Eversa® Transform 2.0 lipase: immobilization strategies and performance in FAME and phospholipids synthesis

Abstract

Os biocatalisadores vêm ganhando espaço na química orgânica como uma alternativa aos processos químicos convencionais visto o grande número de vantagens que são capazes de conferir. Esses fatores impulsionaram a produção e a comercialização de enzimas em geral, mas o alto custo ainda é considerado uma barreira à sua difusão em processos comerciais, mesmo com seus aspectos tecnológicos conhecidos e aprovados. Em vista disso, novos suportes e técnicas de imobilização enzimática têm sido utilizados a fim de promover estabilidade enzimática e garantir uma catálise economicamente eficiente por meio da recuperação e reutilização destes biocatalisadores. Desta forma, este trabalho investigou a imobilização da recente lipase comercial Eversa® Transform 2.0 solúvel (ET2) em diferentes suportes por meio de diversas técnicas e validou a eficiência dos derivados enzimáticos na síntese de ésteres metílicos de ácidos graxos (FAME) a partir de resíduos graxos industriais e na síntese de fosfolipídios em sistemas anidros. A ET2 imobilizada por aprisionamento em espuma flexível de poliuretano (EI-PU) apresentou carga máxima de 9,13 mg/g (enzima/suporte), 72,1% de atividade residual em relação à enzima livre, comportamento semelhante à enzima livre em estudos de estabilidade à temperatura e pH, valores acima de 91% para conversão em FAME e pôde ser reutilizada por até quatro ciclos de síntese desses compostos. O planejamento fatorial revelou que as melhores condições operacionais para a síntese de FAME foram 2% em massa de água, 2,0 eqv de metanol, 300 ppm de NaOH e 500 ppm do cofator enzimático. A ET2 imobilizada por interação hidrofóbica em suporte comercial Immobead ADS-3 (ADS3) apresentou carga máxima de 160 mg/g (enzima/suporte) e excelentes resultados na síntese de fosfolipídios mantendo rendimentos acima de 63% após 6 ciclos de reação. Além disso, apresentou estabilidade tanto em meio contendo 30% de butanona quanto em sistema livre de solvente. Assim, esses resultados sugerem uma via econômica do uso desse biocatalisador imobilizado sendo excelentes as possibilidades para, inclusive, novas aplicações.

Abstract: Biocatalysts have been outstanding in organic chemistry as an alternative to conventional chemical processes due to a large number of advantages they are capable of conferring. These factors boosted the production and commercialization of enzymes in general, but the high cost is still considered a barrier to their diffusion in commercial processes, even with their known and proved technological aspects. Thus, new supports and techniques for enzyme immobilization have been used to promote enzyme stability and guarantee economically efficient catalysis through the recovery and reuse of these biocatalysts. This work explored the immobilization of the commercial soluble Eversa® Transform 2.0 lipase (ET2) on different supports through different techniques and proved the efficiency of enzyme derivatives on the synthesis of fatty acid methyl esters (FAME) from industrial fatty waste and on the synthesis of phospholipids in anhydrous systems. The ET2 immobilized by entrapment in flexible polyurethane foam (EI-PU) had a maximum enzyme loading of 9.13 mg/g (enzyme/support) and up to 72% of residual activity, in relation to the free enzyme. In addition, from temperature and pH stability studies, the EI-PU was able to provide a very similar behavior to the free enzyme. For FAME conversion, values above 91% were found, and the EI-PU could be reused for four cycles. Factorial design revealed that the best operating conditions for the FAME synthesis were 2 wt% of water, 2.0 eqv of methanol, 300 ppm of NaOH, and 500 ppm of the enzymatic cofactor. ET2 immobilized by hydrophobic interaction on commercial support Immobead ADS-3 (ADS3) had a maximum enzyme loading of 160 mg/g (enzyme/support), excellent results in phospholipid synthesis, maintaining yields above 63% after 6 reaction cycles, and was stable either in 30% butanone or in a solvent-free system. Thus, these results suggest an economical route for these immobilized biocatalysts, with excellent possibilities for even new applications.