O objetivo deste projeto foi estabelecer um processo de síntese enzimática de biodiesel empregando sebo bovino como matéria-prima lipídica. Para o desenvolvimento deste projeto de mestrado, o trabalho experimental foi direcionado para as seguintes atividades: 1) Determinação das propriedades físico-químicas da matéria-prima; 2) Testes de seleção do derivado imobilizado mais efetivo para mediar a síntese de biodiesel a partir do sebo bovino; 3) Estabelecimento de metodologias para analisar o produto transesterificado por diferentes técnicas; 4) Otimização da síntese de biodiesel por planejamento experimental; 5) Aumento de escala e comprovação do modelo estatístico e 6) Caracterização do produto formado e comparação com o biodiesel comercial. Os resultados das análises de composição da matéria-prima indicaram que a amostra de sebo bovino atende ao padrão exigido para ser utilizado na reação de transesterificação (baixo teor de água e índice de acidez). Para os testes de triagem do biocatalisador, diferentes fontes de lipase (EC 3.1.1.3) foram imobilizadas no suporte híbrido POS-PVA e utilizadas para mediar a reação de transesterificação do sebo bovino e etanol em meio isento de solventes. Todas as reações foram realizadas nas mesmas condições operacionais (temperatura de 45°C, razão molar de 1:9 (gordura/álcool) e 400 unidades de atividade enzimática por grama de sebo bovino). Os rendimentos de transesterificação, bem como os valores de produtividade, foram os parâmetros relevantes na escolha do biocatalisador mais efetivo. Os produtos transesterificados obtidos com rendimentos superiores a 90% foram ainda submetidos a análises complementares, tais como viscosidade cinemática, espectrometria de absorção na região do infravermelho e termogravimetria. O derivado imobilizado selecionado (Pseudomonas cepacia) foi caracterizado quanto às suas propriedades bioquímicas, cinéticas e de estabilidade térmica. Um planejamento experimental foi adotado para determinar a influência do pH e da temperatura na atividade enzimática. Para o estudo da cinética enzimática foram realizados experimentos com diferentes concentrações de substrato (azeite de oliva) visando determinar os parâmetros Km e Vmax na cinética de Michaelis-Menten. Um estudo da estabilidade térmica da lipase livre e imobilizada foi realizado a 60°C para determinar a constante de desativação térmica. Na seqüência, o derivado imobilizado selecionado foi utilizado para otimizar as variáveis do processo (temperatura e razão molar) empregando a metodologia de superfície de resposta, obtendo o seguinte modelo matemático para o rendimento de transesterificação: Y = 86,89-7,46 x1-2,04 x2 em que x1 e x2 são os valores codificados para as variáveis temperatura e razão molar, respectivamente. Com os resultados obtidos, as condições ótimas de reação foram determinadas por software (T= 48ºC e razão molar 1:7 (sebo:etanol)) e então um experimento de comprovação do modelo foi realizado usando uma massa de 110 gramas de meio reacional. Os valores de rendimento da reação apresentaram uma boa correlação com os resultados preditos pelo modelo (91,62% em 8h de reação). Finalmente o produto obtido foi submetido a uma sequência de testes e análises para verificar o potencial do processo enzimático. Os testes indicaram que o processo enzimático é capaz de produzir biodiesel com boa qualidade, apesar de não atender plenamente as normas estabelecidas pela Agência Nacional de Petróleo para uso de combustíveis no país. / The objective of this project was to establish a process for enzymatic synthesis of biodiesel using beef tallow and ethanol as feedstock. For the development of this project, the experimental work was directed to the following activities: 1) Determination of the physicochemical properties of the raw material; 2) Tests for selection of the most eficiente immobilized derivative to mediate the biodiesel synthesis from beef tallow; 3) Methodology establishment for analyzing the product transesterificated by different techniques; 4) Optimization the synthesis of biodiesel by factorial design; 5) Mathematical model comprovation and increase the reaction mass 6) Characterization of the product formed and comparison with the industrial biodiesel. The results of analysis of composition of the raw materials indicated that the sample of beef tallow meets the standard required to be used in the transesterification reaction (low water content and acidity). For screening tests of biocatalysts, different sources of lipase (EC 3.1.1.3) were immobilized on POS-PVA support and used to mediate the transesterification of beef tallow and ethanol in solvent free medium. All reactions were performed under the same operating conditions (temperature of 45°C, molar ratio of 1:9 (fat/ alcohol) and 400 units of enzyme activity per gram of beef tallow). The transesterification yields and the productivity values were important parameters in choosing the most effective biocatalysts. Transesterificated products obtained with yields higher than 90% were subjected to additional tests, such as kinematic viscosity, infrared spectroscopy, thermogravimetry and 1H NMR. The immobilized derivative selected (Pseudomonas cepacia) was characterized according to biochemical and kinetics properties and thermal stability. An experimental design was adopted to determine the influence of pH and temperature on enzyme activity. To study the enzyme kinetics experiments were performed with different concentrations of substrate (olive oil) to determine the parameters Km and Vmax in the Michaelis-Menten kinetics. A study of thermal stability of free and immobilized lipase was performed at 60 °C to determine the constant of thermal deactivation. Following this, the chosen immobilized derivative was used to optimize the transesterification reaction (temperature and molar ratio) via response surface methodology, obtaining the following mathematical model (Y=86.89-7.46x1-2.04x2) for the transesterification yield, where x1 and x2 are the coded values for the variables temperature and molar ratio, respectively. Optima reaction conditions were determined by software (T = 48 ° C and molar ratio of 1:7 (tallow: ethanol)) and then a trial to confirm the mathematical model was performed using 110 g of reaction medium. The yield value showed good correlation with results predicted by the model (91.62% in 8 h reaction). Finally, the product was submitted to a sequence of tests and analysis to verify the potential of the enzymatic process. The tests indicated that the enzymatic process allows producing biodiesel with good quality, although the specifications recommended by the Brazilian Petroleum Agency (ANP) to be used as biofuel were not fully attained.

