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Previous issue date: 2016-08-25 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Cell-associated lipases have been considered biocatalysts economically advantageous because
they are produced at low cost, avoiding further recovery or purification steps. Few studies
regarding Streptomyces clavuligerus lipase have reported the production of extracellular
enzyme, although at first this had been considered a cell-associated enzyme. In this context,
the aim of this work was the production of the cell-associated lipase from Streptomyces
clavuligerus (whole-cell lipase, Sc-WCL) by submerged fermentation, the biochemical
characterization of the enzyme and its use in the synthesis of butyl butyrate, an aroma ester
with industrial importance. The culture conditions on rotary shaker and the operational
parameters for cultivation in bioreactor were evaluated in order to establish a protocol for Sc-
WCL production. The conditions for S. clavuligerus cultivation in rotary shaker that resulted
in maximal hydrolytic activity of Sc-WCL (3,000 U.L-1) were: baffled flask, free-glycerol
production medium, pH 6.8 and 28 °C. The operational parameters in bench reactor that
resulted in maximal volumetric productivity of Sc-WCL (54 U.L-1.h-1) were agitation of 400
rpm and aeration of 1 vvm. The maximal volumetric productivity in bioreactor operated under
selected conditions (52.5 U.L-1.h-1) was reached after 24 h, while similar productivity in rotary
shaker (54.8 U.L-1.h -1) was achieved only after 48 h fermentation. The catalytic potential of
Sc-WCL in hydrolysis reactions was comparable to the commercial lipase preparations. Sc-
WCL was more active at 60 °C and pH 10.7, and stable at 30-40 °C after 1 h incubation at pH
10. For butyl butyrate synthesis catalyzed by Sc-WCL, the reaction conditions that resulted in
higher ester conversion (85%) were: 5 g of Sc-WCL/ L, molar ratio of fatty acid: alcohol 1:1
in heptane and 8 h reaction. The stability at alkaline pH and organic medium (leastwise in
heptane and butanol), associated with the low cost, make Sc-WCL attractive in industrial
applications, such as flavors synthesis, detergent formulations, hydrolysis of vegetable oils,
among others. / Lipases associadas à célula têm se destacado como biocatalisadores economicamente
vantajosos, pois são produzidas a baixo custo, dispensando etapas posteriores de recuperação
ou purificação. Poucos estudos sobre lipase de Streptomyces clavuligerus relatam a produção
da enzima extracelular, embora esta tenha sido, a princípio, considerada uma enzima
associada à célula. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi a produção de lipase
associada à célula de Streptomyces clavuligerus (lipase “whole-cell”, Sc-WCL) por
fermentação submersa, a caracterização bioquímica da enzima e sua aplicação na síntese de
butirato de butila, um éster de aroma com importância industrial. As condições de cultivo em
shaker e os parâmetros operacionais para cultivo em biorreator foram avaliados com o intuito
de estabelecer um protocolo para a produção de Sc-WCL. As condições de cultivo de S.
clavuligerus em shaker que resultaram em maior atividade hidrolítica de Sc-WCL (3.000 U.L-
1) foram: frasco aletado, ausência de glicerol no meio de produção, pH 6,8 e 28 ºC. Os
parâmetros operacionais em reator de bancada que resultaram em maior produtividade
volumétrica de Sc-WCL (54 U.L-1.h-1) foram: agitação de 400 rpm e aeração de 1 vvm. A
máxima produtividade volumétrica em biorreator operado nas condições selecionadas foi
alcançada após 24 h de cultivo (52,5 U.L-1.h-1), enquanto que produtividade similar em shaker
foi obtida somente após 48 h de cultivo (54,8 U.L-1.h-1). O potencial catalítico de Sc-WCL em
reações de hidrólise foi comparável ao de preparações comerciais de lipase. Sc-WCL foi mais
ativa a 60 ºC e pH 10,7, e mais estável na faixa de 30 a 40 ºC após 1 h de incubação a pH 10.
Na síntese de butirato de butila catalisada pela Sc-WCL, as condições reacionais que
resultaram em maior conversão (85%) foram: 5 g de Sc-WCL/ L, razão molar ácido
graxo/álcool 1:1 em heptano e 8 h de reação. A estabilidade em pH alcalino e em meio
orgânico (pelo menos em heptano e butanol), associada ao baixo custo, tornam a Sc-WCL
atrativa em aplicações de interesse industrial, tais como, síntese de aromas, formulações de
detergentes, hidrólise de óleos vegetais, dentre outras.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/8262 |
| Date | 25 August 2016 |
| Creators | Santos, Jéssica Bravin Carmello dos |
| Contributors | Tardioli, Paulo Waldir, Cruz, Rosineide Gomes da Silva |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Câmpus São Carlos, Programa de Pós-graduação em Engenharia Química, UFSCar |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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