The enzyme-catalyzed Henry reaction was realized using deep eutectic solvents (DESs) as a reaction medium. The lipase from Aspergillus niger (lipase AS) showed excellent catalytic activity toward the substrates aromatic aldehydes and nitromethane in choline chloride:glycerol at a molar ratio of 1:2. Addition of 30 vol% water to DES further improved the lipase activity and inhibited DES-catalyzed transformation. A final yield of 92.2% for the lipase AS-catalyzed Henry reaction was achieved under optimized reaction conditions in only 4 h. In addition, the lipase AS activity was improved by approximately 3-fold in a DES-water mixture compared with that in pure water, which produced a final yield of only 33.4%. Structural studies with fluorescence spectroscopy showed that the established strong hydrogen bonds between DES and water may be the main driving force that affects the spatial conformation of the enzyme, leading to a change in lipase activity. The methodology was also extended to the aza-Henry reaction, which easily occurred in contrast to that in pure water. The enantioselectivity of both Henry and aza-Henry reactions was not found. However, the results are still remarkable, as we report the first use of DES as a reaction medium in a lipase-catalyzed Henry reaction.
본 연구는 미생물로부터 유래된 5종(AH, AK, AY, PS와 R)의 lipase들을 Amberlite XAD 7에 흡착법으로 고정화 시킨 후 각 immobilized lipase들의 특성을 알아보았다. 고정화 전과 후의 단백질 함량 및 각 free lipase들과 immobilized lipase들을 이용한 interesterification 반응물의 지방산과 TAG 조성을 분석하였다. 또한, immobilized lipase에 있어 중요한 요인인 reusability를 확인하였다. Free lipase의 단백질 함량은 2.22-11.41%로 AH가 가장 높았던 반면, immobilized lipase에서는 AH, PS와 AK가 mg protein/g support이 높았다. 한편, 반응 특성을 알아보기 위해 카놀라유, PEE와 StEE를 기질로 하여 batch type interesterification을 진행하였을 때, free lipase의 경우 free lipase R을 제외한 다른 free lipase들은 반응시간이 1시간에서 72시간으로 증가함에 따라 총 포화지방산 함량이 증가하였으며 그 중 free lipase AH가 반응성이 가장 높았다. 또한, RP-HPLC를 통해 free lipase AK 반응물을 분석한 결과, 반응시간이 길어질수록 카놀라유(0시간)에서 볼 수 있었던 57.49 area%의 ${\bigcirc}{\bigcirc}{\bigcirc}$가 6.53 area%로 감소하였다. 이는 각 free lipase들이 PEE와 StEE를 효소적 반응에 이용했기 때문이라고 판단된다. 한편, immobilized lipase AY와 R의 경우 반응시간이 1시간에서 48시간으로 증가하여도 카놀라유(0시간)의 총 포화지방산 함량과 큰 차이가 없었으나 immobilized AK의 경우 48시간에서 38.3 area%의 포화지방산 함량으로 가장 높은 활성을 보였다. 또한, 이를 사용하여 continuous type으로 반응하였을 때 유속이 느릴수록 효소와 기질 사이의 접촉 시간이 길어져 반응물의 총 포화지방산 함량이 증가함을 알 수 있었다. Reusability는 immobilized AK, AH와 PS 모두에서 두 번째 반복 반응을 하였을 때, 첫 번째 반응보다 총 포화지방산이 120-196.5% 증가하였다. 그러나 bounding protein 함량이 가장 높았던 immobilized AK는 support에 흡착되었던 free lipase AK의 탈착이 일어나 2번째 반응 후부터 활성이 감소한 반면, immobilized AH와 PS는 활성이 비교적 유지되었다.
미생물에서 추출된 lipase를 유지방분해에 이용하기 위한 기초연구로서 Rhizopus delemar, Mucor sp. 및 Candida cylindracea에서 추출된 3중의 lipases를 유지방분해에 적합한 반응조건을 설정하고, 이들의 반응 특이성을 연구한 결과는 다음과 같다. 최적온도 및 최적pH는 Rhizopus delemar lipases가 $45^{\circ}C$, pH5.6 Mucor sp. lipases가 $35^{\circ}C$, pH7.5였으며, Candida cylindracea lipase는 $35^{\circ}C$, pH 7.0 이었다. 유지방에 대한 적정효소농도는 3종의 lipase 모두 $600{\sim}800\;units/ml$였다. 적정기질농도는 효소의 종류에 관계없이 유지방함량 20%였으며, 이들의 Km값은 R. delemar lipase가 6.06%, M sp. lipase가 7.69%, Can. cylindracea lipase가 7.99%였다. 반응시간에 따른 반응율을 조사한 결과 R. delemar lipase, M. sp. lipase, Can. cylindracea lipase순으로 높았으며 반응시간이 진행됨에 따라 저급지방산의 분해율이 높아졌으며, 반응 8시간에서는 R. delemar lipase는 butylic acid, M. sp. lipase는 palmitic acid, Can. cylindracea lipase는 Capric acid의 함량이 높았다.
This study was designed to investigate the stability of a lipase fused with a cellulosebinding domain (CBD) to cellulase. The fusion protein was derived from a gene cluster of a CBD fragment of a cellulase gene in Trichoderma hazianum and a lipase gene in Bacillus stearothermophilus L1. Due to the CBD, this lipase can be immobilized to a cellulose material. Factors affecting the lipase stability were divided into the reaction-independent factors (RIF), and the reaction-dependent factors (RDF). RIF includes the reaction conditions such as pH and temperature, whereas substrate limitation and product inhibition are examples of RDF. As pH 10 and $50^{\circ}C$ were found to be optimum reaction conditions for oil hydrolysis by this lipase, the stability of the free and the immobilized lipase was studied under these conditions. Avicel (microcrystalline cellulose) was used as a support for lipase immobilization. The effects of both RIF and RDF on the enzyme activity were less for the immobilized lipase than for the free lipase. Due to the irreversible binding of CBD to Avicel and the high stability of the immobilized lipase, the enzyme activity after five times of use was over $70\%$ of the initial activity.
