Fungal Lipases and Use in Industrial Areas (Turkey)

Yıl 2013, , 1 - 8, 01.04.2013

Ülküye Dudu Gül

https://doi.org/10.5578/fmbd.5214

Öz

Enzymes, which have important roles in cellular metabolism, were used as variety of purposes in daily and economical life. Lipases that are extensively used in industry are usually obtained from microorganisms. Hence, enzymes are produced by microorganisms have some advantages when compared with enzymes produced by plants or animals such as having higher catalytic activity, not forming undesirable by-products, being more stable and relatively cheap, and obtaining much quantity. Fungal species have more resistance to environmental conditions such as pH and temperature than other microbial species and the extraction of fungal enzymes are cheaper than other microbial enzyme extraction. Because of these advantages fungal biomasses are prepared for lipase production. Fungal lipases are extensively used in food, detergent and pharmaceutic industries. In this article relevant publications about fungal lipase that have mostly convenient enzymes in industrial areas were reviewed. © Afyon Kocatepe Üniversitesi

Anahtar Kelimeler

-

Fungal Lipazlar ve Endüstride Kullanım Alanları

Öz

Hücresel yapılar için önemli metabolik görevleri olan enzimler çeşitli amaçlarla kullanılmak üzere gündelik ve ekonomik hayata girmiştir. Endüstrinin hemen her alanında kullanılan lipazlar genellikle mikroorganizmalardan elde edilmektedir. Çünkü mikroorganizma kaynaklı enzimlerin bitkisel ve hayvansal enzimlere göre katalitik aktivitelerinin çok yüksek olması, istenmeyen yan ürün oluşturmamaları, daha stabil ve ucuz olmaları ve fazla miktarda elde edilebilmeleri gibi avantajları vardır. Fungus türleri pH, sıcaklık gibi faktörlere karşı dayanıklı oldukları ve fungal biyokütleden enzim ekstraksiyonu diğer mikrobiyal lipazlara göre daha ucuz olduğu için lipaz üretiminde tercih edilmektedir. Fungal lipazlar gıda, deterjan ve ilaç endüstrisinde geniş bir kullanım alanına sahiptir. Bu makalede endüstriyel alanda yaygın kullanım alanına sahip olan lipaz enzimleriyle ilgili literatür irdelenmiştir

