The enzymatic synthesis of phenolic lipids (PLs) in solvent-free medium (SFM), by transesterification of flaxseed and fish liver oils with selected phenolic acids was investigated, using Candida antarctica lipase as the biocatalyst. The enzymatic synthesis of phenolic lipids from flaxseed oil was optimized in terms of water activity, agitation speed, enzyme and phenolic acid concentrations. Increasing the water activity of the flaxseed oil reaction mixture from 0.18 to 0.38 resulted in a significant increase in the bioconversion yield from 62 to 77%. The highest enzymatic activity (178 nmol of PLs/g solid enzyme/min) was obtained with the use of 40 mg of solid enzyme (400 PLU)/mL reaction volume at 150 rpm. Under the optimized conditions there was a significant increase in the proportion of linolenic acid (C18:3 n-3), which increased from 57% in the flaxseed oil to 75 and 64% in the produced phenolic mono- and diacylglycerols, respectively. The volumetric productivity (Pv) of the transesterification of flaxseed oil and 3,4-dihydroxyphenyl acetic acid (DHPA) in SFM was increased 11-fold as compared to that in organic solvent medium. On the other hand, a bioconversion yield of 61% was obtained for the transesterification of fish liver oil with dihydrocaffeic acid (DHCA). Optimization of the enzymatic synthesis of phenolic lipids in SFM from fish liver oil was carried out, using response surface methodology (RSM), based on a four-factor-five-level central composite rotatable design (CCRD). The optimal conditions for the enzymatic reaction were obtained at 50.0ºC, 20.9 mM phenolic acid, 51.2 mg of solid enzyme (512 PLU)/mL, 160 rpm agitation speed, water activity of 0.5 and 3.45 mg Silica gel/mL. The bioconversion yield obtained under these optimized conditions was 86.5%, which is very close to the predicted value of 84.5%. Hence, the predicted values showed good validation with the experimental ones. The overall results demonstrated that RSM can be applied effectively to optimize lipase-catalyzed synthesis of phenolic lipids in SFM, from fish liver oil and DHCA. Under the optimized conditions, there was a significant increase in the relative proportions of the two highly desirable essential fatty acids, where (EPA, C20:5 n-3) was increased from 11.5% in the unmodified fish liver oil to 21.2, 20.7, 20.8, 20.1 and 19.8% in dihydrocaffeoylated, 3,4-dihydroxyphenyl acetoylated, caffeoylated, feruloylated and sinapoylated lipids, respectively, whereas (DHA, C22:6 n-3) increased from 12.0% to 21.4, 19.4, 27.5, 22.1 and 22.0%, respectively. Atmospheric pressure chemical ionization-mass spectrophotometry (APCI-MS) analyses confirmed the formation of six 3,4-dihydroxyphenyl acetoylated and six dihydrocaffeoylated lipids from the transesterification of flaxseed and fish liver oils in SFM using DHPA and DHCA, respectively, as substrates. Although the synthesized phenolic lipids demonstrated radical scavenging activity, expressed as IC50 from 1.6 to 3.7-fold higher than that of its corresponding phenolic acid, it was compared to that of α-tocopherol. / La biosynthèse des lipides phénoliques sans solvent, par la transésterification de l'huile de graines de lin (HGL) et l'huile de foie de poisson (HFP) en utilisant comme substrats les acides phénoliques, a été étudiée en utilisant la lipase Candida antarctica comme biocatalyseur. L'optimisation de la biosynthèse des lipides phénoliques à partir de l'HGL a été investiguée en considérant l'activité thermodynamique de l'eau, la vitesse d'agitation, la concentration de l'enzyme et l'acide phénolique. Le rendement de la bioconversion a augmenté de 62 à 77% lorsque l'activité thermodynamique de l'eau du mélange réactionnel de l'HGL a augmenté de 0.18 à 0.38. L'activité enzymatique maximale (178 nmol de PLs/g solide enzyme/min) a été obtenue lors de l'utilisation de 40 mg d'enzyme solide (400 PLU/mL de volume réactionnel) à 150 rpm. En utilisant les conditions réactionnelles optimales, la proportion de l'acide linolénique (C18:3 n-3) a augmenté significativement de 57% dans l'HGL à 75 et 64% dans les produit mono- et diacylglycerols phénoliques, respectivement. La production volumétrique (Pv) de la transésterification de l'HGL et de l'acide dihydroxyphényl acétique (ADHP) en milieu non organique a été 11 fois supérieure à celle obtenue dans le milieu organique. Par ailleurs, le rendement de la bioconversion de 61% a été obtenu lors de la transésterification de l'HFP et de l'acide dihydrocafféique (ADHC). L'optimisation de la synthèse enzymatique des lipides phénoliques a été étudiée en utilisant la méthodologie des surfaces de réponse (MSR), basée sur le factorielle quatre à cinq niveaux sur un plan composite centrale rotatif. Les conditions optimales de la réaction enzymatique ont été déterminées comme suit: 50.0ºC, 20.9 mM d'acide phénolique, 51.2 mg d'enzyme solide (512 PLU)/mL, vitesse de l'agitation 160 rpm, 0.5 de l'activité thermodynamique de l'eau et 3.45 mg de gel Silicate/mL. Le rendement de bioconversion maximum obtenu expérimentalement de 86.5% est très proche de la valeur prédite de 84.5%. Ceci démontre une bonne validation du model. Les résultats, en général, démontrent que la MSR peut être appliquée effectivement pour l'optimisation de la biosynthèse des phénols lipidiques en l'absence de solvant à partir de l'HFP et l'ADHC en utilisant la lipase comme biocatalyseur. Dans les conditions optimales, il y a eu une augmentation significative des proportions relatives des deux acides gras essentiels désirés. L'EPA (C20:5 n-3) dans l'HFP modifié a augmenté de 11.5% à 21.2, 20.7, 20.8, 20.1 et 19.8% dans les lipides dihydrocaffeoylates, 3,4-dihydroxyphenyl acetoylates, caffeoylates, feruloylates et sinapoylates, respectivement, alors que (DHA, C22:6 n-3) a augmenté de 12.0% à 21.4, 19.4, 27.5, 22.1 et 22.0%, respectivement. Les analyses de l'ionisation chimique à pression atmosphérique-spectroscopie de masse (APCI-MS) confirment la formation de six 3,4-dihydroxyphényl acetoylates et de six lipides dihydrocaffeoylates, à partir de la transésterification de l'HGL et de l'HFP avec l'ADHP et l'ADHC, respectivement. Les lipides phenoliques synthetisés ont demontré un pouvoir radicalaire, exprimé par le IC50, de 1.6 à 3.7-fois supérieure à celui des acides phénoliques correspondants, mais il était comparable à celui de α-tocophérol.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.97003 |
| Date | January 2011 |
| Creators | Sorour, Noha |
| Contributors | Selim Kermasha (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Food Science and Agricultural Chemistry) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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