This thesis aimed to give more insight in the dynamics of enzymes at interfaces. The adsorption and mobility of adsorbed proteins can e.g. give a better understanding of structure-function properties of interfacially active enzymes. Studied enzyme was the lipase from Thermomyces lanuginosus (TLL). Adsorption of TLL to surfaces of different hydrophobicity was studied by Dual Polarization Interferometry (DPI), Surface Plasmon Resonance (SPR) and ellipsometry. It was found that TLL had highest affinity and adsorbed to largest adsorbed amount on a hydrophobic, C18 terminated surface. Moreover, activity studies of adsorbed TLL suggested that a larger fraction of the lipases were orientated with the active site facing the surface on hydrophobic surfaces. Mobility of adsorbed enzymes was studied by means of Fluorescence Recovery After Photobleaching (FRAP) with Confocal Laser Scanning Microscopy (CLSM). CLSM was also used as a tool to image the role of TLL in the detergency of lipids from single cotton fibers. The TLL surface mobility was measured on model surfaces of different hydrophobicity. The rate of TLL surface diffusion was strongly dependent on the surface density of lipase, which was explained by sterical hindrance and intermolecular repulsion. The diffusion was both lowest and decreased as a function of time after adsorption on the most hydrophobic surface. This was thought to be due to a larger fraction of adsorbed TLL oriented with the active site towards the hydrophobic surface and that this fraction increased as a function of time. The presence of surfactants affected the TLL mobility on hydrophobic surfaces. The diffusion increased more than tenfold when TLL was coadsorbed with C12E6/LAS above the critical micellar concentration (cmc) of the surfactant. This was thought to be due to a surfactant induced desorption-rebinding mechanism of TLL. Total Internal Reflection Fluorescence Correlation Spectroscopy (TIR-FCS) supported this theory and was implemented as a technique to quantify kinetic processes of protein-surfactant interactions at surfaces. The surface mobility of TLL was higher on a trimyristin substrate surface compared to the model hydrophobic surface. Single particle tracing of lipases could be performed by conjugation of TLL to Quantum Dots (QDs). The microscopic behavior of QD-lipases on trimyristin suggested that the enzyme operated in two different modes on the surface, which gave the trajectories of single lipase molecules a “bead on a string” appearance. / QC 20100818

Lipases are carboxylic ester hydrolases which act on acylglycerols to liberate fatty acids and glycerol. These enzymes are currently attracting an enormous attention because they are among the most versatile and widely used enzymes in biotechnological applications and due to their unique properties. Moreover, these enzymes and their inhibitors have a high pharmacological interest because some microbial lipases can act as virulence factors in several infectious diseases. Therefore, the general objective of the present work was the isolation, cloning, characterization and inhibition by natural substances of microbial lipases with interest in biotechnology and infectious diseases.The first chapter was focused on the isolation and characterization of new Bacillus lipases to evaluate their biotechnological potential. The lipolytic system of several very active strains with an unknown lipolytic system was analyzed, and then, the lipases LipA from Bacillus megaterium CECT 370 and LipA from Bacillus sp. BP-6 were isolated, cloned and characterized. Both enzymes are family I.4 carboxylesterases closely related to Bacillus subtilis LipB, and have a high biotechnological potential due to their high stability and due to their molecular and biochemical properties.Chapter 2 consisted in the isolation of 724 microorganisms from soil samples collected from a subtropical forest of Puerto Iguazú (Argentina). Among them, 449 showed one or more of the biotechnologically-interesting enzymatic activities "true lipase", carboxylesterase, cellulase, xylanase and pectinase. CR-53 and CR-179, two very active isolates, were subsequently identified as two strains closely related to the species Rhodococcus erythropolis and Bacillus subtilis, respectively. Further analysis revealed that strain CR-53 produces a cell-bound carboxylesterase of 60 kDa, one of the first lipases known in the genus Rhodococcus, whereas strain CR-179 possesses a lipolytic system related to that of other Bacillus.Chapter 3 was focused in the development of a new, fast, simple and more sensitive colorimetric microassay with a low cost and suitable for high-throughput analysis of purified or non-purified lipolytic enzymes. The assay was subsequently used to evaluate the effect of several saturated fatty acids on five cell-bound or secreted (Paeni)Bacillus lipases. These lipids inhibited all the enzymes analyzed, although secreted lipases were activated by low concentrations of these compounds. Activation of microbial lipases by fatty acids is a phenomenon detected here for the first time, and could be related to the properties and biological function of these secreted enzymes.Chapter 4 consisted in the analysis of the inhibitory effect of several natural substances (saponins, flavonoids and alkaloids) on the model lipase from Candida rugosa (CRL) to evaluate their potential as antilipase drugs. beta-aescin, digitonin, kaempferol and (±)-catechin were selected as the best candidates for the treatment or prevention of lipase-related diseases due to the strong inhibition they produced on CRL, as well as due to their other beneficial effects and their low toxicity.The aim of chapter 5 was to isolate, clone, characterize and evaluate the inhibition of lipases from the pathogens Propionibacterium acnes and Helicobacter pylori. The analysis of GehA from Propionibacterium acnes P-37, a lipase considered as a major etiological agent in the pathogenesis of acne, revealed that this enzyme is very adapted to the skin conditions. EstV (HP0739), a family V carboxylesterase which was identified by analyzing Helicobacter pylori 26695 proteome, is the first lipase from this pathogen that has been cloned, purified and characterized. The evaluation of the effect of several natural substances on GehA and EstV revealed that beta-aescin, glycyrrhizic acid, (±)-catechin and kaempferol are promising candidates for the treatment of acne and/or ulcer due to their strong inhibitory activity on these lipases, as well as due to their other anctiacne or antiulcer effects and their low toxicity.

Submitted by Daniella Sodre (daniella.sodre@ufpe.br) on 2015-03-16T13:07:26Z No. of bitstreams: 2 Dissertacao Cyndy Farias.pdf: 1334800 bytes, checksum: b72c07448d252fc10bfb1b286ca3a1d9 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-16T13:07:26Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertacao Cyndy Farias.pdf: 1334800 bytes, checksum: b72c07448d252fc10bfb1b286ca3a1d9 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2013-02-26 / CNPq / Espécies de Aspergillus vem sendo objeto de estudos devido à capacidade de produzir lipases, aumentando sua aplicabilidade em escala industrial. A grande demanda industrial por novas fontes de lipases com diferentes características tem estimulado a procura de novas cepas de microorganismos lipolíticos, principalmente de fungos, ou a busca de novas fontes de carbono com o interesse em otimizar a produção de lipases utilizando substrato de baixo valor comercial. Os objetivos deste trabalho foram detectar e produzir lipases utilizando como substratos resíduo de licuri por culturas de Aspergillus mantidas na Micoteca URM; selecionar o melhor produtor, verificar as melhores condições de produção da enzima e determinar o efeito e a estabilidade das lipases ao pH e a temperatura. Foram realizadas a reativação e autenticação das culturas através das características morfofisiológicas. A detecção da atividade lipásica foi realizada utilizando Tween 20 como substrato. Na fermentação em estado sólido utilizou-se resíduo de licuri como fonte de carbono. Para determinação das melhores condições de produção foi realizado planejamento fatorial completo (24) com as variáveis temperatura, pH, teor de umidade e concentração de indutor. A enzima foi caracterizada parcialmente quanto ao pH e temperatura ótimos e estabilidade ao pH e à temperatura. Das 18 culturas preservadas sob óleo mineral, no período de 5 anos, todas permaneceram viáveis e foram autenticadas. Na seleção do produtor de lipases nenhuma cultura foi capaz de apresentar halo de degradação, entretanto em fermentação em estado sólido utilizando farelo de licuri todas as culturas produziram lipases com atividades que variaram de 74,33 a 197,44 U/gss. A. candidus URM 5611 apresentou um bom desempenho com atividade lipolítica de 197,44 U/gss, após 48 horas de fermentação, sendo selecionado para a produção e caracterização parcial da enzima. Após a produção da enzima em diferentes condições, atividade máxima de lipases foi de 121,856 U/gss em 48 h de fermentação nas condições: 75% de umidade, pH 5,5, 0% de indutor a 25ºC. A lipase apresentou atividade ótima em pH 2,5 a 65°C e estabilidade na faixa de pH 2,5 a 9,0 de 30 a 80°C. Culturas de Aspergillus preservadas sob óleo mineral em coleções de culturas são capazes de manter as características morfofisiológicas. A. candidus é uma espécie promissora para produção de lipases com perspectiva de aplicação em escala industrial. O uso de resíduo agroindustrial para obtenção de lipases torna-se uma ferramenta para o desenvolvimento de tecnologias limpas, convertendo o resíduo em questão em um produto de maior valor agregado.