Anahtar Kelimeler

Endüstri, Enzim, Mantar, Lipaz

Kaynakça

• Aspergillus carneus 27
• (Saxena ve ark., 2003) A. niger 5.2 47.5 - (Namboodiri ve
• Chattopadhayaya, 2000)
• (Mhetras ve ark., 2008) NCIM 1207 Aureobasidium pullulans - 7.8 35
• (Kudanga ve ark., 2007)
• Candida rugosa 7.0 30 117 (Pernas 2001)
• Fusarium solani 7.2 5 2005) Rhizopus homothallicus 29.5
• (Diaz ve ark., 2006) R. oryzae 7.5 35 32
• (Sharma ve ark., 2001)
• (MA*: Molekül Ağırlığı)
• Fungal Lipazların Endüstride Kullanım Alanları
• Lipazların endüstride kullanım alanları oldukça
• geniştir (Tablo 3). Gıda ve deterjan endüstrisi gibi
• endüstriyel alanlarda ve ilaçlar, zirai kimyasallar ve
• yeni biyopolimerik materyaller gibi önemli
• kimyasalların sentezinde lipazlar kullanılmaktadır
• (Houde ve ark., 2004).
• Deterjan endüstrisinde lipazların kullanımı
• Yağların çok değişik kompozisyonlarını hidroliz
• edebilmeleri, pH 10- 11 ve 30- 60 oC gibi sert yıkama
• deterjanların bileşiminde bulunan proteazlar gibi
• enzimlere ve lineer akil benzen sülfonat gibi yüzey
• aktif maddelere karşı dayanıklı olmaları lipazların
• deterjan endüstrisinde kullanılmalarını mümkün kılmıştır. dayanıklı olmaları ve
• 1988 yılında NOVO/Nordisk firmasının Lipolase TM
• ürününü piyasaya sürmesi lipazların deterjan
• endüstrisinde kullanımında çığır açmıştır. Bu ürün
• fungal bir lipaz olan Humicola lanuginosa lipaz
• geninin Aspergillus niger türüne aktarılmasıyla elde edilmiştir.
• Tablo Lipazların endüstriyel uygulamalarda kullanımı Reaksiyon Endüstri Alanı Ürün Uygulama Alanı
• Peynir ve tereyağı aroması Alkollü içkiler Sağlıklı yiyecekler
• Transesterifikasyon Sağlıklı Yiyecekler Et ve balık Aroma arttırıcı
• Yağı uzaklaştırılmış
• et ve balık ürünleri Kakao yağı, margarin
• Gliserol, mono ve digliseritler Deri ve güneş
• kremleri, güneş yağları Giyeceklerin temizliği Herbisitler İlaç yapımında kullanılan ara ürünlerin üretimi Biyodizel üretimi Zararlı suşların
• uzaklaştırılması ve atık yağların hidrolizi
• Önemli kimyasalların sentezinde lipazların kullanımı
• İlaçlar, zirai kimyasallar ve tatlandırıcılar önemli
• kimyasal maddeler arasında yer almaktadır.
• Bunların sentezindeki anahtar ara ürünler genellikle
• kimyasal metotlarla sentezlenmesi zor olan
• karmaşık ve kiral bileşiklerdir.
• Fungal bir lipaz olan Candida rugosa lipazı
• antimikrobiyal bileşikler olan (S) ve (R) elvirol ve
• bunların türevi olan (S)+ ve (R)- curcufenollerin
• enzimatik resolüsyonunu katalizler.
• Çeltik tarlalarında yabani otlara karşı kullanılan yeni bir
• enantiyomerinin üretiminde lipazlar etkin olarak
• kullanılmaktadır. (S)- indanofanın saf
• Yeni biyopolimerik materyaller biyolojik olarak
• parçalanabildiği ve yenilenebilir doğal kaynaklardan
• elde edildiği için dikkat çekmektedir. Yüksek
• seçicilik avantajına sahip olan lipazlar polifenol ve
• poliester gibi polimerlerin sentezini katalizlemek için kullanılırlar. Çoklu reaktif gruplara sahip yapısal olarak karmaşık monomerler, farklı kaynaklardan elde edilen ticari lipazlar kullanılarak yüksek verimle polimerleştirilirler. 6. Sonuç
• Günümüzde biyoteknolojik yöntemlerin gelişmesi
• ile üretilen ticari öneme sahip ürünlerin başında
• enzimler gelmektedir. Endüstriyel enzimlerle ilgili
• yapılan araştırmalar ürünlerin kullanım alanlarının
• çeşitliliği ve ekonomik değerinin çok yüksek olması
• nedeniyle önem kazanmıştır. Lipazlar endüstride
• geniş uygulama alanı bulan biyokatalizörlerdir. Bu
• enzimler mantar, maya, bakteri, hayvan ve bitki
• kaynaklı olabilir. Mantar türlerinden elde edilen
• lipazlar pH ve sıcaklık toleranslarından dolayı diğer
• canlı türlerinden elde edilenlere göre daha
• avantajlıdır. Lipaz üretimine yönelik çalışmalar
• geçmişten günümüze devam etmekle birlikte yeni
• geliştirilecek tekniklerle üretimin arttırılmasına
• yönelik yeni araştırmalara ihtiyaç vardır. Her bir
• endüstriyel uygulama spesifik özellikte enzimlere
• ihtiyaç duyduğu için spesifik özellikte lipaz üreten
• mikroorganizmaların belirlenmesi gerekmektedir. Özellikle
• kapasitelerinin geliştirilmesi için optimal ortam
• koşullarının ve üretimi arttırıcı etki eden çeşitli
• faktörlerin belirlenmesine yönelik çalışmalar önem
• kazanmıştır. Ticari öneme sahip olan fungal
• lipazların geniş çaplı üretimi için yeni teknolojilerin
• geliştirilmesi hem günümüzde hem de gelecekte
• bilim insanlarının araştırma konuları arasında yer
• almaya devam edecektir. lipaz üretim Kaynaklar
• Abdou, A.M., 2003. Purifi cation and partial characterization marcescens lipase. Journal of Dairy Science, 86, 127– 132.
• psychrotrophic Serratia
