Lipases microbianas: produção, propriedades e aplicações biotecnológicas

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico(CNPq)

Evaluation of immobilized lipases on poly-hydroxybutyrate beads to catalyze biodiesel synthesis

Five microbial lipase preparations from several sources were immobilized by hydrophobic adsorption on small or large poly-hydroxybutyrate (PHB) beads and the effect of the support particle size on the biocatalyst activity was assessed in the hydrolysis of olive oil, esterification of butyric acid with butanol and transesterification of babassu oil (Orbignya sp.) with ethanol. The catalytic activity of the immobilized lipases in both olive oil hydrolysis and biodiesel synthesis was influenced by the particle size of PHB and lipase source. In the esterification reaction such influence was not observed. Geobacillus thermocatenulatus lipase (BTL2) was considered to be inadequate to catalyze biodiesel synthesis, but displayed high esterification activity. Butyl butyrate synthesis catalyzed by BTL2 immobilized on small PHB beads gave the highest yield (approximate to 90 mmol L-1). In biodiesel synthesis, the catalytic activity of the immobilized lipases was significantly increased in comparison to the free lipases. Full conversion of babassu oil into ethyl esters was achieved at 72 h in the presence of Pseudozyma antarctica type B (CALB), Thermomyces lanuginosus lipase (Lipex (R) 100L) immobilized on either small or large PHB beads and Pseudomonas fluorescens (PFL) immobilized on large PHB beads. The latter preparation presented the highest productivity (40.9 mg of ethyl esters mg(-1) immobilized protein h(-1)). (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Seleção de fungos termofílicos para produção de lipase e aplicação na produção de biodiesel

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Expressão heteróloga e modelagem de uma enzima lipolítica utilizando a abordagem metagenômica

Pós-graduação em Microbiologia Agropecuária - FCAV

PHYSICO-CHEMICAL, SPECTROSCOPICAL AND THERMAL CHARACTERIZATION OF BIODIESEL OBTAINED BY ENZYMATIC ROUTE AS A TOOL TO SELECT THE MOST EFFICIENT IMMOBILIZED LIPASE

Two microbial lipases from Burkholderia cepacia and Pseudomonas fluorescens were evaluated as catalysts for the enzymatic transesterification of beef tallow with ethanol and the most efficient lipase source was selected by taking into account the properties of the product to be used as fuel. Both lipases were immobilized on an epoxy silica-polyvinyl alcohol composite by covalent immobilization and used to perform the reactions under the following operational conditions: beef tallow-to-ethanol molar ratio of 1:9, 45 degrees C and 400 units of enzymatic activity per gram of fat. Products, characterized using Fourier Transform Infrared spectroscopy (FTIR), viscosimetry, thermogravimetry and H-1 NMR spectroscopy, suggested that the biodiesel sample obtained in the reaction catalyzed by Burkholderia cepacia lipase has the best set of properties for fuel usage.

Preliminary Characterization of Novel Extra-cellular Lipase from Penicillium crustosum Under Solid-State Fermentation and its Potential Application for Triglycerides Hydrolysis

Current studies about lipase production involve the use of agro-industrial residues and newly isolated microorganisms aimed at increasing economic attractiveness of the process. Based on these aspects, the main objective of this work is to perform the partial characterization of enzymatic extracts produced by a newly isolated Penicillium crustosum in solid-state fermentation. Lipase extract presented optimal temperature and pH of 37 A degrees C and 9-10, respectively. The concentrated enzymatic extract showed more stability at 25 A degrees C and pH 7. The enzymes kept 100% of their enzymatic activity until 60 days of storage at 4 and -10 A degrees C. The stability under calcium salts indicated that the hydrolytic activity presented decay with the increase of calcium concentration. The specificity under several substrates indicated good enzyme activities in triglycerides from C4 to C18.

Physico-chemical, spectroscopical and thermal characterization of biodiesel obtained by enzymatic route as a tool to select the most efficient immobilized lipase

Two microbial lipases from Burkholderia cepacia and Pseudomonas fluorescens were evaluated as catalysts for the enzymatic transesterification of beef tallow with ethanol and the most efficient lipase source was selected by taking into account the properties of the product to be used as fuel. Both lipases were immobilized on an epoxy silica-polyvinyl alcohol composite by covalent immobilization and used to perform the reactions under the following operational conditions: beef tallow-to-ethanol molar ratio of 1:9, 45ºC and 400 units of enzymatic activity per gram of fat. Products, characterized using Fourier Transform Infrared spectroscopy (FTIR), viscosimetry, thermogravimetry and ¹H NMR spectroscopy, suggested that the biodiesel sample obtained in the reaction catalyzed by Burkholderia cepacia lipase has the best set of properties for fuel usage.