Neste trabalho realizou-se uma triagem com os fungos de origem marinha Trichoderma sp Gc1, Penicillium miczynskii Gc5, Penicillium raistrickii Ce16 e Aspergilus sydowii Gc12 para catalisar a abertura do (RS)-2-(benziloximetil)oxirano (2). O melhor resultado foi obtido com o fungo Trichoderma sp Gc1, pois forneceu o (R)-(-)-2-(benziloximetil)oxirano (2) com excesso enantiomérico de 60 % e rendimento isolado de 39 %; o diol (S)-(+)-1,2-propanodiol-3-fenilmetóxi (2a) com excesso enantiomérico de 32 % e rendimento de 19 %. Posteriormente otimizou-se as condições experimentais com o epóxido 2 e o fungo Trichoderma sp Gc1, variando-se a massa de biocatalisador, o meio de cultura e o tempo de reação. Os melhores resultados sob essas condições foram aplicadas para os epóxidos 3-5 fornecendo o (S)-(+)-2-[4-metoxifenoxi)metil]oxirano (3a), (S)-(+)-2-(propeniloxi)oriano (4), (R)-(+)-1-alilóxi-2,3-propanodiol (4a) e o (-)-9-deceno-1,2-diol (5a). Nesses estudos embora ocorreu a abertura seletiva dos epóxidos com as células totais do fungo Trichoderma sp Gc1, não obteve-se altas purezas enantioméricas dos produtos. Ainda nesse trabalho realizou-se a síntese das cloroidrinas racêmicas, a (RS)- 1-cloro-2-propanol- 3-fenilmetóxi (2b), (RS)- 1-cloro-2-propanol- 3-(4-metoxifenóxi) (3b) e (RS)- 1-alilóxi-3-cloro-2-propanol (4b) em bons rendimentos e uma metodologia sintética ambientalmente apropriada, pois os compostos foram preparados em meio aquoso na presença de íons cloreto. Em seguida realizou-se uma resolução enzimática da (RS)-1-alilóxi-3-cloro-2-propanol (4b) com a lipase de Candida antarctica onde obteve-se a clorodrina 4a (e.e. 72 %) e o seu correspondente produto acetilado 4c (e.e. 82 %) em bons excessos enantioméricos. Conclui-se que os fungos de origem marinha utilizados neste trabalho são potenciais fontes de epóxido-hidrolases para promover a abertura seletiva de epóxidos. / In this work carried out itself the first study biocatalytic involving reactions of reduction of cetonas with fungi of marine origin. They were utilized 7 cetonas commercial as substratos and 8 fungi derived little seas like biocatalisadores. The fungi were isolated of the sponges little seas Geodia corticostylifera (Trichoderma sp Gc1, Penicillium miczynskii Gc5, Aspergillus sydowii Gc12) and Chelonaplysylla erect (Bionectria sp Ce5, Aspergillus sydowii Ce15, Penicillium raistrickii Ce16 and Aspergillus sydowii Ce19). The reduction 2-chloro-1-phenylethanone (1) was studied under several conditions of reaction (changes of pH, addition or absence of glucose) and the best result was with fungus P. miczynskii Gc5, therefore itself obteve an isolated performance of 60% and excess enantiomeric of 50% for the (S)- 2-chloro-1- phenylethanol (1a). The interesting one in these studies was that all of the fungi utilized in the selection with the 2-chloro-1-phenylethanone (1) presented selectivity anti- Prelog. In the literature is common obtain reduction enzymatic with selectivity Prelog. To 2-bromo-1-phenylethanone (2) was biotransformaded by the fungus A. sydowii Ce19 you correspond composed: (S)-2-bromo-1-phenylethanol (2a), (S)-2-cloro-1- phenylethanol (1a), whereas to (2c), 2-chloro-1-phenylethanone (1) and the 2- phenyloxirane (2b) were obtained by reactions not enzymatic. To 2-bromo-1-(4- bromophenyl)ethanone (3) and to 2-bromo-1-(4-nitrophenyl)ethanone (4) were entirely biodegradadas by the fungus A. sydowii Ce19. The reduction biocatalytic of the 1-(2- iodophenyl)ethanol (5) and 1-(3-iodophenyl)ethanol (6) with the fungus Trichoderma sp Gc1 supplied the 1-(2-iodophenyl)ethanol (5a) and the 1-(3-iodophenyl)ethanol (6a) with excellent excesses enantiomeric (e.e. > 99%). It stayed verified also that the fungi derived little seas for promote the reactions of reduction by biocatalysis are going to be cultivated in water of the artificial sea.

