Ανάπτυξη μεθοδολογίας ακινητοποίησης του ενζύμου λιπάση σε καινοτόμες υδρογέλες

Σαγιάς, Γεώργιος; Sagias, Georgios

dc.contributor.author	Σαγιάς, Γεώργιος	el
dc.contributor.author	Sagias, Georgios	en
dc.date.accessioned	2025-01-14T12:04:19Z
dc.date.available	2025-01-14T12:04:19Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/60731
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.28427
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Λιπάσες	el
dc.subject	Φυσικοί Βαθέως Ευτηκτικοί Διαλύτες	el
dc.subject	Ευτηκτογέλες	el
dc.subject	Ακινητοποίηση ενζύμων	el
dc.subject	Υδρόλυση εστέρων	el
dc.subject	Lipases	en
dc.subject	Natural Deep Eutectic Solvents (NaDESs)	en
dc.subject	Eutectogels	en
dc.subject	Enzymes Immobilization	en
dc.subject	Esters Hydrolysis	en
dc.title	Ανάπτυξη μεθοδολογίας ακινητοποίησης του ενζύμου λιπάση σε καινοτόμες υδρογέλες	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ενζυμική Κατάλυση	el
heal.classification	Ακινητοποίηση ενζύμων	el
heal.classification	Χημικές Αντιδράσεις	el
heal.classification	Πράσινη Χημεία	el
heal.classification	Χημεία	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-07-12
heal.abstract	Οι λιπάσες αποτελούν μια ευρέως χρησιμοποιούμενη κατηγορία ενζύμων, που αξιοποιείται σε βιοκαταλυτικές δράσεις. Προέρχονται από την ευρύτερη ομάδα των υδρολασών και καταλύουν μεγάλο αριθμό υδρολυτικών αντιδράσεων ελαίων, λιπαρών, ενώ συμμετέχουν και σε αντιδράσεις σύνθεσης, όπως η εστεροποίηση. Συμβάλλουν στην ανάπτυξη διεργασιών με πράσινο και βιώσιμο χαρακτήρα, αφού επιτυγχάνεται ταχύτερη αντίδραση, υπό πιο ήπιες συνθήκες και δίνεται η δυνατότητα σύνθεσης μορίων με υψηλή εκλεκτικότητα. Οι φυσικοί βαθέως ευτηκτικοί διαλύτες (NaDESs) είναι μίγματα διαφορετικών φυσικών συστατικών (στερεών ή υγρών), δοτών και δεκτών ηλεκτρονίων, που αλληλεπιδρούν μέσω δεσμών υδρογόνου σχηματίζοντας υγρό σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Χαρακτηρίζονται από πράσινο χαρακτήρα, μιας και είναι βιοσυμβατοί, βιοαποικοδομήσιμοι, ενώ δεν εμφανίζουν τοξικότητα και η παρασκευή τους είναι απλή και οικονομική. Στην περίπτωση της διπλωματικής αυτής, τα συντιθέμενα NaDESs έχουν ως κύρια συστατικά τους ωσμωλύτες που αποτελούν μικρά μόρια τα οποία συντίθενται από τα κύτταρα με στόχο την απόκριση σε εξωτερικές μεταβολές του περιβάλλοντος. Στόχος της διπλωματικής εργασίας είναι η σύνθεση των NaDESs που βασίζονται σε ωσμωλύτες και ο χαρακτηρισμός τους (pH, ιξώδες, πολικότητα). Τα επιτυχημένα NaDESs που συντέθηκαν είναι τα Bet/Gly/W (1:2:4), Pro/Gly/W (1:2:4), Sar/Gly/W (1:2:4), Sorb/Gly/W (1:2:5), Bet/Sorb/W (1:1:4), Ur/Sorb/Gly/W (2:1:1:5), Ur/Sorb/W (1:1:3). Με την χρήση των διαλυτών αυτών, σχηματίζονται διαλύματα λιπάσης σε NaDES, καθώς και ευτηκτογέλες αλγινικού που περιλαμβάνουν NaDES και εγκλείουν λιπάση στην δομή τους. Μελετώντας την ενεργότητα κατά την αποθήκευση της λιπάσης εντός των διαλυτών NaDESs τα καλύτερα αποτελέσματα προκύπτουν για τους διαλύτες Sorb/Gly/W (1:2:5) και Ur/Sorb/Gly/W (2:1:1:5). Το NaDES Sorb/Gly/W υπερέχει στην υψηλή ενεργότητα της λιπάσης κατά τις πρώτες ημέρες αποθήκευσής της σε αυτό, ενώ το NaDES Ur/Sorb/Gly/W αναδεικνύεται, διότι διατηρεί σταθερή και σε ικανοποιητικά επίπεδα την ενεργότητα της λιπάσης σε μεγάλους χρόνους αποθήκευσης (55 ημέρες). Όσον αφορά την επίδραση της θερμοκρασίας στην σταθερότητα του ενζύμου, φαίνεται ότι η αύξηση της θερμοκρασίας αποθήκευσης οδηγεί σε μείωση της ενεργότητας του ενζύμου εντός των NaDESs. Ωστόσο, τα περισσότερα από τα NaDESs που μελετήθηκαν είναι ανώτερα όσον αφορά την διατήρηση της ενεργότητας της λιπάσης έπειτα από 