Каталитические свойства и иммобилизация ферментных препаратов, содержащих липазу галоалкалотолерантных бактерий Pseudomonas peli и Bacillus aequororis

Данная статья посвящена исследованию каталитических свойств и иммобилизации ферментных препаратов, которые содержат липазу галоалкалотолерантных бактерий Pseudomonas peli и Bacillus aequororis. Из галоалкалотолерантных бактерий Pseudomonas peli 3-Т и Bacillus aequororis 5-ДБ выделена липаза и иммобилизована на карбоксиметилцеллюлозе, активированном хитозане и кормовых дрожжах. Определена рН-зависимость активности и термостабильность нативного фермента, сохранение активности при иммобилизации и высушивании иммобилизованного препарата. Установлено, что активность липазы из обоих источников повышается с увеличением щелочности реакционной среды, причем у липазы P. peli 3-Т в кислой среде активность отсутствовала, у B. aequororis 5-ДБ при рН 6–7 составляла не более 20% от максимальной. Выделенная липаза обладает достаточно высокой термостабильностью. Так, липаза P. peli 3-Т при воздействии температуры 60 и 70 °С в течение 1 ч полностью сохраняет исходную активность, а в течение 15 мин воздействие температуры 80 и 90 °С приводит к снижению активности на 73 и 83% соответственно. Из изученных носителей для иммобилизации фермента наиболее перспективны активированный хитозан и кормовые дрожжи. При высушивании иммобилизованного препарата липазы на активированном хитозане сохраняется 3 и 46% активности нативного фермента из P. peli 3-Т и B. aequororis 5-ДБ соответственно, на кормовых дрожжах – 2 и 64% соответственно.

1. Безбородов А.М., Загустина Н.А. Липазы в реакциях катализа в органическом синтезе (обзор) // Прикладная биохимия и микробиология. 2014. Т. 50. N 4. С. 347–373. https://doi.org/10.7868/S0555109914040187. EDN: QJJFEO.

2. Costa-Silva T.A., Carvalho A.K.F., Souza C.R.F., De Castro H.F., Bachmann L., Said S., et al. Enhancement lipase activity via immobilization onto chitosan beads used as seed particles during fluidized bed drying: application in butyl butyrate production // Applied Catalysis A: General. 2021. Vol. 622. P. 118217. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2021.118217.

3. Щербинин С. Экзогенная липаза снижает стоимость корма // Корма и кормопроизводство. 2018. N 4. С. 55–57.

4. Fujinami S., Fujisawa M. Industrial applications of alkaliphiles and their enzymes – past, present and future // Environmental Technology. 2010. Vol. 31, no. 8-9. P. 845–856. https://doi.org/10.1080/09593331003762807.

5. Oren A. Industrialandenvironmental applicationsof halophilic microorganisms // Environmental Technology. 2010. Vol. 31, no. 8-9. P. 825–834. https://doi.org/10.1080/09593330903370026.

6. Шилова А.В., Максимов А.Ю., Максимова Ю.Г. Выделение и идентификация алкалотолерантных бактерий с гидролитической активностью из содового шламохранилища // Микробиология. 2021. Т. 90. N 2. С. 155–165. https://doi.org/10.31857/S0026365621020130. EDN: KLWPKV.

7. Максимова Ю.Г., Шилова А.В., Егорова В.В., Щетко В.А., Максимов А.Ю. Физиолого-биохимическая характеристика и биотехнологический потенциал гидролитических галоалкалотолерантных бактерий содового шламохранилища // Известия РАН. Серия биологическая. 2023. N 2. C. 149–159. https://doi.org/10.31857/S1026347022700068. EDN: HANYNK.

8. Xie J., Zhang Y., Simpson B. Food enzymes immobilization: novel carriers, techniques and applications // Current Opinion in Food Science. 2022. Vol. 43. P. 27–35. https://doi.org/10.1016/j.cofs.2021.09.004.

9. Fernandez-Lafuente R. Stabilization of multimeric enzymes: strategies to prevent subunit dissociation // Enzyme and Microbial Technology. 2009. Vol. 45, no. 6-7. P. 405–418. https://doi.org/10.1016/j.enzmictec.2009.08.009.

10. Remonatto D., Miotti R.H., Monti R., Bassan J.C., de Paula A.V. Applications of immobilized lipases in enzymatic reactors: a review // Process Biochemistry. 2022. Vol. 114. P. 1–20. https://doi.org/10.1016/j.procbio.2022.01.004.

11. Sampaio C.S., Angelotti J.A.F., Fernandez-Lafuente R., Hirata D.B. Lipase immobilization via crosslinked enzyme aggregates: problems and prospects – a review // International Journal of Biological Macromolecules. 2022. Vol. 215. P. 434–449. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.06.139.