Orientador: Gabriela Alves Macedo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-04T03:46:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paques_FernandaWiermann_M.pdf: 6189981 bytes, checksum: 77524f7ec14f477316b84c8a78558b65 (MD5) Previous issue date: 2005 / Mestrado / Ciência de Alimentos / Mestre em Ciência de Alimentos

Orientador: Gabriela Alves Macedo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-18T14:07:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barros_Marciode_D.pdf: 1782603 bytes, checksum: fdeec5e629d7e54010f26836d322579b (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: As esterases (carboxil-ester hidrolases; EC 3.1.1.3) e as lípases (triacilglicerol acilhidrolases; EC 3.1.1.3), são, coletivamente, conhecidas como enzimas lipolíticas, por apresentarem habilidade para hidrolisar ésteres de ácido carboxílico de cadeia curta e longa, respectivamente. As lipases catalisam a hidrólise de ligações éster na interface orgânica-aquosa, diferentemente das esterases que catalisam a hidrólise de ligações éster de substratos em meio aquoso. O objetivo deste trabalho foi avaliar a atividade de esterase nos extratos brutos das sementes de soja (Glycine Max L.), sorgo (Sorghum bicolor L.) e cacau (Theobroma cacao); selecionar as sementes que apresentam maior atividade esterásica, e avaliar as características bioquímicas das enzimas brutas e purificadas. Foi observada atividade lipolítica e esterásica nas amêndoas de cacau e esterásica nas sementes de soja e sorgo. Foram avaliadas diferentes soluções para a extração da esterase de soja e observou-se que a solução de CaCl2 0,01M mostrou-se mais eficiente na extração da enzima sendo obtido atividade igual a 1,83 U.mg-1. No estudo da concentração da esterase de sorgo por fracionamento com sulfato de amônio foi obtido maior atividade (188,30 U.mg-1) utilizando 60% de saturação do sal. Na precipitação da esterase de soja com sulfato de amônio a enzima apresentou baixa estabilidade. Em relação aos parâmetros bioquímicos, a esterase de sorgo apresentou atividade ótima na temperatura de 40ºC, porém apresentou baixa estabilidade nesta temperatura, o pH ótimo de atividade da enzima foi pH 8 e a enzima demonstrou ser estável em toda faixa de pH estudada (3 a 10), quanto ao substrato a enzima demonstrou maior afinidade por pNPB cuja atividade foi 70,82 U.mL-1. Quanto a esterase de soja, as preparações bruta e purificada apresentaram o mesmo comportamento apresentando atividade ótima em pH 8,0 e a 40°C, estabilidade na faixa de pH 6,5 a 10 e estabilidade até 50°C durante 60 minutos. O composto polietilenoglicol de peso molecular 0,4; 6 e 10kDa ativou respectivamente 140, 170 e 140% a esterase de soja bruta. A esterase de soja purificada apresentou um aumento de 11 vezes na atividade, com um Km de 0,85 µM e Vmax 31,5 U.mL-1. As características apresentadas pelas esterases de soja e sorgo as qualificam para aplicação industrial / Abstract: Esterases (carboxyl ester hydrolases; EC 3.1.1.3) and lipases (glycerol ester hydrolases EC 3.1.1.3) are enzymes capable of hydrolyzing short and longchain carboxylic acid esters, respectively. The lipases hydrolyze the ester bonds of their water-insoluble substrates at the organic-aqueous interface, differently from the esterases, that hydrolyze the ester bonds of their soluble substrates in the aqueous medium. The objective of this work was to evaluate the presence of esterases and/or lipases in crude extracts of soybean (Glycine Max L.), sorghum (Sorghum bicolor L.) and cacao (Theobroma cacao) seeds, select the seeds with the highest esterase activities, and study the biochemical properties of the crude and purified enzymes. Lipolytic and esterase activities were found in the cacao seeds, but only esterase activity in the soybean and sorghum seed crude extracts. Different solutions were evaluated to extract the soybean esterase, and it was found that 0.01M CaCl2 was the most efficient, obtaining activity of 1.83 U.mg-1. In the fractional precipitation process with ammonium sulfate aimed at concentrating the sorghum esterase, the highest activity (188.30 U.mg-1) was obtained with 60% saturation of the salt. However, when ammonium sulfate was