Produção de lipidios funcionais por ação de lipase fúngica

A modificação estrutural de óleos e gorduras é uma das principais áreas de interesse de pesquisa em diferentes setores industriais. No caso da indústria de alimentos, a interesterificação é empregada para melhorar propriedades nutricionais e funcionais, em que se obtêm compostos diferentes dos que lhes deram origem. As lipases microbianas são os biocatalisadores mais utilizados industrialmente, por serem mais estáveis, específicas e com propriedades bem mais diversificadas que as lipases de outras fontes. Este trabalho objetivou, primeiramente, a caracterização da gordura da pele de frango (GPF) e sua comparação com óleo de soja, como referência, visando a utilização de GPF em reações de interesterificação. Para isto foram caracterizados quanto aos índices de rancidez hidrolítica e oxidativa, bem como de matéria insaponificável, índices de saponificação, refração e iodo. Foi realizado ainda o fracionamento e perfil de ácidos graxos destes lipídios e suas frações, com o cálculo de seus índices nutricionais. Foi verificado que a GPF apresentou qualidade satisfatória devido aos baixos índices de acidez (0,65 g ácido oleico.100 g -1 ), peróxido (2,14 meq.kg-1 ), p-anisidina (0,70 unidades de absorvância.g-1 ), além de fonte de ácidos graxos mono-insaturados (40%), sendo fonte promissora para estudos de interesterificação. Em um segundo momento o objetivo foi produzir lipídios modificados ricos em ácidos graxos essenciais a partir da gordura da pele de frango e ácidos graxos ramificados, utilizando lipase sn-1,3 específica e interesterificação do tipo acidólise. Foram estudados os fatores concentração de enzima, adição de água, proporção de substratos e tempo, segundo um planejamento experimental fatorial completo 2 4 . As separações analíticas foram executadas em placas de cromatografia de camada delgada, sendo as frações posteriormente extraídas, ressuspensas e injetadas no cromatógrafo a gás. Foi verificado que a adição de água ao meio reacional apresentou efeito significativo (p<0,05) para todos ácidos graxos avaliados dos triacilgliceróis, sendo que para o ácido essencial linoleico (C18:2) o efeito do tempo de reação também foi significativo, sendo verificado que quanto maior o tempo de reação, menor a quantidade de água a ser adicionada. Em um terceiro momento, o objetivo foi produzir éster fenólico a partir do DHCA, além de realizar reações de transesterificação deste éster com tricaprilina. Para a reação de transesterificação, foi utilizado um delineamento composto central rotacional (DCCR) variando a quantidade de enzima, tempo de reação e temperatura sobre a resposta (%) dos reagentes consumidos. A lipase Novozym® 435 de Candida antarctica foi utilizada como catalisador de todas reações. Foi verificado que a maior produção de éster (50%) ocorreu em oito dias. Nas reações de transesterificação, as relações molares em que houve maior consumo do éster produzido foram 1:5 e 1:10, sendo obtidos 21,1% e 29,6% de residual de dihidrocafeato de octila, respectivamente em 24 h. Foi observado que em altas temperaturas e tempo superior a 26 h, houve o menor residual de dihidrocafeato de octila (18,2%). Foram identificados três diferentes compostos fenólicos, contendo em sua estrutura dihidrocafeato de octila e ácido caprílico.

Síntese de ésteres derivados do ácido oléico empregando lipases produzidas por Yarrowia lipolytica