10 ημέρες αποθήκευσης, συγκριτικά με ένα ρυθμιστικό διάλυμα. Οι δύο βέλτιστες ευτηκτογέλες για αποθήκευση λιπάσης, είναι οι ευτηκτογέλες αλγινικού με NaDES Sorb/Gly/W και Sar/Gly/W, οι οποίες έχουν μεγάλη σταθερότητα και οδηγούν σε υψηλές τιμές ενεργότητας της λιπάσης. Η υψηλότερη θερμοκρασία αποθήκευσης 25οC οδηγεί σε υπερδιπλάσια μείωση της ενεργότητας (50-60%) των δύο βέλτιστων ευτηκτογελών, έναντι της αντίστοιχης μείωσης (20%) στην θερμοκρασία των 4οC, σε 35 ημέρες αποθήκευσης. Σημειώνεται ότι η ευτηκτογέλη με Sorb/Gly/W υπερέχει ελαφρώς όσον αφορά την ενεργότητα σε μεγάλους χρόνους αποθήκευσης. Από την σύγκριση της αποθήκευσης της λιπάσης σε συστήματα NaDESs και σε ευτηκτογέλες για το βέλτιστο NaDES Sorb/Gly/W, παρατηρείται ότι το σύστημα λιπάσης σε ευτηκτογέλη έχει μεγαλύτερες τιμές ενεργότητας με διαφορά άνω του 40% σε όλη την διάρκεια της αποθήκευσης, έναντι της λιπάσης σε NaDES Sorb/Gly/W που παρουσιάζει μικρότερες τιμές ενεργότητας. Συνολικά, η ευτηκτογέλη με Sorb/Gly/W αποτελεί την καλύτερη επιλογή σχετικά με την διατήρηση της λιπάσης για μεγάλα χρονικά διαστήματα, με την ταυτόχρονη επίτευξη υψηλής ενεργότητας σε αντιδράσεις καταλυόμενες από την λιπάση. Τέλος, γίνεται εφαρμογή των καταλυτικών συστημάτων λιπάσης σε αντιδράσεις υδρόλυσης και μετεστεροποίησης του p-κουμαρικού μεθυλεστέρα, όπου πραγματοποιείται η αντίδραση υδρόλυσης του p-κουμαρικού μεθυλεστέρα σε περιβάλλον NaDES Sorb/Gly/W (1:2:5) με λιπάση κατά την οποία η απόδοση και η ταχύτητα της αντίδρασης φαίνεται να είναι αρκετά χαμηλές (8% σε 5 ημέρες αντίδρασης). Η αντίστοιχη αντίδραση υδρόλυσης του p-κουμαρικού μεθυλεστέρα σε περιβάλλον ρυθμιστικού διαλύματος με λιπάση δεν φαίνεται να πραγματοποιείται, αφού ακόμη και έπειτα από 5 ημέρες αντίδρασης δεν εμφανίζεται συγκέντρωση παραγόμενου p-κουμαρικού οξέος. Δοκιμάστηκε και η αντίδραση μετεστεροποίησης του p-κουμαρικού μεθυλεστέρα με 1-οκτανόλη σε περιβάλλον NaDES με λιπάση, κατά την οποία έπειτα από 2 ημέρες αντίδρασης η ποσότητα όλου του p-κουμαρικού μεθυλεστέρα έχει καταναλωθεί και έχει σχηματιστεί p-κουμαρικό οξύ σε απόδοση 24%. Το αποτέλεσμα αυτό είναι αξιόλογο δεδομένου ότι στην αντίδραση δεν έχει προστεθεί ποσότητα νερού εκτός από αυτή που περιέχεται στο NaDES. Αυτό οφείλεται πιθανότατα στην παρουσία της 1-οκτανόλης, η οποία είναι λιπόφιλη και βοήθησε στη διαλυτοποίηση του p-κουμαρικού μεθυλεστέρα στο σύστημα.	el
heal.abstract	Lipases are a widely used class of enzymes, utilized in biocatalytic reactions. They belong to the wide group of hydrolases and can catalyze numerous hydrolytic reactions of oils and fats, while also can participate in synthesis reactions, such as esterification. They contribute to the development of processes with a green and sustainable character, since a faster reaction is achieved, under milder conditions and it is possible to synthesize molecules with high selectivity. Natural deep eutectic solvents (NaDESs) are mixtures of different natural components (solid or liquid), electron donors and acceptors, which are bonded through a dense network of hydrogen bonds, resulting to the formation of a liquid at ambient temperature. They are characterized by a green character, since they are biocompatible and biodegradable, while they do not show toxicity and their preparation is simple and cost effective. In this diploma thesis, the synthesized NaDESs comprise of osmolytes, which are small molecules that are synthesized by cells, as a response to external changes in the environment. The aim of the diploma thesis is the synthesis of NaDESs based on osmolytes and their characterization (pH, viscosity, polarity). The successful NaDESs synthesized are Bet/Gly/W (1:2:4), Pro/Gly/W (1:2:4), Sar/Gly/W (1:2:4), Sorb/Gly/W (1:2:5), Bet/Sorb/W (1:1:4), Ur/Sorb/Gly/W (2:1:1:5), Ur/Sorb/W (1:1:3). These solvents are utilized for the preparation of solutions of lipase in NaDES, as well as alginate eutectogels that include NaDES and enclose lipase in their structure. The study of the lipase activity during the storage of the lipase in NaDESs solvents, exhibits that the best results are obtained for Sorb/Gly/W (1:2:5) and Ur/Sorb/Gly/W (2:1:1:5) solvents. NaDES Sorb/Gly/W excels in high lipase activity during the first days of its storage in it, while NaDES Ur/Sorb/Gly/W stands out, because it maintains stable and satisfactory levels of lipase activity during long periods of storage (55 days). Regarding the effect of temperature, it is observed that an increase in storage temperature leads to a decrease in enzyme activity within NaDESs. However, most NaDES are superior in maintaining lipase activity after 10 days of storage, compared to buffer solution. The two optimal eutectogels for lipase storage are alginate eutectogels with NaDES Sorb/Gly/W and Sar/Gly/W, which have high stability and lead to high lipase activity. The higher storage temperature of 25°C leads to a more than two-fold decrease in the activity (50-60%) of the two optimal eutectogels, compared to the corresponding decrease (20%) at the temperature of 4°C, in 35 days of storage. It is noted that the eutectogel with Sorb/Gly/W is slightly superior, in terms of activity at long storage times. From the comparison of lipase storage in NaDESs systems and in eutectogels for the optimal NaDES Sorb/Gly/W, it is observed that the lipase system in eutectogel has greater activity values with a difference of more than 40% throughout the storage period, compared to lipase in NaDES Sorb/Gly/W showing lower activity values. Overall, the eutectogel with Sorb/Gly/W is the best choice in terms of retaining lipase for long periods of time, while achieving high activity in lipase-catalyzed reactions. Finally, the lipase catalytic systems are applied in hydrolysis and transesterification reactions of methyl p-coumarate, where the hydrolysis reaction of methyl p-coumarate is carried out in a NaDES Sorb/Gly/W (1:2:5) environment with lipase, in which the yield and reaction speed appear to be quite low (8% in 5 days of reaction). The corresponding hydrolysis reaction of methyl p-coumarate in a buffer solution environment with lipase does not proceed to the formation of the desired product, since even after 5 days of reaction the concentration of produced p-coumaric acid is zero. The transesterification reaction of methyl p-coumarate with 1-octanol in a NaDES environment with lipase is also tested, in which after 2 days of reaction the whole amount of methyl p-coumarate has reacted and p-coumaric acid was produced (24% yield). This is an interesting result considering that in this reaction the only amount of water present is the water of the NaDES. The formation of the hydrolyzed product is probably owed to the presence of 1-octanol which is more lipophilic and facilitates the dissolution of methyl p-coumarate in the system.	en
heal.advisorName	Δέτση, Αναστασία	el
heal.committeeMemberName	Μαμμά, Διομή	el
heal.committeeMemberName	Ταραντίλη, Πετρούλα	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Χημικών Επιστημών (I). Εργαστήριο Οργανικής Χημείας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	110 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false