used to concentrate the soybean esterase, low enzyme stability was observed. With respect to the biochemical parameters, the sorghum esterase showed optimum activity at pH 8 and a temperature of 40°C, but showed low stability at 40°C although it was stable in the entire pH range studied (3 to 10). With respect to the substrates, it showed greatest affinity for short-chain fatty acids (pNPB), with activity of 70.82 U.mL-1. The crude and purified preparations of the soybean esterase showed the same behavior, with optimum activity at pH 8 and 40°C, and were stable at pH values between 6.5 and 10 and at temperatures up to 50ºC for 60 minutes Polyethylene glycol with molecular weights of 0.4, 6 and 10kda activated 140, 170 and 140% of the enzyme activity, respectively. The soybean esterase was purified using DEAESepharose ion exchange column chromatography followed by passage through a Sephadex G-100 gel column and ultra-filtration, leading to an overall purification of 17.6 fold, with a Km of 0.85 µM and Vmax of 31.5 U.mL-1. The biochemical characteristics presented by the soybean and sorghum seed esterases qualified them for industrial applications / Doutorado / Ciência de Alimentos / Doutor em Ciência de Alimentos

Diplomová práce se zabývá vlivem nutričních a aeračních faktorů na produkci lipáz bakterií Bacillus subtilis (CCM 1999). Produkce lipáz byla studována zejména z hlediska katalytického působení lipáz při degradaci polyesterových řetězců. Mezi studované parametry patřily: růst bakterií, lipolytická aktivita, pH optimum, teplotní optimum, tepelná stabilita, proteolytická aktivita, množství bílkovin, atd. a to v různých typech živných medií zaočkovaných Bacillus subtilis. Jedna série vzorků kultivačních médií pro BS na bázi: pepton a kvasničný extrakt (NB), pepton, kvasničný extrakt s 2% přídavkem (w/v) glukózy (NBG) a minerální médium s kvasničným extraktem (MS-YE) obsahovala jeden PCL vzorek o definovaných rozměrech (Mn = 10 kDa, = 1.4). Experimenty probíhaly po dobu 21 dnů pří rychlosti třepání 160 a 200 rpm. Přítomnost PCL způsobila v obou typech médií (NB, NBG) inokulovaných BS zvýšení lipolytické aktivity, což naznačuje, uvolnění a následné uplatnění se nízko-molekulekulárních řetězců PCL jako substrátů pro BS. BS kultivovaný v MS-YE medium vykazoval ve srovnání s NB a NBG médii nízké hodnoty lipolytické aktivity a to i v přítomnost PCL. Během experimentů se hodnota pH posunula z neutrální (pH 7.0) do alkalické (pH 8.5-9.3) oblasti a to ve všech typech médií s i bez přítomnosti PCL vzorku v důsledku metabolických pochodů BS využívajících různé substráty. Lipolytické enzymy stanovené v supernatanech bez bakteriálních buněk vykazují dvě pH optima v přítomnosti PCL, pH 7 a 9. V nepřítomnosti polymeru vykazují pouze jedno pH optimum při pH 7. Na základě měření tepelné stability bylo prokázáno, že extracelulární lipázy jsou relativně termostabilní enzymy, zejména v nepřítomnosti polymeru. Dále byla provedena základní proteomická analýza lipáz produkovaných bakterií Bacillus subtilis v NBG médiu pomocí metody peptidového mapování (PMF). Byla ověřena přítomnost proteinů s molární hmotnosti (19.3 kDa) pomocí FPLC. SDS-PAGE a IEF-PAGE prokázaly přítomnost těchto proteinů v obou studovaných mediích inokulovaných BS (NBG vs. NBG/PCL). Zásadní rozdíly proteinového složení v přítomnosti PCL nebyly potvrzeny a identifikace pomoci MALDI-TOF hmotnostní spektrometrie nestanovila žádnou lipázu. Proces degradace v PCL vzorcích byl vyhodnocen také na základě hmotnostních úbytků, které byly zjištěny ve všech typech médií inokulovaných BS pravděpodobně v důsledku synergického účinku enzymaticky-katalyzované a biotické hydrolýzy v alkalickém prostředí. . Modelová degradační studie PCL a jeho kompozitu s oxidem grafenu (2.7 hm.%, GO) byla provedena v přítomnosti bakterie Bacillus subtilis v NBG při 30 °C a počátečním pH 7 po dobu tří týdnů. Hmotností úbytky PCL filmů se postupně zvyšovaly během celého degradačního testu až ke 12 hm%. Degradace PLC/GO kompozitu probíhala pomaleji, což je prokázáno maximální hmotnostním úbytkem 5 hm%. Podobný charakter elučních křivek PCL a jeho kompozitu stanovený pomocí SEC potvrzoval snížení molární hmotnosti po degradaci.

