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Produção, caracterização e imobilização de lipases e sua aplicação na síntese de ésteres alquílicos de ácidos graxos
dc.contributor.author | Silveira, Erick de Abreu | |
dc.date.accessioned | 2018-05-22T00:07:31Z | |
dc.date.available | 2018-05-22T00:07:31Z | |
dc.date.issued | 2018-02-20 | |
dc.identifier.citation | SILVEIRA, Erick de Abreu. Produção, caracterização e imobilização de lipases e sua aplicação na síntese de ésteres alquílicos de ácidos graxos. 2018. Tese (Doutorado em Biotecnologia) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2018. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/10100. | * |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/10100 | |
dc.description.abstract | The use of industrial palm oil processing residues as a source of carbon and inducer for microbial lipase production can be an attractive way to add value to these residues and help reduce the costs of their production. In addition, the immobilization of these enzymes on solid supports is a way of improving their operational stability and facilitating their recovery and reuse in the process. The characteristics of the carrier and the immobilization technique employed can modulate the catalytic properties of lipases, in some cases altering their regio- and/or stereospecificities. In this context, this work had two main objectives: (i) to investigate the viability of the use of industrial palm oil residues as raw material for the production of lipase in different culture systems; (ii) to evaluate the effect of immobilization support and post-immobilization modification techniques on the activity, stability and specificity of immobilized lipase. Regarding lipase production, after the preliminary screening of 18 fungi from the Embrapa collection, the Aspergillus niger C strain was selected to evaluate lipase production by solid state (SSF) and submerged (SF) fermentation. The lipolytic activities achieved by SSF and SF of A. niger C were 15.41 and 10.46 IU/mL, respectively. The lipase produced by A. niger C by SSF showed maximum lipolytic activity at pH between 4.0 and 6.5 and at temperature between 37 and 55°C. This enzyme presented good stability at 60°C (half-life around 12 h) and greater specificity towards long carbon chain substrates, especially palm and sunflower oils. As for the immobilization step, the immobilization of a commercial lipase of Thermomyces lanuginosus (LTL) on different hydrophobic commercial supports and post-immobilization modification (glycosylation, hydroxylation and PEGylation) was first evaluated in order to verify the effect of the support and the post-immobilization modification technique on lipase activity, stability and specificity. Immobilization of LTL in Purolite C18 (support containing octadecyl groups) under different experimental conditions allowed the preparation of immobilized derivatives with different regiospecificities and reaction rates. Immobilization at pH 8.5 and 30°C in the presence of CTAB (cetyltrimethylammonium bromide) produced a derivative with perfect sn-1.3 regiospecificity. On the other hand, immobilization at pH 5.0 and 4°C in the absence of CTAB produced a nonspecific derivative which catalyzed the ethanolysis of acyl groups from the sunflower oil at sn-1 and sn-3 positions very quickly as well as at sn-2 position continuously. After the chemical modification of LTL adsorbed on Purolite C18 (Purolite-LTL) with PEG, the modified derivative showed high stability in an organic solvent free system (half-life of 6 days at 40ºC) and in hexane (100% activity after 20 days at 40°C). Subsequently, the immobilization of partially purified A. niger C lipase was evaluated on the supports Purolite C18 and octyl-silica (octyltriethoxysilane-modified silica). Immobilization yields were low (28-69%, in terms of activity), compared to those obtained with LTL immobilized on the same supports (approximately 100%). However, the derivative produced by the immobilization of A. niger C lipase on Purolite C18 (Purolite-LAN) showed similar performance to the Purolite-LTL derivative in the esterification of oleic acid with n-octanol, achieving oleic acid conversions of approximately 80% after 24 h of reaction. Therefore, this work stands out in an economic-environmental context, by the use of an agroindustrial residue of the processing of palm oil as a substrate for the production of an enzyme of great economic interest in different industrial sectors and by obtaining a competitive biocatalyst with a commercial lipase in important biotechnological applications. | eng |
dc.description.sponsorship | Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) | por |
dc.language.iso | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
dc.rights.uri | Acesso aberto | por |
dc.subject | Lipases | por |
dc.subject | Resíduos agroindustriais | por |
dc.subject | Resíduos de óleo de palma | por |
dc.subject | Biorrefinaria | por |
dc.subject | Fermentação submersa | por |
dc.subject | Fermentação em estado sólido | por |
dc.subject | Aspergillus niger | por |
dc.subject | Estabilização de derivados de lipase | por |
dc.subject | Modulação da atividade lipolítica | por |
dc.subject | Agro-industrial wastes | eng |
dc.subject | Palm oil residues | eng |
dc.subject | Biorefinery | eng |
dc.subject | Submerged fermentation | eng |
