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Melo RLF, Freire TM, Valério RBR, Neto FS, de Castro Bizerra V, Fernandes BCC, de Sousa Junior PG, da Fonseca AM, Soares JM, Fechine PBA, Dos Santos JCS. Enhancing biocatalyst performance through immobilization of lipase (Eversa® Transform 2.0) on hybrid amine-epoxy core-shell magnetic nanoparticles. Int J Biol Macromol 2024; 264:130730. [PMID: 38462111 DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2024.130730] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 12/12/2023] [Revised: 03/05/2024] [Accepted: 03/06/2024] [Indexed: 03/12/2024]
Abstract
Magnetic nanoparticles were functionalized with polyethylenimine (PEI) and activated with epoxy. This support was used to immobilize Lipase (Eversa® Transform 2.0) (EVS), optimization using the Taguchi method. XRF, SEM, TEM, XRD, FTIR, TGA, and VSM performed the characterizations. The optimal conditions were immobilization yield (I.Y.) of 95.04 ± 0.79 %, time of 15 h, ionic load of 95 mM, protein load of 5 mg/g, and temperature of 25 °C. The maximum loading capacity was 25 mg/g, and its stability in 60 days of storage showed a negligible loss of only 9.53 % of its activity. The biocatalyst demonstrated better stability at varying temperatures than free EVS, maintaining 28 % of its activity at 70 °C. It was feasible to esterify free fatty acids (FFA) from babassu oil with the best reaction of 97.91 % and ten cycles having an efficiency above 50 %. The esterification of produced biolubricant was confirmed by NMR, and it displayed kinematic viscosity and density of 6.052 mm2/s and 0.832 g/cm3, respectively, at 40 °C. The in-silico study showed a binding affinity of -5.8 kcal/mol between EVS and oleic acid, suggesting a stable substrate-lipase combination suitable for esterification.
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Affiliation(s)
- Rafael Leandro Fernandes Melo
- Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais, Universidade Federal do Ceará, Campus do Pici, Fortaleza, CE CEP 60440-554, Brazil; Grupo de Química de Materiais Avançados (GQMat), Departamento de Química Analítica e Físico-Química, Universidade Federal do Ceará, Campus do Pici, Fortaleza, CE CEP 60451-970, Brazil
| | - Tiago Melo Freire
- Grupo de Química de Materiais Avançados (GQMat), Departamento de Química Analítica e Físico-Química, Universidade Federal do Ceará, Campus do Pici, Fortaleza, CE CEP 60451-970, Brazil
| | - Roberta Bussons Rodrigues Valério
- Grupo de Química de Materiais Avançados (GQMat), Departamento de Química Analítica e Físico-Química, Universidade Federal do Ceará, Campus do Pici, Fortaleza, CE CEP 60451-970, Brazil
| | - Francisco Simão Neto
- Departamento de Engenharia Química, Universidade Federal do Ceará, Campus do Pici, Fortaleza, CE CEP 60455-760, Brazil
| | - Viviane de Castro Bizerra
- Instituto de Engenharias e Desenvolvimento Sustentável, Universidade da Integração Internacional da Lusofonia Afro-Brasileira, Campus das Auroras, Redenção, CE CEP 62790-970, Brazil
| | - Bruno Caio Chaves Fernandes
- Departamento de Agronomia e Ciência Vegetais, Universidade Federal Rural do Semi-Árido, Campus Mossoró, Mossoró, RN CEP 59625-900, Brazil
| | - Paulo Gonçalves de Sousa Junior
- Departamento de Química Orgânica e Inorgânica, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Campus Pici, Fortaleza, CE CEP 60455760, Brazil
| | - Aluísio Marques da Fonseca
- Instituto de Engenharias e Desenvolvimento Sustentável, Universidade da Integração Internacional da Lusofonia Afro-Brasileira, Campus das Auroras, Redenção, CE CEP 62790-970, Brazil
| | - João Maria Soares
- Departamento de Física, Universidade do Estado do Rio Grande do Norte, Campus Mossoró, Mossoró, RN CEP 59610-090, Brazil
| | - Pierre Basílio Almeida Fechine
- Grupo de Química de Materiais Avançados (GQMat), Departamento de Química Analítica e Físico-Química, Universidade Federal do Ceará, Campus do Pici, Fortaleza, CE CEP 60451-970, Brazil
| | - José Cleiton Sousa Dos Santos
- Instituto de Engenharias e Desenvolvimento Sustentável, Universidade da Integração Internacional da Lusofonia Afro-Brasileira, Campus das Auroras, Redenção, CE CEP 62790-970, Brazil.
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