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.
유기용매 내성 세균 Pseudomonas sp. BCNU 106으로부터 생산된 리파아제 조효소액은 pH 4-10의 넓은 범위의 pH와 37℃에서 매우 안정적이었다. BCNU 106의 리파아제 안정성은 25% xylene, hexane, octane, toluene, chloroform 및 dodecane에서 증가하였으며, 상업적인 고정화 효소와 비교해도 우수한 안정성을 보이고 있다. 그리고 Cu2+, Hg2+, Zn2+ 및 Mn2+ 존재 하에서 110% 이상의 상대활성을 나타낸 반면에, Fe2+에서는 효소활성이 억제되었다. 게다가 계면활성제인 tween 80과 triton X-100 및 SDS에서도 높은 안정성을 유지됨이 확인되었다. 본 연구에서 유기용매 내성 Pseudomonas sp. BCNU 106의 리파아제는 고정화 효소에 못지않은 효소 활성 및 안정성을 유지함이 밝혀져 다양한 산업공정에서 잠재적인 생물촉매로 적용될 수 있는 가능성을 확인할 수 있었다.
Liu, Lu Jie;Zhu, Jia;Wang, Bin;Cheng, Chu;Du, Yong Jie;Wang, Min Qi
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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제30권2호
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pp.192-197
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2017
Objective: The study was conducted to evaluate the stability of commercial coated lipase (CT-LIP) in vitro. Methods: The capsules were tested under different conditions with a range of temperature, pH, dry heat treatment and steaming treatment, simulated gastric fluid (SGF) and simulated intestinal fluid (SIF) in this work, respectively. Free lipase (uncoated lipase, UC-LIP) was the control group. Lipase relative activities measured in various treatments were used as a reference frame to characterize the stability. Results: The lipase activities were decreased with increasing temperatures (p<0.05), and there was a markedly decline (p<0.01) in lipase comparative activities of UC-LIP at $80^{\circ}C$ compared with CT-LIP group. Higher relative activities of lipase were observed in CT-LIP group compared with the free one under acidic ambient (pH 3 to 7) and an alkaline medium (pH 8 to 12). Residual lipase activities of CT-LIP group were increased (p<0.05) by 5.67% and 35.60% in dry heat and hydrothermal treatments, respectively. The lipase relative activity profile of CT-LIP was raised at first and dropped subsequently (p<0.05) compared with constantly reduced tendency of UC-LIP exposed to both SGF and SIF. Conclusion: The results suggest that the CT-LIP possesses relatively higher stability in comparison with the UC-LIP in vitro. The CT-LIP could retain the potential property to provide sustained release of lipase and thus improved its bioavailability in the gastrointestinal tract.
The hydrolysis of olive oil was attempted with immobilized C. rugosa lipase in the reverse phase solvent system. (i.e. immobilized wet particles is dispersed in continuous phase olive oil or organic solvents containing olive oil). Sephadex LH-20 and LH-60 were used as the supports that can be used in organic solvents. The water content of wet particles of sephadex LH-20 and LH-60 were about 72% (w/w) and 85% (w/w), respectively Both swollen gels with 0.05M buffers adsorbed about 18% of lipase dissolved. They were easily dispersed in liquid olive oil or in organic solvents. The effects of organic solvents on the stability and catalytic activity of the lipase have been examined. The results revealed that isooctane is superior to the other solvents examined for enzymatic fat spliting in reverse phase system. Kinetics of enzymatic hydrolys of olive oil by immobilized lipase has been investigated in a batch reactor. Effects of pH and temperature on the lipase were studied. The substrate concentration was influenced positively on the thermal stability.
The lipase from Mucor racemosus NRRL 3631 was partially purified by fractional precipitation using 60% ammonium sulfate, which resulted in a 8.33-fold purification. The partially purified lipase was then immobilized using different immobilization techniques: physical adsorption, ionic binding, and entrapment. Entrapment in a 4% agar proved to be the most suitable technique (82% yield), as the immobilized lipase was more stable at acidic and alkaline pHs than the free enzyme, plus 100% of the original activity was retained owing to the thermal stability of the immobilized enzyme after heat treatment for 60 min at $45^{\circ}C$. The calculated half-lives (472.5, 433.12, and 268.5 min at 50, 55, and $60^{\circ}C$, respectively) and the activation energy (9.85 kcal/mol) for the immobilized enzyme were higher than those for the free enzyme. Under the selected conditions, the immobilized enzyme had a higher $K_m$ (11.11 mM) and lower $V_{max}$ (105.26 U/mg protein) when compared with the free enzyme (8.33 mM and 125.0 U/mg protein, respectively). The operational stability of the biocatalyst was tested for both the hydrolysis of triglycerides and esterification of fatty acids with glycerol. After 4 cycles, the immobilized lipase retained approximately 50% and 80% of its original activity in the hydrolysis and esterification reactions, respectively.