dc.subject | Solid-state fermentation | eng |
dc.subject | Stabilization of lipase derivatives | eng |
dc.subject | Lipase derivatives | eng |
dc.subject | Lipase activity modulation | eng |
dc.title | Produção, caracterização e imobilização de lipases e sua aplicação na síntese de ésteres alquílicos de ácidos graxos | por |
dc.title.alternative | Production, characterization and immobilization of lipases and their application in the synthesis of alkyl esters of fatty acids | eng |
dc.type | Tese | por |
dc.contributor.advisor1 | Farinas, Cristiane Sanchez | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/9933650905615452 | por |
dc.contributor.advisor-co1 | Tardioli, Paulo Waldir | |
dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/0808991927126468 | por |
dc.description.resumo | O uso de resíduos do processamento industrial de óleo de palma como fonte de carbono e indutor para produção de lipase microbiana pode ser uma forma atrativa de agregar valor a esses resíduos e contribuir para reduzir os custos de sua produção. Além disso, a imobilização dessas enzimas em suportes sólidos é uma forma de melhorar sua estabilidade operacional e facilitar a sua recuperação e reutilização no processo. Adicionalmente, as características do suporte e a técnica de imobilização empregada podem modular as propriedades catalíticas das lipases, alterando em alguns casos suas régio- e/ou estereoespecificidades. Neste contexto, este trabalho teve dois objetivos centrais, a saber: (i) investigar a viabilidade do uso de resíduos industriais de óleo de palma como matéria-prima para a produção de lipase em diferentes sistemas de cultivo; (ii) avaliar o efeito do suporte de imobilização e de técnicas de modificação pós-imobilização sobre a atividade, estabilidade e especificidade da lipase imobilizada. Quanto à produção de lipases, após etapa preliminar de triagem de 18 fungos da coleção da Embrapa, selecionou-se a linhagem de Aspergillus niger C para se avaliar a produção de lipase por fermentação em estado sólido (FES) e submersa (FSm). As atividades lipolíticas alcançadas por FES e FSm de A. nicer C foram de 15,41 e 10,46 UI/mL, respectivamente. A lipase bruta produzida por A. niger C por FES apresentou atividade lipolítica máxima em pH entre 4,0 e 6,5 e em temperatura entre 37 e 55ºC. Essa enzima apresentou boa estabilidade a 60°C (meia-vida em torno de 12 h) e maior especificidade na hidrólise substratos de cadeia carbônica longa, destacando-se óleo de palma e girassol. Quanto à etapa de imobilização, primeiramente avaliou-se a imobilização de uma lipase comercial de Thermomyces lanuginosus (LTL) em diferentes suportes comerciais hidrofóbicos e modificação pós-imobilização (glicosilação, hidroxilação e PEGuilação) a fim de se verificar o efeito do suporte e da técnica de modificação pós-imobilização sobre a atividade, estabilidade e especificada da lipase. A imobilização de LTL em Purolite C18 (suporte contendo grupos octadecil) em diferentes condições experimentais permitiu a preparação de derivados imobilizados com diferentes regioespecificidades e taxas de reação. A imobilização a pH 8,5 e 30°C na presença de CTAB (brometo de cetiltrimetilamónio) produziu um derivado com regioespecificidade sn-1,3 perfeita. Por outro lado, a imobilização em pH 5,0 e 4°C na ausência de CTAB produziu um derivado não específico, catalisando a etanólise de grupos acil do óleo de girassol rico em ácido oleico das posições sn-1 e sn-3 de forma muito rápida e também continuamente da posição sn-2. Após a modificação química da LTL adsorvida em Purolite C18 (Purolite-LTL) com PEG, o derivado modificado apresentou alta estabilidade em sistema livre de solvente orgânico (meia-vida de 6 dias a 40ºC) e em hexano (100% de atividade após 20 dias a 40ºC). Posteriormente, avaliou-se a imobilização da lipase de A. niger C parcialmente purificada nos suportes Purolite C18 e octil-silica (silica modificada com octiltrietoxisilano). Os rendimentos de imobilização foram baixos (28 a 69%, em termos de atividade), comparados aos obtidos com a imobilização de LTL nos mesmos suportes (aproximadamente 100%). Entretanto, o derivado produzido pela imobilização da lipase de A. niger C em Purolite C18 (Purolite-LAN) apresentou desempenho similar ao derivado Purolite-LTL na esterificação de ácido oleico com n-octanol, atingindo conversões de ácido oleico de aproximadamente 80% após 24 h de reação. Destaca-se, portanto, a contribuição deste trabalho em um contexto econômico-ambiental, pelo aproveitamento de um resíduo agroindustrial do processamento do óleo de dendê como substrato para a produção de uma enzima de grande interesse econômico em diferentes setores industriais e pela obtenção de um biocatalisador imobilizado competitivo com uma lipase comercial em aplicações importantes de base biotecnológica. | por |
dc.publisher.initials | UFSCar | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia - PPGBiotec | por |
dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA | por |
dc.description.sponsorshipId | FAPESP: 2013/20826-0 | por |
dc.description.sponsorshipId | FAPESP: 2015/10530-2 | por |
dc.description.sponsorshipId | FAPESP: 2016/10636-8 | por |
dc.ufscar.embargo | Online | por |
dc.publisher.address | Câmpus São Carlos | por |
dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/7167250624274766 | por |