A lipase-catalyzed esterification reaction of (S)-naproxen ethyl ester by CALB (Candida antarctica lipase B) enzyme was performed in supercritical carbon dioxide. Experiments were performed in a high-pressure cell for 10 h at a stirring rate of 150 rpm over a temperature range of 313.15 to 333.15 K and a pressure range of 50 to 175 bar. The productivity of (S)-naproxen ethyl ester was compared with the result in ambient condition. The total reaction time and conversion yields of the catalyzed reaction in supercritical carbon dioxide were compared with those at ambient temperature and pressure. The experimental results show that the conversion and reaction rate were significantly improved at critical condition. The maximum conversion yield was 9.9% (216 h) at ambient condition and 68.9% (3 h) in supercritical state. The effects of varying amounts of enzyme and water were also examined and the optimum condition was found (7 g of enzyme and 2% water content).
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.20
no.3
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pp.251-258
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2003
Biodiesel as methyl esters derived from vegetable oils has considerable advantages in terms of environmental protetion. In the present work, methyl esters were produced from soybean oil by lipase-catalyzed transesterification. To reduce inactivation of commercial immobilized lipases emulsified two-step process was developed using the stepwise addition of methanol with 4:1 molar ratio at 4h intervals. Also with immobilized lipase from Candida antarctica(Novozym 435) high conversion of 98.5 percent was possible at $45^{\circ}C$ of reaction temperature with 4:1 of methanol-to-oil molar ratio and 1%(v/v) methyl glucoside oleic polyester as an emulsifier in the presence of cosolvent.
Lipase-catalyzed esterification of structural butanol isomers and n-butyric acid was investigated in supercritical carbon dioxide. The experiments were performed in a high pressure cell for 5 hrs with a stirring rate of 150 rpm at 323.15 K and 130 bar. The Candida Antarctica lipase B (CALB) was used in whole system as a catalyst. The experimental results were analyzed by GC-FID using a INNOWax capillary column. The conversion yield and the tendency of the esterification in supercritical carbon dioxide were compared with estimated results by molecular dynamics simulation. Based on the Ping-Pong Bi-Bi mechanism with competitive inhibition, each step of the reaction was optimized; using this result the transition state was predicted. Conformational preference of isomers was also analyzed using molecular dynamics simulations. This kind of approach will be further extended to the prediction of enzyme-catalyzed reactions using computers.
The immobilization of enzyme is one of the key issues both in the field of enzymatic research and industrialization. In this work, we reported a facile method to immobilize Candida Antarctica lipase B (CALB) in alginate carrier. In the presence of calcium cation, the enzyme-alginate suspension could be cross-linked to form beads with porous structure at room temperature, and the enzyme CALB was dispersed in the beads. Activity of the enzyme-alginate composite was verified by enzymatic hydrolysis reaction of p-nitrophenol butyrate in aqueous phase. The effects of reaction parameters such as temperature, pH, embedding and lyophilized time on the reactive behavior were discussed. Reuse cycle experiments for the hydrolysis of p-nitrophenol butyrate demonstrated that activity of the enzyme-alginate composite was maintained without marked deactivation up to 6 repeated cycles.
