Thermomyces lanuginosus由来リパーゼの新しいキトサンベースのヘテロ機能性支持体上での固定化の改善。混合イオン交換と疎水性相互作用

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Int. J. Biol. Macromol..2020 Jul;163:550-561. S0141-8130(20)33766-1. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2020.07.021.Epub 2020-07-06.

Thermomyces lanuginosus由来リパーゼの新しいキトサンベースのヘテロ機能性支持体上での固定化の改善。混合イオン交換と疎水性相互作用

Improved immobilization of lipase from Thermomyces lanuginosus on a new chitosan-based heterofunctional support: Mixed ion exchange plus hydrophobic interactions.

Nicole S Okura
Guilherme J Sabi
Marcela C Crivellenti
Raphael A B Gomes
Roberto Fernandez-Lafuente
Adriano A Mendes

PMID: 32645498 DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2020.07.021.

抄録

本研究では、キトサンヒドロゲル（Chit）をグルタルアルデヒド（GA）で順次活性化し、さらにグリシン（Gly）で官能化することにより、新しい混合ヘテロ機能性支持体（Chit-GA-Gly）を調製した。この支持体上でのThermomyces lanuginosus (TLL)由来のリパーゼの固定化を、GAで活性化したキトサンヒドロゲル(Chit-GA)上での固定化と比較した。この支持体は、FT-IR、ゼータ電位およびTG分析によって特徴づけられた。支持体１ｇあたり５３〜５５ｍｇの同様の最大リパーゼ負荷が、両方の支持体について得られた。両方の生体触媒は、ヘプタン、トルエンまたはイソオクタンで50℃で48時間インキュベーションした後、その初期活性の≈40％を保持した。TLLのChit-GA上への固定化は、優先的な共有結合（95%）を介して進行し、Chit-GA-Glyを用いたイオン交換（カチオン性とアニオン性）と疎水性吸着の複合的な吸着が観察された。Chit-GA-Glyに固定化されたTLLは、オリーブオイルエマルジョンの加水分解およびエステル化によるアルキルパルミチン酸合成のいずれにおいても、Chit-GAに固定化された場合に比べて≈4倍の活性を示した。この新しい生体触媒を用いて、50℃のイソオクタン中でパルミチン酸イソアミルを合成すると、90分後に最大85%の酸変換が得られた。9つの連続したエステル化バッチの後、この生体触媒は初期活性の約40%を保持していました。

In this study, a new mixed heterofunctional support (Chit-GA-Gly) has been prepared by sequential activation of chitosan hydrogel (Chit) with glutaraldehyde (GA) and further functionalization with glycine (Gly). The immobilization of the lipase from Thermomyces lanuginosus (TLL) on this support was compared with that on GA-activated Chit hydrogel (Chit-GA). The supports have been characterized by FT-IR, zeta potential and TG analyses. A similar maximum lipase loading of 53-55 mg per gram of support has been obtained for both supports. Both biocatalysts retained ≈40% of their initial activity after 48 h of incubation at 50 °C in heptane, toluene or iso-octane. The immobilization of TLL on Chit-GA proceeded via preferential covalent attachment (95%) and a combined ion exchange (cationic and anionic) and hydrophobic adsorption was observed using Chit-GA-Gly. TLL immobilized on Chit-GA-Gly was ≈4-times more active than when immobilized on Chit-GA in both olive oil emulsion hydrolysis and alkyl palmitate synthesis via esterification. Isoamyl palmitate synthesis in iso-octane at 50 °C using this new biocatalyst gave a maximum acid conversion of 85% after 90 min of reaction. After nine consecutive esterification batches, the biocatalyst retained around 40% of its initial activity.