The effects of substrate concentration, enzyme concentration, reaction temperature, and water content were investigated in intramolecular esterification. This study used cyclohexane as organic solvent, power lipase as enzyme, and benzyl alcohol and octanoic acid as substrate. The initial reaction rate was found to be proportional to enzyme concentration; followed Michaelis-Menten equation for octanoic acid; and was inhibited by benzyl alcohol . The observed initial reaction rate first increased, then decreased with increasing reaction temperature, giving rise to the maximum rate at 20$\circ$. The drop in the reaction rate at higher temperature was to partition equilibrium change of substrate between organic solvent and hydration layer of enzyme molecule in addition to the deactivation by enzyme denaturation. Water layer surrounding enzyme molecule seemed to activate in organic solvent and the realistic reaction was done in the water layer. In the enzymatic reaction in organic solvent, the initial reaction rate was influenced by partition quilibrium of substrate, so the optimum condition of substrate concentration, enzyme concentration, reaction temperature, and water content would give a good design tool.
This study was carried out to examine the effect of lipase on the removal of tripalmitin in the various conditions of washing. The relations between the removal and the hydrolysis of tripalmitin by lipase were discussed. The hydrolysis characteristics of lipase were examined by a colorimetric determination of liberated fatty acids as a new assay of lipase in reverse micelies. The hydrolysis of tripalmitin by lipase was increased with the increase of reaction time and reaction above lipase concentration 150mg/l pH at reaction temperature 4$0^{\circ}C$.
유기용매계에서 lipase AK를 사용하여 당 ester화합물을 합성하였다. 유기용매로는 당의 용해도가 높고 반응성이 뛰어난 pyridine을, acyl donor로는 vinyl butyrate을 선택하였다. Transesterification반응에 의해 생성된 monobutyryl fructose와 dibutyryl fructose는 TLC 및 GC 분석으로 확인하였다. Transesterification에 미치는 반응조건은 fructose:vinyl butyrate의 비가 1:10(M/M), 반응온도 40^{\circ}C.$, 교반속도 150rpm, 효소량 10mg/ml의 경우가 적당하였으며 반응시간이 길어질수록 전환율이 높아져, 반응 10일 정도에서 전환율은 90% 이상에 도달하였다. 이때 반응 초기에는 monobutyryl fructose가 주로 합성되었으나 시간이 경과함에 따라 dibutyryl fructose의 함량비가 증가하였다. 반응계에 소량의 수분을 첨가하였을 경우에는 반응속도가 감소함과 동시에 반응산물중 dibutyryl fructose의 양은 줄어들고 monobutyryl fructose의 생성량이 증가하는 경향을 보여주었으며, 수분함량 1%에서는 monobutyryl fructose만이 생성되었다.
The present work describes a colorimetric microplate assay for lipase activity based on the reaction between 5,5'-dithiobis(2-nitro benzoic acid) (DTNB) and the hydrolysis product of 2,3-dimercapto-1-propanol tributyrate (DMPTB). Reaction mixtures containing DTNB, DMPTB, and lipase were prepared in microplate wells, and the absorbance at 405nm was recorded after incubation at $37^{\circ}C$ for 30 min. A linear relationship was obtained in the range of 0.1-1 U of lipase activity by this method. The reaction conditions were also optimized for the range of 0.01-0.1 U or 1-10 U. When assaying crude tissue extracts, the reaction of DTNB with non-specific reducing agents created a major source of error. However, this error was corrected by the use of blank samples that did not contain DMPTB.
We immobilized Thermomyces lanuginosus lipase to catalyze transesterification reaction in DMF. This lipase was selected after screening among other commercial lipases. We found that prepared immobilized lipase is particularly useful for preparation of 6-O-acylsucrose with higher conversion rate even in 10 g scale. Several solvents were evaluated for selective transesterification reaction. We noticed that the immobilized lipase retained more than 80 % activity after 5 cycles of 96 h reaction. A general method was also developed to purify the products using simple crystallization and precipitation process. Furthermore, 6-O-vinyladipoylsucrose was subjected to synthesis of the corresponding polymer by radical initiator. The sucrose branched polymer can be used further for evaluation of its biodegradability and other biological applications.
Lim, Chae Ryeong;Lee, Ha young;Uhm, Ki-Nam;Kim, Hyung Kwoun
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제32권5호
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pp.672-679
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2022
Microbial lipases are used widely in the synthesis of various compounds due to their substrate specificity and position specificity. 4-Ethyl malate (4-EM) made from diethyl malate (DEM) is an important starting material used to make argon fluoride (ArF) photoresist. We tested several microbial lipases and found that Photobacterium lipolyticum M37 lipase position-specifically hydrolyzed DEM to produce 4-EM. We purified the reaction product through silica gel chromatography and confirmed that it was 4-EM through nuclear magnetic resonance analysis. To mass-produce 4-EM, DEM hydrolysis reaction was performed using an enzyme reactor system that could automatically control the temperature and pH. Effects of temperature and pH on the reaction process were investigated. As a result, 50℃ and pH 4.0 were confirmed as optimal reaction conditions, meaning that M37 was specifically an acid lipase. When the substrate concentration was increased to 6% corresponding to 0.32 M, the reaction yield reached almost 100%. When the substrate concentration was further increased to 12%, the reaction yield was 81%. This enzyme reactor system and position-specific M37 lipase can be used to mass-produce 4-EM, which is required to synthesize ArF photoresist.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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