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.
Immobilized lipases were prepared by physical adsorption using lipase AK, AY, AH, PS and R on Amberlite$^{(R)}$XAD$^{(R)}$7 HP resin. With the immobilized lipases (10%), structured lipid was synthesized by enzymatic interesterification of canola oil, palmitic ethyl ester, and stearic ethyl ester in order to study the reaction characteristics. Among the lipase, the highest protein content was obtained from lipase AH (11.41%) before immobilization, while the highest levels of bound protein was observed from immobilized lipase AK (63.91%). Immobilized lipase AK had the highest interesterification activity (38.3% of total saturated fatty acid). Lipase AK was also used for a continuous reaction in which the slow flow of reactant resulted in increased reaction rate. Reusability of immobilized AK, AH and PS increased at the second reaction (120-196.5%). However, the activity of immobilized AK, which had the highest bound protein content (63.91%) decreased after the third reaction, while the activity of immobilized AH and PS was maintained until the sixth reaction.
To utilize microbial lipases for hydrolysis of milk fat, optimum reaction conditions and characteristics of enzymatic reactions of lipases originated from Rhizopus delemar, Mucor sp., and Candida cylindracea were investigated. Optimum pH and temperature were pH 5.6 and $45^{\circ}C$ for Rhizopus delemar lipase, pH7.5 and $35^{\circ}C$ for Mucor sp. lipase, and pH7.5 and $35^{\circ}C$ for Candida cylindracea lipase. Optimum lipase concentration and optimum substrate concentration were $600{\sim}800\;units/ml$ and 20% milk fat, regardless of their origin. Km values were 6.06% milk fat for Rhizopus delemar lipase, 7.69% for Mucor sp. lipase and 7.99% for Candida cylindracea lipase. Rate of lipid hydrolysis was Rhizopus delemar lipase>Mucor sp. lipase>Candida cylindracea lipase. As the reaction time was extended, liberation of short chain fatty acids was increased. After 8 hours reaction, capric acid content significantly increased with Candida cylindracea lipase, palmitic acid with Mucor sp. lipase and butyric acid with Rhizopus delemar lipase.
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$0^{\circ}C$.
Sugar ester compounds were synthesized in organic solvent using lipase. Anhydrous pyridinc was selected as ;I solvent because of reasonable solubility of sugar. The synthesis of sugar ester compound was catalyzed by Pseudomonas sp. lipase in the reaction system containing anhydrous pyridine as .i solvent and vinyl butylate as an acyl donor. The analysis of the reaction product by TLC and GC showed thilt monobutyryl and dibutyryl fructose esters were synthesized by transesterification reaction between fructose and vinyl butyrate. Optimal conditions for the transesterification reaction were as follows: the ratio of fructoselvinyl butylate, I : lO(M : M): reaction temperature, 40^{\circ}C.$, velocity of shaking, 150 rprn: concentration of enzyme, 10 mglml. The longer the reaction period, the higher the conversion rate, and the conversion rate reached up to 90% after about 10 days of reaction. Monobutyryl fructose was mainly synthesized in the early stage of reaction, but the amount of dibutyryl fructose increased gradually as the rcdction progressed. When a small amount of water was added to the reaction mixture (micro-water system), the reaction rate decreased, while that of rnonobutyr~l fructosc increased. Only monobutyryl fructose was obtained when 1% water was added to the reaction mixture.
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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v.32
no.5
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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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