Biodiesel é um biocombustível que consiste na mistura de ésteres monoalquílicos de ácidos graxos de cadeia longa. O processo usual de produção deste combustível é a transesterificação de óleos vegetais com álcoois de cadeia curta. Nesse processo, a matéria prima deve conter baixo conteúdo de ácido graxos livres ( ≤ 1%) e água (≤ 0,5%). Como alternativa ao processo de transesterificação, destaca-se o emprego de matérias-primas de baixo custo, com elevado teor de ácidos graxos livres, para a síntese de ésteres alquílicos através de reações de esterificação. As reações de produção do biodiesel podem ser catalisadas por via química (ácida e básica) ou enzimática. Na catálise enzimática, os biocatalisadores empregados são as lipases, que catalisam a hidrólise e síntese de ésteres e podem ser obtidas a partir de microrganismos, plantas ou tecido animal, sendo as de origem microbiana as mais utilizadas. O objetivo principal deste trabalho foi avaliar o potencial da lipase de Yarrowia lipolytica, uma levedura não convencional, na síntese de ésteres do ácido oleico visando à obtenção de ésteres alquílicos (biodiesel). Foram estudados os efeitos da temperatura (25, 30, 35, 40, 50 e 60oC), do teor enzimático (5, 10, 20, 30 e 40% v/v) e do tipo de álcool (metanol, etanol, n-propanol e n-butanol ) nas reações de esterificação do ácido oleico empregando o extrato enzimático líquido produzido por Yarrowia lipolytica. Os resultados obtidos mostraram que as reações conduzidas a 30oC e com 10% v/v do extrato enzimático apresentaram maior taxa inicial de reação. Também foi avaliada a utilização do extrato enzimático liofilizado (5% m/v) e do PES (produto enzimático sólido) (5% m/v) de Yarrowia lipolytica na reação de esterificação do ácido oleico com n-butanol a 30oC. O maior consumo de ácido oleico ocorreu na reação conduzida com o PES. O efeito da temperatura (25, 30, 35, 40 e 50oC) na síntese de oleato de butila foi, então, investigado nas reações empregando PES como biocatalisador e a maior conversão de ácido oleico foi verificada na temperatura de 40oC

Screening Botryosphaeria species for lipases: Production of lipase by Botryosphaeria ribis EC-01 grown on soybean oil and other carbon sources

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Immobilization of lipases and assay in continuous fixed bed reactor

Lipases are versatile enzymes regarding the range of reactions they catalyse and substrates on which they act. They are as well important as catalyst in organic synthesis. Their immobilization on appropriate supports confer them greater stability besides the possibility of operating in continuous reactors. In order to explore these abilities, the reactions involving hydrolysis of p-nitrophenyl acetate (PNPA) and transesterification of PNPA with n-butanol were chosen. Lipases from two different sources were assayed, namely: microbial (Candida rugosa, CRL, Sigma Type VII) and pancreatic (PPL, Sigma, Type 11). Two immobilization methods were also used, namely: 1) adsorption, using as support the following silica derivatives (150-300μm e 450μ): phenyl, epoxy, amino and without derivation, and 2) covalent binding, using glutaraldehyde as binding agent and silica amino as support. This later method led to better results. Hydrolytic activity was 6.1 U/gsupport for CRL and 0.97U/gsupport for PPL, and of transesterification, 2,8U/gsupport for CRL and 1,9U/gsupport for PPL. Stability of the immobilized enzyme as a function of temperature was evaluated for CRL at 40°C and 50°C and for PPL at 32°C and 40°C. The assays were initially carried out batchwise, both for soluble and immobilized enzymes, aiming to the obtention of parameters for the continues reactor. Lipases immobilized by covalent binding were used in the assays of operacional stability in continuos reactors. For PPL in aqueous medium, at 32°C, and CRL in organic medium at 40°C, both operating continuously, no significant loss of activity was detected along the analysis period of 17 days. In the case of CRL in aqueous medium at 40°C there was a loss of activity around 40% after 18 days. For PPL in organic medium at 40°C the loss was 33% after 20 days. Compairing both sources with each other, very different results were obtained. Higher activitiy was found for CRL, both for hydrolysis and for transesterification reactions, with higher stability in organic medium. PPL showed lower activity as well as higher stability in aqueous medium. The immobilization method by covalent binding showed to be the most appropriate. Immobilized lipases are therefore relatively stable both in aqueous and organic medium.

Microbial risk from rainwater tanks in South East Queensland

Quantitative Microbial Risk Assessment (QMRA) analysis was used to quantify the risk of infection associated with the exposure to pathogens from potable and non-potable uses of roof-harvested rainwater in South East Queensland (SEQ). A total of 84 rainwater samples were analysed for the presence of faecal indicators (using culture based methods) and zoonotic bacterial and protozoan pathogens using binary and quantitative PCR (qPCR). The concentrations of Salmonella invA, and Giardia lamblia β-giradin genes ranged from 65-380 genomic units/1000 mL and 9-57 genomic units/1000 mL of water, respectively. After converting gene copies to cell/cyst number, the risk of infection from G. lamblia and Salmonella spp. associated with the use of rainwater for bi-weekly garden hosing was calculated to be below the threshold value of 1 extra infection per 10,000 persons per year. However, the estimated risk of infection from drinking the rainwater daily was 44-250 (for G. lamblia) and 85-520 (for Salmonella spp.) infections per 10,000 persons per year. Since this health risk seems higher than that expected from the reported incidences of gastroenteritis, the assumptions used to estimate these infection risks are critically discussed. Nevertheless, it would seem prudent to disinfect rainwater for potable use.