Μελέτη της καταλυτικής συμπεριφοράς κυτταρικών μεμβρανών Nannochloropsis σε αντιδράσεις εστεροποίησης

Κοτίδης, Παύλος; Kotidis, Pavlos

dc.contributor.author	Κοτίδης, Παύλος	el
dc.contributor.author	Kotidis, Pavlos	en
dc.date.accessioned	2017-01-25T10:13:09Z
dc.date.available	2017-01-25T10:13:09Z
dc.date.issued	2017-01-25
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/44247
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.13307
dc.rights	Default License
dc.subject	Μικροφύκη	el
dc.subject	Μη συμβατικά συτήματα	el
dc.subject	Εστεροποίηση	el
dc.subject	Κυτταρικά θραύσματα	el
dc.subject	Δράση λιπάσης	el
dc.subject	Microalgae	en
dc.subject	Esterification	el
dc.subject	Cell debris	el
dc.subject	Lipolytic activity	el
dc.subject	Non-conventional media	el
dc.title	Μελέτη της καταλυτικής συμπεριφοράς κυτταρικών μεμβρανών Nannochloropsis σε αντιδράσεις εστεροποίησης	el
dc.title	Studies on esterification reactions catalyzed by cell debris from the microalgae Nannochlorospis oceanica in-nonconvetional media	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Χημική τεχνολογία και μηχανική	el
heal.classification	Βιοτεχνολογία	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/26ef8a85171bd6096109bf5b78a055756bca69b8
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/17d26c7ad4b1baa3e1976533f499eef793ef5338
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-09-30
heal.abstract	Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η καταλυτική συμπεριφορά των κυτταρικών μεμβρανών του μικροφύκους Nannochloropsis oceanica CCMP1779 σε αντιδράσεις εστεροποίησης πρότυπων λιπαρών οξέων με αιθανόλη. Αρχικά, πραγματοποιήθηκε καλλιέργεια του μικροοργανισμού N. oceanica σε επωαστήρες με σταθερό φωτισμό, σταθερή ταχύτητα ανάδευσης και θερμοκρασία στους 20 oC. Τα κύτταρα συλλέχθηκαν μέσω φυγοκέντρησης. Ακολούθησε η λύση των κυττάρων με τη χρήση της συσκευής υπερήχων και η λυοφιλίωση των κυτταρικών μεμβρανών. Το ενζυμικό σκεύασμα που προέκυψε είχε ενεργότητα λιπάσης ίση με 53,11 ± 2,43 Units/(mg πρωτεΐνης). Για τον προσδιορισμό των εστέρων χρησιμοποιήθηκε αέριος χρωματογράφος με φασματοσκοπία μάζας (GC-MS), αφού κατασκευάστηκαν οι καμπύλες αναφοράς για τους αντίστοιχους εστέρες. H σύνθεση των πρότυπων εστέρων πραγματοποιήθηκε με όξινη χημική εστεροποίηση. Οι κυτταρικές μεμβράνες του στελέχους N. oceanica εμφάνισαν ικανότητα σύνθεσης εστέρων διαφόρων λιπαρών οξέων με την αιθανόλη. Ακολούθησε η μελέτη της δράσης του ενζυμικού σκευάσματος. Ως διαλύτης επιλέχθηκε το n-οκτάνιο, ενώ η συγκέντρωση του λιπαρού οξέος και της αιθανόλης ήταν 50 mM. Ο συνολικός όγκος αντίδρασης ήταν 200 μL, η ταχύτητα ανάδευσης 300 rpm, η θερμοκρασία ρυθμίστηκε στους 40 oC και η συγκέντρωση του ενζυμικού σκευάσματος ήταν 70 mg/mL. Τα λιπαρά οξέα τα οποία μελετήθηκαν ήταν το δωδεκανοϊκό (λαυρικό), το τετραδεκανοϊκό (μυριστικό), το εξαδεκανοϊκό (παλμιτικό) και το οκταδεκανοϊκό (στεατικό) οξύ. Παρ’ ότι η αντίδραση εστεροποίησης εμφάνισε μεγαλύτερη αρχική ταχύτητα στο μυριστικό οξύ, επιλέχθηκε το παλμιτικό οξύ για το σύνολο των πειραμάτων διότι εμφανίζει μεγαλύτερο εύρος χρήσεων και βιοτεχνολογικών εφαρμογών. Επιπρόσθετα, μελετήθηκε η βέλτιστη συγκέντρωση του ενζυμικού σκευάσματος και η βέλτιστη ταχύτητα ανάδευσης της αντίδρασης. Προέκυψαν ίσες με 70 mg/mL και 600 rpm, αντίστοιχα. Οι συνθήκες αυτές διατηρήθηκαν και στα υπόλοιπα πειράματα. Παρατηρήθηκε η πτώση της συγκέντρωσης του παλμιτικού αιθυλεστέρα έπειτα από 12 ώρες, η οποία αποδόθηκε στο φαινόμενο της ρόφησης του προϊόντος από το ενζυμικό σκεύασμα. Μελετήθηκε επίσης ο μηχανισμός της αντίδρασης και υπολογίσθηκαν οι κινητικές σταθερές. Ο μηχανισμός της αντίδρασης παρουσίασε σημαντικές ομοιότητες με τον μηχανισμό Ping-Pong, ενώ οι κινητικές σταθερές υπολογίσθηκαν ως εξής : vmax = 7,02•10-4 mmol εστέρα/g Ε.