Behaviour of pancreatic lipase enzyme during recyclization when synthesizing butyl butyrate in non-aqueous media

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Aromatic substances are widely applied in the creation of fragrances for cosmetic, detergent and food products, as well as medical preparations for external use. Environmentally friendly enzymes obtained using green chemistry methods are of particular value. Therefore, the enzymatic synthesis of esters of aromatic aliphatic acids and aromatic alcohols is of great practical interest. This approach has significant advantages over chemical methods, since it is carried out at low temperatures without the formation of byproducts, thus requiring no special purification techniques. Although the cost of enzyme preparations is rather high, immobilized enzymes can be used repeatedly and continuously. In the present work, we investigate the possibility of using non-immobilized freeze-dried lipase (Lipase from porcine pancreas, Type 11) for repeated esterification of butyl alcohol with butyric acid. The synthesis was carried out in hexane. The completeness of the process was controlled by titration of the residual acid with aqueous alcoholic alkali in the reaction medium. The resulting enzyme preparation was separated from the reaction mixture and reused with a new portion of the substrate. It is shown that the obtained enzyme can be used for more than 10 cycles. It was found that, starting from the second cycle, the enzyme activity increases depending on its concentration in the medium. In addition, the butyric acid conversion increases by 6–180% reaching the initial level only after the 10th cycle. The unusual effect of increasing the enzymatic activity of lipase in recycles can be explained by both the phenomenon of autocatalysis, i.e. activation of the enzyme by water released as a result of esterification, and structural features of the active site of pancreatic lipase.

About the authors

V. S. Gamaurova

Kazan National Research Technological University

Email: gamaur@kstu.ru

G. A. Davletshina

Kazan National Research Technological University

Email: guzeladgamovna@gmail.com

References

  1. Войткевич С.А. 865 душистых веществ для парфюмерии и бытовой химии. М.: Пищевая промышленность, 1994. 594 с.
  2. Хейфиц Л.А., Дашунин В.М. Душистые вещества и другие продукты для парфюмерии. М.: Химия, 1994. 226 с.
  3. Гамаюрова В.С., Зиновьева М.Е., Шнайдер К.Л., Давлетшина Г.А. Липазы в реакциях этерификации: обзор // Катализ в промышленности. 2020. Т. 20. N 3. С. 216–233. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2020-3-216-233
  4. Кондрашева Н.К., Кондрашев Д.О., Еремеева А.М. Получение и исследование биодизельного топлива на основе кукурузного масла и бутилового спирта // Академический журнал Западной Сибири. 2014. Т. 10. N 2 (51). С. 24.
  5. Гарабаджиу А.В., Голынкин В.А., Карасев М.М., Козлов Г.В., Лисицкая Т.Б. Основные аспекты использования липаз для получения биодизеля (обзор) // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). 2010. N 7 (33). C. 63–67.
  6. Росс М.Ю., Стребков Д.С. Биодизельное топливо из водорослей: монография. М.: ГНУ ВИЭСХ, 2008. 252 с.
  7. Коваленко Г.А., Перминова Л.В., Беклемишев А.Б., Яковлева Е.Ю., Пыхтина М.Б. Биокаталитические гетерогенные процессы переэтерификации растительных масел в биодизель // Катализ в промышленности. 2014. N 6. С. 71−79.
  8. Varfolomeev S.D., Krylova L.P., Efremenko E.N. Biofuels // Russian Chemical Reviews. 2010. Vol. 79. Issue 6. P. 544−564. https://doi.org/10.1070/RC2010v079n06ABEH004138
  9. Firdaus M.Y., Brask J., Nielsen P.M., Guo Z., Fedorov S. Kinetic model of biodiesel production catalyzed by free liquid lipase from Thermomyces // Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic. 2016. Vol. 133. P. 55−64. https://doi.org/10.1016/j.molcatb.2016.07.011
  10. Самойлова Ю.В., Сорокина К.Н., Пилигаев А.В., Пармон В.Н. Применение бактериальных термостабильных липолитических ферментов в современных биотехнологических процессах // Катализ в промышленности. 2018. Т. 18. N 6. С. 61−73. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2018-6-61-73
  11. Тырсин Ю.А., Шеламова С.А. Механизмы гидролиза, синтеза и переэтерификации в пищевой биотехнологии: монография. Воронеж: Научная книга, 2012. 212 с.
  12. Matte C.R., Bordinhao С., Poppe J.K., Rodrigues R.C., Hertz P.F., Ayub A.Z. Synthesis of butyl butyrate in batch and continuous enzymatic reactors using Thermomyces lanuginosus lipase immobilized in Immobead 150 // Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic. 2016. Vol. 127. P. 67−75. https://doi.org/10.1016/j.molcatb.2016.02.016
  13. Gubicza L., Kabriri-Badr A., Keoves E., Belafi-Bako K. Large-scale enzymatic production of natural flavor esters in organic solvent with continuous water removal // Journal of Biotechnology. 2001. Vol. 84. P. 193−196. https://doi.org/10.1016/s0168-1656(00)00352-7
  14. Martins A.B., da Silva A.M., Schein M.F., Garcia-Galan C., Záchia Ayub M.A., Fernandez-Lafuente R., et al. Comparison of the performance of commercial immobilized lipases in the synthesis of different flavor esters // Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic. 2014. Vol. 105. P. 18−25. https://doi.org/10.1016/j.molcatb.2014.03.021
  15. Xiao Z., Hou X., Lyu X., Zhao J.-Y., Xi L., Li J., et al. Enzymatic synthesis of aroma acetoin fatty acid esters by immobilized Сandida antarctica lipase B. // Biotechnology Letters. 2015. Vol. 37. Issue 8. P. 1671−1677. https://doi.org/10.1007/s10529-015-1834-0
  16. Коваленко Г.А., Перминова Л.В., Беклемишев А.Б., Мамаев А.Л. Биокаталитические гетерогенные процессы этерификации насыщенных жирных кислот с алифатическими спиртами // Катализ в промышленности. 2017. Т. 17. N 5. С. 399−406. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2017-5-399-406
  17. Bezborodov A.M., Zagustina N.A. Lipases in catalytic reactions of organic chemistry // Applied Biochemistry and Microbiology. 2014. Vol. 50. Issue 4. P. 313–337. https://doi.org/10.1134/S0003683814040024
  18. Gamayurova V.S., Jamai M.J., Zaripova S.K., Shnaider K.L., Bildanova N.I., Chernykh M.N. Comparison of esterifying ability of some lipases // Journal of Advanced Chemical Sciences. 2018. Vol. 4. Issue 11. P. 531−533. https://doi.org/10.30799/jacs.179.18040102

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).