As caprilinas são acilgliceróis de cadeia média com diversas aplicações nos campos alimentício, farmacêutico e cosmético. A esterificação direta é um processo importante para a síntese de caprilinas, dado que o glicerol é subproduto da produção de biodiesel e que a tricaprilina, material de partida para a glicerólise e hidrólise, não é um composto abundante naturalmente. As reações existentes para a síntese de acilgliceróis podem ser catalisadas por via química ou enzimática, sendo esta última superior em diversos aspectos. Dois dos principais contrapontos à utilização de enzimas são seu alto custo e dificuldade de recuperação. A imobilização de enzimas é uma das maneiras existentes para contornar estas questões. A maioria dos estudos científicos relativos à obtenção destes compostos refere-se aos acilgliceróis de cadeia longa. Portanto, é necessário aprimorar a esterificação direta entre o glicerol e ácido caprílico catalisada por lipase, através da compreensão da cinética reacional e da influência dos parâmetros reacionais. A existência de uma metodologia de separação, identificação e quantificação simples e eficaz também é importante, tornando as pesquisas relacionadas às caprilinas mais rápidas e menos complicadas. Desta maneira, este trabalho consistiu de três etapas principais: (1) a imobilização de lipases em resinas de troca aniônica, visando reduzir os custos em relação à lipase imobilizada comercial; (2) o desenvolvimento de um método de cromatografia em camada delgada capaz de quantificar as caprilinas formadas; (3) o estudo da reação de esterificação para a obtenção de caprilinas em regime descontínuo e descontínuo-alimentado. A resina DOWEX® 1X2-400 foi a que apresentou a melhor eficiência de imobilização (EI) da Palatase®. Sua atividade lipolítica foi apenas 12,7% inferior à versão imobilizada comercial da lipase, a Lipozyme®RM IM, indicando a viabilidade de substituição desta última. O desenvolvimento de método de cromatografia em camada delgada resultou em relações lineares para a detecção e quantificação de ácido caprílico, monocaprilina, dicaprilina e tricaprilina com R2 e R2pred de 99,3%/98,73%; 98,9%/97,6%; 99,8%/99,8% e 99,7%/99,5%, respectivamente, e com valor-p de 0,000. As reações em regime descontínuo foram realizadas seguindo planejamento fatorial completo, no qual foram variadas a temperatura (30 ou 70°C), a proporção molar entre os reagentes (1:1 ou 3:1 - ácido caprílico : glicerol) e o tempo reacional (6 ou 10h). A análise de regressão do rendimento reacional expresso em porcentagem de consumo de ácido caprílico indicou que, nestas condições, os fatores relevantes para o resultado final são a temperatura e a proporção molar, bem como a interação entre eles. As melhores condições para a obtenção de mono e dicaprilinas foram, portanto, de 30ºC e razão molar de 1:1. O estudo da cinética da reação indica que 40,4% do ácido caprílico são consumidos na primeira hora e que o consumo máximo ocorre na terceira hora de reação. Houve uma queda drástica no rendimento reacional, quando a reação foi conduzida em regime descontínuo-alimentado, provavelmente devido à menor eficiência catalítica da lipase devido ao baixo teor de água na primeira hora de reação. / Caprylins are medium chain acylglycerols that find several applications in food, pharmaceutical and cosmetic fields. Direct esterification is an important route for the synthesis of caprylins, since glycerol is a byproduct of biodiesel production and tricaprylin, the starting material of glycerolysis and hydrolysis, is not a naturally abundant compound. The glycerides synthesis can be catalyzed by either chemical or enzymatic routes, the latter being superior in several aspects. The biggest issues regarding the use of enzymes are their high cost and difficult recovery. Using immobilized enzymes can minimize these concerns. Most of scientific studies concerning the obtainment of these compounds address to long chain acyglycerols. Thus, the improvement of lipase catalyzed esterification of glycerol and caprylic acid is necessary, by understanding the reaction kinetics and the role of reaction parameters. A simple and effective method of separation, identification and quantification of caprylins is also a relevant contributing factor for easier and faster researches. Therefore, this work consisted of three main steps: (1) immobilization of lipases on anion exchange resins in order to produce a cheaper alternative to imported commercial immobilized lipases; (2) development of a thin layer chromatographic method capable of quantifying caprylins; (3) studying the obtainment of caprylins by direct esterification in batch and fed batch systems. DOWEX® 1X2-400 resin presented the best immobilization efficiency (IE) results. Additionally, its lipolytic activity was only 12.7% lower than the commercial Lipozyme® RM IM, suggesting that Lipozyme\'s substitution is feasible. Regarding the developing of a thin layer chromatography method, linear correlations were obtained for detection and quantification of caprylic acid, monocaprylin, dicaprylin and tricaprylin, with a R2 and R2pred of 99,3%/98,73%; 98,9%/97,6%; 99,8%/99,8% e 99,7%/99,5%, respectively, with a p-value of 0,000. The batch reactions were carried out according to a complete factorial design, in which the temperature (30 or 70ºC), the molar ratio between the reagents (1:1 or 3:1) and reaction time (6h or 10h) were varied. The regression analysis of reactional yield expressed in terms of percentage of caprylic acid consumption indicated that only the temperature, molar-ratio and their interaction were important for reaction yields, within the studied conditions. The best conditions related to the obtainment of mono and dicaprylins were 30ºC and molar ratio of 1:1. The reaction kinetics indicates that 40.4% of the caprylic acid is consumed within one hour of reaction and that the maximal consumption was achieved in the third hour. A drastic drop in reaction yield was observed when the fed batch mode was adopted, probably due a lower catalytic efficiency presented by lipase as a result of the lower water content in the first hour of reaction.