Σ./h, Κm,παλμιτικού οξέος = 86,96 mM και Κm,αιθανόλης = 341,71 mM. Στη συνέχεια, μελετήθηκε η επίδραση της θερμοκρασίας στην αντίδραση εστεροποίησης και προέκυψε πως η βέλτιστη θερμοκρασία για τη δράση του ενζύμου είναι οι 40 oC. Η ενέργεια ενεργοποίησης της αντίδρασης υπολογίσθηκε μέσω της εξίσωσης Arrhenius, και βρέθηκε να αντιστοιχεί σε 48,15 ± 4,36 kJ/mol. Εξετάσθηκε η επίδραση του μήκους της ευθύγραμμης ανθρακικής αλυσίδας του αλκυλο-δέκτη και προέκυψε ότι η αρχική ταχύτητα της αντίδρασης αυξάνεται όσο μικρότερη είναι η ανθρακική αλυσίδα της αλκοόλης. Συνοψίζοντας, το ενζυμικό σκεύασμα (οι λυοφιλιωμένες κυτταρικές μεμβράνες του μικροφύκους N. oceanica), το οποίο χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φόρα στη βιβλιογραφία, εμφάνισε ικανοποιητικά αποτελέσματα στην κατάλυση αντιδράσεων σύνθεσης.	el
heal.abstract	The present diploma thesis examines the catalytic activity of cell debris of the microalgae Nannochloropsis oceanica CCMP1779 in the esterification of several fatty acids with ethanol. The strain N. oceanica was grown on incubators with stable light and agitation speed and temperature at 20 oC. The cells were then isolated by centrifugation. The cell disruption by sonication and lyophilization of cell’s membranes followed. The enzyme formula (lyophilized cell debris) lypolytic activity was found at 53,11 ± 2,43 Units/(mg protein). Fatty acid esters were analyzed by gas chromatography - mass spectrometry (GCMS). The calibration curves for fatty acid esters were prepared. Fatty acid standards were synthesized by acid esterification. The cell debris of N. oceanica showed catalytic activity in the esterification of fatty acids with ethanol. For the enzymatic esterification that followed, n-octane was chosen as a solvent and the concentration of both the ethanol and the fatty acid was 50 mM. The reaction volume was 200 μL, the agitation speed was 300 rpm, the temperature was regulated at 40 oC and the enzyme formula loading was 70 mg/mL. Four fatty acids were studied : dodecanoic (lauric) acid, tetradecanoic (myristic) acid, hexadecanoic (palmitic) acid and octadecanoic (stearic) acid. Although myristic acid showed the highest initial velocity, for the remaining experiments palmitic acid was used as a substrate as it shows a wider range of biotechnological applications. The optimal enzyme formula loading and agitation speed were also studied and found at 70 mg/mL and 600 rpm, respectively. These conditions were maintained for the remaining experiments. After 12 h of reaction, a reduction of the palmitic ethyl ester’s concentration was noticed and attributed to sorption by the enzyme formula. The mechanism of the reaction was also studied and found to likely be Ping-Pong. The kinetic constants were found to be : vmax = 7,02·10-4 mmol ester/g E.F./h, Κm,palmitic acid = 86,96 mM and Κm,ethanol = 341,71 mM. IV The study of the effect of temperature showed that the highest initial velocity was achieved at 40 oC. The activation energy of the reaction was also calculated at 48,15 ± 4,36 kJ/mol, using the Arrhenius equation. The effect of the length of the linear chain of the alcohol in the esterification reaction was studied. It was revealed that the shorter the chain was, the higher initial velocity was found. Summarising, the enzyme formula (lyophilized cell debris of N. oceanica), which has been used for the first time in literature, showed satisfactory results on esterification catalysis.	en
heal.advisorName	Κέκος, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Κέκος, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Τόπακας, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Φιλιππόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Βιοτεχνολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	131 σ.
heal.fullTextAvailability	true