고정화 지지체로 사용된 실리카 나노입자와 실리카 코팅된 자성 나노입자에 작용기를 부착시켜 기능성을 부가한 후 효소인 리파아제를 고정화하여 리파아제의 안정성을 향상시키고자 연구를 수행하였다. 지지체에 부착하는 작용기가 고정화된 효소의 활성과 안정성에 미치는 영향도 살펴보았다. 실리카 나노입자와 실리카 코팅된 자성 나노입자에 부착한 작용기인 epoxy group과 amine group은 glycidyl methacrylate과 aminopropyl triethoxysilane을 통해 실리카 나노입자와 실리카 코팅된 자성 나노입자 표면에 각각 부착하였다. 작용기가 부착된 실리카 나노입자와 실리카 코팅된 자성 나노입자에 고정화한 Candida rugosa lipase는 자유효소에 비해 초기반응속도는 다소 낮았지만, 3 회 재사용한 후 측정한 활성이 최초 활성 대비 92 % 이상의 활성을 유지하였다. 또한, 실리카 코팅된 자성 나노입자에 glutaraldehyde를 이용한 cross-linked enzyme aggregate (CLEA) 방법과 공유결합법을 통해 라파아제를 각각 고정화한 연구를 수행한 결과, 실리카 나노입자와 실리카 코팅된 자성 나노입자에 CLEA 방법과 공유결합법으로 각각 고정화한 Candida rugosa lipase는 자유효소에 비해 초기반응속도 뿐만 아니라 최종 활성도 높았고, 5 회 재사용한 후 측정한 활성이 최초 활성 대비 73 % 이상의 활성을 유지하였다.
Biodiesel is methyl and ethyl esters of long-chain fatty acids produced from vegetable oils or animal fats. Lipase enzymes have occasionally been used for the production of this biofuel. Recently, biodiesel production using immobilized lipase has received increased attention. Through enhanced stability and reusability, immobilized lipase can contribute to the reduction of the costs inherent to biodiesel production. In this study, methanol-tolerant lipase M37 from Photobacterium lipolyticum was immobilized using the cross-linked enzyme aggregate (CLEA) method. Lipase M37 has a high lysine content (9.7%) in its protein sequence. Most lysine residues are located evenly over the surface of the protein, except for the lid structure region, which makes the CLEA preparation yield quite high (~93%). CLEA M37 evidences an optimal temperature of $30^{\circ}C$, and an optimal pH of 9-10. It was stable up to $50^{\circ}C$ and in a pH range of 4.0-11.0. Both soluble M37 and CLEA M37 were stable in the presence of high concentrations of methanol, ethanol, 1-propanol, and n-butanol. That is, their activities were maintained at solvent concentrations above 10% (v/v). CLEA M37 could produce biodiesel from olive oil and alcohols such as methanol and ethanol. Additionally, CLEA M37 generated biodiesel via both 2-step methanol feeding procedures. Considering its physical stability and reusability, CLEA M37 may potentially be used as a catalyst in organic synthesis, including the biodiesel production reaction.
Using 20 lipases from various microbial origins medium chain glycerides, namely, mono-, di-, and tri-carproyl glycerols from glycerol and acid were synthesized in isooctane. Enzyme reaction was performed at 0.35 M of capric acid, 0.025M of glycerol and the same mass of silica gel to remove water in 5ml of isooctane with 30mg of lyophilized lipase. Among 20 lipases, eleven lipases showed good synthetic activities, especially lipase from Pseudomonas aeruginosa (Lipase PS), Rhizomucor miehei origined lipase and Chromobacterium viscosum lipase (Lipase CV) showed good activities for production of tricaproylglycerol, while Lipase OF-360 (origined from Candida rugosa) and Lipase D (Rhizopus delemar) were good for production of dicaprolyglycerol. The lipases, especially Lipase PS, have high thermal stability at $ 60^{circ}C$, and optimum pH of lyophilization for dehydrating the lipase was pH 6.5.
The present study describes the gene cloning and high-level expression of an alkaline and thermostable lipase gene from Trichosporon coremiiforme V3. Nucleotide analysis revealed that this lipase gene has an open reading frame of 1,692 bp without any introns, encoding a protein of 563 amino acid residues. The lipase gene without its signal sequence was cloned into plasmid pPICZαA and overexpressed in Pichia pastoris X33. The maximum lipase activity of recombinant lipase was 5,000 U/ml, which was obtained in fed-batch cultivation after 168 h induction with methanol in a 50 L bioreactor. The purified lipase showed high temperature tolerance, and being stable at 60℃ and kept 45% enzyme activity after 1 h incubation at 70℃. The stability, effects of metal ions and other reagents were also determined. The chain length specificity of the recombinant lipase showed high activity toward triolein (C18:1) and tripalmitin (C16:0).
유기용매 내성 Pseudomonas sp. BCNU 171 균주가 생산하는 유기용매 내성 리파아제의 최적활성은 pH 8과 37℃로 나타났다. BCNU 171 균주가 생산하는 세포외 리파아제는 고농도의 다양한 유기용매하에서 안정성이 증가하는 것으로 나타났다. 리파아제의 안정성은 xylene (137%) 첨가시 가장 높은 것으로 확인되었고, toluene (131%), octane (130%) 그리고 butanol (104%) 순으로 안정성이 높은 것으로 나타났다. 전체적으로 대부분의 용매에서, 상용 고정화 효소(Novozyme 435)와 비교하여 효소안정성이 높은 것으로 나타났다. 나아가 NH4+, Na+, Ba2+, Hg2+, Ni2+, Cu2+및 Ca2+의 존재하에서 약 90%로 효소 안정성을 유지하였으며 다양한 유화제 첨가시에는 현저하게 안정성이 증가하였다. 그러므로 Pseudomonas sp. BCNU 171의 유기용매 내성 리파아제는 잠재성이 높은 whole cell 생물촉매로서 사용가능 할 것이며, 고정화 하지 않고도 유기용매에서의 공업적인 화학공정에서 효소를 이용한 합성에 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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