As caprilinas são acilgliceróis de cadeia média com diversas aplicações nos campos alimentício, farmacêutico e cosmético. A esterificação direta é um processo importante para a síntese de caprilinas, dado que o glicerol é subproduto da produção de biodiesel e que a tricaprilina, material de partida para a glicerólise e hidrólise, não é um composto abundante naturalmente. As reações existentes para a síntese de acilgliceróis podem ser catalisadas por via química ou enzimática, sendo esta última superior em diversos aspectos. Dois dos principais contrapontos à utilização de enzimas são seu alto custo e dificuldade de recuperação. A imobilização de enzimas é uma das maneiras existentes para contornar estas questões. A maioria dos estudos científicos relativos à obtenção destes compostos refere-se aos acilgliceróis de cadeia longa. Portanto, é necessário aprimorar a esterificação direta entre o glicerol e ácido caprílico catalisada por lipase, através da compreensão da cinética reacional e da influência dos parâmetros reacionais. A existência de uma metodologia de separação, identificação e quantificação simples e eficaz também é importante, tornando as pesquisas relacionadas às caprilinas mais rápidas e menos complicadas. Desta maneira, este trabalho consistiu de três etapas principais: (1) a imobilização de lipases em resinas de troca aniônica, visando reduzir os custos em relação à lipase imobilizada comercial; (2) o desenvolvimento de um método de cromatografia em camada delgada capaz de quantificar as caprilinas formadas; (3) o estudo da reação de esterificação para a obtenção de caprilinas em regime descontínuo e descontínuo-alimentado. A resina DOWEX® 1X2-400 foi a que apresentou a melhor eficiência de imobilização (EI) da Palatase®. Sua atividade lipolítica foi apenas 12,7% inferior à versão imobilizada comercial da lipase, a Lipozyme®RM IM, indicando a viabilidade de substituição desta última. O desenvolvimento de método de cromatografia em camada delgada resultou em relações lineares para a detecção e quantificação de ácido caprílico, monocaprilina, dicaprilina e tricaprilina com R2 e R2pred de 99,3%/98,73%; 98,9%/97,6%; 99,8%/99,8% e 99,7%/99,5%, respectivamente, e com valor-p de 0,000. As reações em regime descontínuo foram realizadas seguindo planejamento fatorial completo, no qual foram variadas a temperatura (30 ou 70°C), a proporção molar entre os reagentes (1:1 ou 3:1 - ácido caprílico : glicerol) e o tempo reacional (6 ou 10h). A análise de regressão do rendimento reacional expresso em porcentagem de consumo de ácido caprílico indicou que, nestas condições, os fatores relevantes para o resultado final são a temperatura e a proporção molar, bem como a interação entre eles. As melhores condições para a obtenção de mono e dicaprilinas foram, portanto, de 30ºC e razão molar de 1:1. O estudo da cinética da reação indica que 40,4% do ácido caprílico são consumidos na primeira hora e que o consumo máximo ocorre na terceira hora de reação. Houve uma queda drástica no rendimento reacional, quando a reação foi conduzida em regime descontínuo-alimentado, provavelmente devido à menor eficiência catalítica da lipase devido ao baixo teor de água na primeira hora de reação. / Caprylins are medium chain acylglycerols that find several applications in food, pharmaceutical and cosmetic fields. Direct esterification is an important route for the synthesis of caprylins, since glycerol is a byproduct of biodiesel production and tricaprylin, the starting material of glycerolysis and hydrolysis, is not a naturally abundant compound. The glycerides synthesis can be catalyzed by either chemical or enzymatic routes, the latter being superior in several aspects. The biggest issues regarding the use of enzymes are their high cost and difficult recovery. Using immobilized enzymes can minimize these concerns. Most of scientific studies concerning the obtainment of these compounds address to long chain acyglycerols. Thus, the improvement of lipase catalyzed esterification of glycerol and caprylic acid is necessary, by understanding the reaction kinetics and the role of reaction parameters. A simple and effective method of separation, identification and quantification of caprylins is also a relevant contributing factor for easier and faster researches. Therefore, this work consisted of three main steps: (1) immobilization of lipases on anion exchange resins in order to produce a cheaper alternative to imported commercial immobilized lipases; (2) development of a thin layer chromatographic method capable of quantifying caprylins; (3) studying the obtainment of caprylins by direct esterification in batch and fed batch systems. DOWEX® 1X2-400 resin presented the best immobilization efficiency (IE) results. Additionally, its lipolytic activity was only 12.7% lower than the commercial Lipozyme® RM IM, suggesting that Lipozyme\'s substitution is feasible. Regarding the developing of a thin layer chromatography method, linear correlations were obtained for detection and quantification of caprylic acid, monocaprylin, dicaprylin and tricaprylin, with a R2 and R2pred of 99,3%/98,73%; 98,9%/97,6%; 99,8%/99,8% e 99,7%/99,5%, respectively, with a p-value of 0,000. The batch reactions were carried out according to a complete factorial design, in which the temperature (30 or 70ºC), the molar ratio between the reagents (1:1 or 3:1) and reaction time (6h or 10h) were varied. The regression analysis of reactional yield expressed in terms of percentage of caprylic acid consumption indicated that only the temperature, molar-ratio and their interaction were important for reaction yields, within the studied conditions. The best conditions related to the obtainment of mono and dicaprylins were 30ºC and molar ratio of 1:1. The reaction kinetics indicates that 40.4% of the caprylic acid is consumed within one hour of reaction and that the maximal consumption was achieved in the third hour. A drastic drop in reaction yield was observed when the fed batch mode was adopted, probably due a lower catalytic efficiency presented by lipase as a result of the lower water content in the first hour of reaction.