12. Quayson E., Amoah J., Hama S., Kondo A., Ogino C. Immobilized lipases for biodiesel production: current and future greening opportunities // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2020. Vol. 134. P. 110355. https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110355.

13. Manan F.M.A., Attan N., Zakaria Z., Mahat N.A., Wahab R.A. Insight into the Rhizomucor miehei lipase supported on chitosan-chitin nanowhiskers assisted esterification of eugenol to eugenyl benzoate // Journal of Biotechnology. 2018. Vol. 280. P. 19–30. https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2018.05.015.

14. Alves dos Santos L., Alnoch R.C., Soares G.A., Mitchell D.A., Krieger N. Immobilization of Pseudomonas fluorescens lipase on chitosan crosslinked with polyaldehyde starch for kinetic resolution of sec-alcohols // Process Biochemistry. 2022. Vol. 122. P. 238–247. https://doi.org/10.1016/j.procbio.2022.10.014.

15. Costa-Silva T.A., Carvalho A.K.F., Souza C.R.F., Freitas L., De Castro H.F., Oliveira W.P. Highly effective Candida rugosa lipase immobilization on renewable carriers: Integrated drying and immobilization process to improve enzyme performance // Chemical Engineering Research and Design. 2022. Vol. 183. P. 41–55. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2022.04.026.

16. Pourkhanali K., Khayati G., Mizani F., Raouf F. Characterization of free and immobilized lipase from Penicillium sp. onto three modified bentonites: a comparative study // Journal of Biotechnology. 2022. Vol. 344. P. 57–69. https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2021.12.013.

17. Tan Z., Bilal M., Li X., Ju F., Teng Y., Iqbal H.M.N. Nanomaterial-immobilized lipases for sustainable recovery of biodiesel – a review // Fuel. 2022. Vol. 316. P. 123429. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.123429.

18. Kovalenko G., Perminova L., Beklemishev A. Heterogeneous biocatalytical esterification by recombinant Thermomyces lanuginosus lipase immobilized on macroporous carbon aerogel // Catalysis Today. 2021. Vol. 379. P. 36–41. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2020.11.018.

19. Moguei M.R.S., Habibi Z., Shahedi M., Yousefi M., Alimoradi A., Mobini S., et al. Immobilization of Thermomyces lanuginosus lipase through isocyanidebased multi component reaction on multi-walled carbon nanotube: application for kinetic resolution of rac-ibuprofen // Biotechnology Reports. 2022. Vol. 35. P. e00759. https://doi.org/10.1016/j.btre.2022.e00759.

20. Sun Y., Guo M., Hu S., Fang X., Jin Z., Wu R. Nanosurface-immobilized lipase and its degradation of phthalate wastewater // Molecular Catalysis. 2022. Vol. 529. P. 112522. https://doi.org/10.1016/j.mcat.2022.112522.

21. Badoei-dalfard A., Tahami A., Karami Z. Lipase immobilization on glutaraldehyde activated graphene oxide/chitosan/cellulose acetate electrospun nanofibrous membranes and its application on the synthesis of benzyl acetate // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2022. Vol. 209. P. 112151. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2021.112151.

22. Ghide M.K., Li K., Wang J., Abdulmalek S.A., Yan Y. Immobilization of Rhizomucor miehei lipase on magnetic multiwalled carbon nanotubes towards the synthesis of structured lipids rich in sn-2 palmitic acid and sn-1,3 oleic acid (OPO) for infant formula use // Food Chemistry. 2022. Vol. 390. P. 133171. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2022.133171.

23. Yu D., Li Z., Zhou X., Wang W., Wang L., Liu T., et al. Study on the modification of magnetic graphene oxide and the effect of immobilized lipase // International Journal of Biological Macromolecules. 2022. Vol. 216. P. 498–509. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.06.203.

24. Bilal M., Iqbal H.M.N. Naturally-derived biopolymers: potential platforms for enzyme immobilization // International Journal of Biological Macromolecules. 2019. Vol. 130. P. 462–482. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2019.02.152.

25. Sharma A., Thatai K.S., Kuthiala T., Singh G., Arya S.K. Employment of polysaccharides in enzyme immobilization // Reactive and Functional Polymers. 2021. Vol. 167. P. 105005. https://doi.org/10.1016/j.reactfunctpolym.2021.105005.

26. Vassiliadi E., Aridas A., Schmitt V., Xenakis A., Zoumpanioti M. (Hydroxypropyl)methyl cellulose-chitosan film as a matrix for lipase immobilization: operational and morphological study // Molecular Catalysis. 2022. Vol. 522. P. 112252. https://doi.org/10.1016/j.mcat.2022.112252.

27. Холназаров Б.А., Тураев Х.Х., Назаров Ю.Э. Синтез гидрогелей на основе биоматериалов крахмала и натрий-карбоксиметилцеллюлозы // Universum: химия и биология. 2020. N 10. C. 57–60.