차세대 재생산성 에너지로 각광을 받고 있는 바이오디젤은 현재 주로 알칼리촉매를 이용하는 화학공정으로 생산하고 있으나 고에너지 요구성이며 대규모 생산시 폐수발생 등 환경오염 유발요인이 있기 때문에 친환경 생물공정의 필요성이 대두되고 있다. 생물촉매 리파제(lipase)를 이용하는 친환경 생물공정은 화학공정에 비해 다양한 장점을 제공하고 있으나 고가의 효소생산 비용문제로 실용화에 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 저비용의 생물학적 바이오디젤 생산 시스템 구축을 위해 고활성의 효소 개발, 경제적 재조합 대량생산, 반복 재사용을 위한 효소고정화 등을 통해 고효율의 생산반응계를 개발하였다. 우선 바이오디젤 생산공정에 적합한 리파제로서 CalB(Lipase B of Candida antarctica)를 선택하고 분자 진화기술을 이용하여 효소활성을 17배 향상시킨 CalB14를 개발하였다. CalB14를 효모 발현시스템을 이용하여 경제적 대량생산하기 위해 단백질분비를 획기적으로 개선할 수 있는 맞춤형 분비융합합인자기술(TFP technology)을 이용하여 재조합 CalB를 2 grams/liter 수준으로 분비생산하였다. 생산된 효소를 반복 재사용이 가능하도록 다양한 레진에 고정화하였고 최적의 바이오디젤 전환반응용 고정화효소를 개발하였다. 고정화효소를 효율적으로 재사용하기 위해 바이오디젤 생산용 고정상반응기(packed-bed reactor)를 제작하였으며 기질을 12시간내에 95% 이상 바이오디젤로 수십회 이상 반복전환할 수 있는 경제적인 생물학적 바이오디젤 전환 시스템을 구축하였다.
Acidolysis of olive oil with omega-3 (n-3) polyunsaturated fatty acids (PUFAs) was carried out to produce a structured lipid. Novozym $435^{(R)}$ from Candida antarctica was used as the biocatalyst. Response surface methodology (RSM) was used to determine optimum conditions for lipase-catalyzed enrichment of olive oil. Three factors, 5 levels, central composite design was used. The effects of incubation time, temperature, and substrate mole ratio on incorporation ratio (n-3 fatty acids/total fatty acids, %) were investigated. From the evaluation of response surface graphs, the optimal conditions for incorporation of long chain n-3 PUFAs into olive oil were $40-60^{\circ}C$ for temperature, 30-45 hr for reaction time, and 3:1-5:1 (n-3 fatty acids/olive oil) for substrate mole ratio. Experiments conducted under optimized conditions predicted by the model equation obtained from RSM yielded structured lipids with 50.8% n-3 PUFAs. This value agreed well with that predicted by the model. Oxidative stability tests showed that the product was more susceptible to oxidation than unmodified olive oil. Antioxidant addition improved the oxidative stability of the product.
This study reports the preparation of the Candida antarctica lipase B (CalB) enzyme immobilization on silica-coated magnetic nanoparticles (Si-MNPs@CalB) using various cross-linkers and demonstration of rapid catalytic hydrolysis of p-nitrophenyl alkyl esters. CalB enzymes were coupled with different cross-linker silanes on the Si-MNPs surface. Among these cross-linkers, Cl-functionalized silane was better at immobilization of CalB than the others. Catalytic hydrolysis of p -nitrophenyl alkyl esters was demonstrated against Si-MNPs@CalB as a function of the length of alkyl chain (C4, C8, C12, and C16). From the Michaelis-Menten equation and Lineweaver-Burk plots, various enzyme kinetic parameters (i.e., Km, Vmax, and Kcat) were calculated. Catalytic hydrolysis was faster in shorter alkyl chain of p-nitrophenyl alkyl esters with Si-MNPs@CalB in the order C4>>C8>C12>>C16. Furthermore, the reusability and optimum catalytic activity of Si-MNPs@ CalB were evaluated as a function of the number of reuses and with different pH values.
This study was carried out to investigate the reaction of lipase-catalyst transesterification using animal fat recovered from fleshing scrap generated during leather making process. Transesterification reaction between fat and primary or secondary alcohol was carried out under the condition of immobilized enzyme catalyst. The conversion rate was the highest when 1.5 mole of methanol was injected by 4 times. As for lipase, Candida antarctica showed the highest conversion rate of 82.2% among the 4 different lipases. It was found that water contained in the fat causes lower conversion rate. The condition of 1.2wt. % of water in the fat decreased the conversion rate by 40%. It was considered that the resulted reactant, fatty acid ester could be used as raw material for biodiesel with the characteristics of not generating SOx and diminishing smoke.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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