD) of 3.7 %. The resolution of racemic menthol was studied using two lipases, namely lipase from Candida rugosa (CRL) and immobilized lipase B from Candida antarctica (CALB), and two ionic acylating esters. No reaction was detected in either case. (R,S)-1-phenylethanol was used next, and it was found that with CRL low, nonselective, conversion of the alcohol took place, whereas CALB led to an enantiomeric excess (ee) of the substrate of 95%, at 30% conversion. Other acylating agents were tested for the resolution of (±)-menthol, namely vinyl esters and acid anhydrides, using several lipases and varying other parameters that affect conversion and enantioselectivity, such as substrate concentration, solvent and temperature. One such acylating agent was propionic anhydride. It was thus performed a phase equilibrium study on the propionic anhydride/CO2 system, at temperatures between 35 and 50 oC. This study revealed that, at 35 oC and pressures from 7 MPa, the system is monophasic for all compositions. The enzymatic catalysis studies carried out with propionic anhydride revealed that the extent of noncatalyzed reaction was high, with a negative effect on enantioselectivity. These studies showed also that it was possible to reduce considerably the impact of the noncatalyzed reaction relative to the reaction catalyzed by CRL by lowering temperature to 4 oC. Vinyl decanoate was shown to lead to the best results at conditions amenable to a process combining the use of supercritical CO2 as agent for post-reaction separation. The use of vinyl decanoate in a number of IL solvents, namely [bmim][PF6], [bmim][BF4], [hmim][PF6], [omim][PF6], and [bmim][Tf2N], led to an enantiomeric excess of product (eep) values of over 96%, at about 50% conversion, using CRL. In n-hexane and supercritical CO2, reaction progressed more slowly.(...)

The expression in saccharomyces cerevisiae of a glucose/xylose symporter from Candida intermedia is affected by the presence of a glucose/xylose facilitator

Microbiology, 154

Dioszegia antarctica sp. nov. and Dioszegia cryoxerica sp. nov., psychrophilic basidiomycetous yeasts from polar desert soils in Antarctica

International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 60

Ocorrência, diagnóstico molecular e resistência a antifúngicos de Candida sp. de infecções vaginais em Portugal e Cabo-Verde

Dissertação para a obtenção do Grau de Mestre em Genética Molecular e Biomedicina

Fermentation of fruit juices by the osmotolerant yeast Candida magnoliae

This study focuses on the assessment of the fermentation conditions required to modulate the metabolic flux in the osmotolerant yeast Candida magnoliae and evaluate its potential to produce low-alcoholic and low-caloric fermented beverages. For that purpose, two strains, PYCC 2903 and PYCC 3191, were used and fermentation conditions as oxygenation, sugar concentration and the ratio of glucose to fructose were studied using synthetic culture media. Candida magnoliae PYCC 2903 was subsequently used to ferment real industrial fructose-rich substrates such as fruit juices. Sugar consumption profiles for C.magnoliae PYCC 2903 incubated aerobically in the presence of high fructose and glucose concentrations (15%, 10% and 5%) showed a selective utilization of fructose, denoting a preference for this sugar over glucose. The lower ratio between ethanol and sugar alcohols yield was obtained for both strains incubated under oxygen limitation simulating industrial fructose-rich substrates, confirming the ability of this yeast to direct fermentation towards alternative products. Enzymatic assays for hexokinase activity in terms of capacity and affinity for glucose and fructose were performed, aiming to elucidate its contribution to the fructophilic behaviour of this yeast. Enzymatic assays for both strains showed that the Vmax is two to threefold higher for fructose than for glucose but Km is also 10-20-fold higher for this sugar than for glucose. Hence, hexokinase kinetic properties do not explain fructophily in C.magnoliae. This indicates that fructose transport is probably determining in this respect, as observed for other fructophilic yeasts. Fruit juice fermentations with C.magnoliae PYCC 2903 revealed a potential for the production of beverages with interesting sensorial properties. Pear and peach fermentations exhibited the best results with the lowest ratio between ethanol and sugar alcohols yield and the most pleasant organoleptic features.

Determinação e comparação de genótipo de Candida albicans pelo Método de PCR com base nos polimorfismos da região 255rDNA e das sequências ALT/RPS

As leveduras da espécie Candida albicans são comensais do ser humano, podendo em certos casos, como a toma prolongada de antibióticos de largo espectro, a diminuição da imunidade, ou a quimioterapia, causar infecções severas. Estas infecções classificam-se em superficiais ou sistémicas, consoante a zona anatómica ou os órgãos afectados. As infecções hospitalares por fungos, nomeadamente as causadas por C. albicans, têm vindo a aumentar nos últimos anos, assim como a mortalidade e a morbilidade associadas, e ainda os custos relacionados com os cuidados de saúde. Torna-se por isso importante a implementação de terapêutica de uma forma rápida, eficaz e correcta. Assim, é imperativo que os laboratórios de microbiologia clínica possuam métodos de diagnóstico rápidos, simples e económicos em relação a uma correcta identificação ao nível de espécie e em relação ao estudo da sensibilidade aos antifúngicos. Contudo, esta identificação ao nível de espécie não permite averiguar a origem das infecções, facto importante para a compreensão da evolução das infecções nosocomiais. Para tal, é necessário realizar um estudo ao nível de estirpe através de métodos moleculares que permitam fazer a distinção acurada entre isolados de C. albicans. Os métodos moleculares têm vindo a desenvolver um papel importante no diagnóstico de infecções: são rápidos, sensíveis, precisos e possuem a vantagem de se poder trabalhar pequenas quantidades de amostra. Têm no entanto a desvantagem de ser métodos caros, por vezes demasiado elaborados para serem instituídos num laboratório de microbiologia clínica com grande volume de amostras diárias. O principal objectivo deste trabalho consistiu na diferenciação de estirpes de C. albicans através de uma metodologia molecular inovadora, nunca antes efectuada no ocidente, simples e rápida, por meio de simples amplificações por PCR. Para tal, foram seleccionados 60 isolados clínicos de leveduras obtidas a partir de amostras clínicas de três localidades: Covilhã (Centro Hospitalar Cova de Beira, E.P.E) Lisboa (Instituto Português de Oncologia e Hospital de Santa Maria, E.P.E) e Viseu (Hospital de São Teotónio). O trabalho baseou-se na genotipagem de isolados clínicos de C. albicans por amplificação por PCR com primers dirigidos às sequências 25S rDNA e às regiões ALT das sequências RPS. Foi possível a sua diferenciação e distinção em estirpes, fazendo deste método um bom recurso para estudos epidemiológicos. Realizou-se ainda um estudo de sensibilidade in vitro das estirpes de C. albicans ao antifúngicos Fluconazol e Voriconazol pelo método de difusão em disco, segundo os procedimentos padronizados e publicados pelo CLSI. Através deste estudo foi verificada elevada susceptibilidade aos antifúngicos estudados. Com este trabalho conclui-se que a diferenciação ao nível de estirpe é muito importante para compreender padrões de surtos de infecções e ainda para averiguar a origem, endógena ou exógena, destas infecções nosocomiais. Como tal, este estudo epidemiológico torna-se essencial para definir um controlo mais rigoroso das infecções.