• Aires-Barros, M.R., Taipa, M.A. ve Cabral, J.M.S., 1994. Isolation and purifi cation of lipases. In: Lipases: Their structure, biochemistry, and application (ed. Wooley P, Petersen S), 243–270. Cambridge University Press, Cambridge, UK.
• Babu, I.S. ve Rao G.H., 2007. Optimization of process parameters for the production of lipase in submerged fermentation by Yarrowia lipolytica NCIM 3589. Res.J. Microbiol., 2, 88-93.
• Bourne, Y., Hasper, A., Chahinian, H. ve Juin, M. 2004. Aspergillus niger Protein EstA Defines a New Class of Fungal Esterases within the/ Hydrolase Fold Superfamily of Proteins. Structure, 12, 1545.
• Brunel, L., Neugnot, V. ve Landucci, L., 2004. High level expression lipase/acyltransferase J.Biotechnol., 111, 41- 50. Candida in Pichia pastoris.
• Cajal Y., Svendsen A., De Bolós J., Patkar S. ve Alsina M., 2000. Effect of the lipid interface on the catalytic activity and spectroscopic properties of a fungal lipase. Biochimie., 82, 1053-1061.
• Davranov, K., 1994. Microbial lipases in biotechnology. Appld. Biochem. and Microbiol., 30, 427 – 432.
• Diaz J.C.M., Rodr´ıguez J.A., Roussos S. ve Cordova, J., 2006. Lipase from the thermotolerant fungus Rhizopus homothallicus is more thermostable when produced using solid state fermentation than liquid fermentation procedures. Enzyme & Microbial Technol., 39, 1042–1050.
• Elibol, M. ve Ozer, D., 2001. Influence of oxygen transfer on lipase production by Rhizopus arrhizus. Process Biochem., 36, 325- 329.
• Farshad, D., Jacqueline, D., Iraj, N., Philippe, T. ve Hamid, Z.E., 2011. High –level production of extracellular lipase, Yarrowia lipolytica. New Biotechnol., 28, 756- 760.
• Ghosh, P.K., Saxena, R.K., Gupta, R., Yadav, R. P. ve Davidson, S., 1996. Microbial lipases: Production and applications. Sci. Prog., 79, 119-157.
• Gombert, A.K., Pinto, A.L., Castilho, L.R. ve Freire, D.M.G., 1999. Lipase production by Penicillium restrictum in solid-state fermentation using babassu oil cake as substrate. Process Biochem., 35, 85–90.
• Gupta, R., Gupta, N. ve Rathi, P., 2004. Bacterial lipases: an overview of production, purifi cation and biochemical properties. Applied Microbiology and Biotechnology, 64,763- 781.
• Haba, E., Bresko, O., Ferre,r C., Marqués, A., Busquets, M. ve Manresa, A., 2000. Isolation of lipase-secreting bacteria by deploying selective substrate. Enzyme and Microbial Technol., 26, 40–44.
• Handayani, N., Loos, K., Wahyuningrum, D., Zulfikar B. ve Zulfikar M. A., 2012. Immobilization of Mucor miehei polyethersulfone membrane for enzymatic reactions, Membranes, 2, 2, 198-213. aminated
• Houde, A., Kademi, A. ve Leblanc D., 2004. Lipases and their industrial applications: an overview. Appld Biochem. and Biotech., 118, 155 -170.
• Immanuel, G., Esakkiraj, P., Jebadhas, A., Iyapparaj, P. ve Palavesam, A., 2008. Investigation of lipase production by milk isolate Serratia rubidaea. Food Technol. Biotechnol., 46, 60-65.
• Jaeger, K.E. ve Eggert, T., 2002. Lipases for biotechnology. Current Opinion in Biotechnology., 13, 390-397.
• Jayaprakash, A. ve Ebenezer, P., 2010. Investigation on extracellular lipase production by Aspergillus japonicus isolated from the paper nest of Ropalidia marginata. Indian J. Sci.Technol., 3, 113-117.
• Jinwal, U.K., Roy, U., Chowdhury, A.R., Bhaduri, A.P., Roy, P.K., 2003. Purification and Characterization of an Alkaline Lipase from a Newly Isolate Pseudomonas mendocina PK-12CS and Chemoselective Hydrolysis of Fatty Acid Ester. Bioorganic & Medicinal Chemistry, 11, 1041- 1046.
• Kim, K.R., Kwon, D.Y., Yoon, S.H., Kim, W.Y. ve Kim K.H., 2004. Purification, refolding and characterization of recombinant Pseudomonas fl uorescens lipase. Protein Expression & Purifi cation, 39, 124-129.
• Kishore, J. P., Chopda, M. Z. ve Mahajan, R. T., 2011. Lipase biodiversity. Indian J.Sci.Technol., 4, 971- 982,
• Klein, R.R, King, G., Moreau, R.A. ve Haas M.,1997. Altered acyl chain length specifity of Rhizopus delemar lipase through mutagenesis and molecular modeling. Lipids, 32, 123- 130.
• Köse, Ö., Tüter, M. ve Aksoy, H.A., 2002. Immobilized Candida antarctica lipase-catalyzed alcoholysis of cotton seed oil in a solvent-free medium. Bioresource Technol., 83, 125– 129.
• Kudanga, T., Mwenje, E., Mandivenga, F. ve Read, J., 2007. Esterases and putative lipases from tropical isolates of Aureobasidium pullulans. J. Basic Microbiol., 47, 138–147.
• Kyu R.K., Kwon D.Y., Yoon, S.H., Kim, W.Y ve Kim K.H., 2005. Purificaion, refolding and characterization of recombinant Protein Expr. and Purif., 39, 124 – 129. fluorescens lipase.
• Long R.F., Corbett A., Lamb C.,Reberg-Horton C., Chandler J. ve Stimmann M.1998. Beneficial insects move from flowering plants to nearby crops. Cal Ag. 52, 23-26.
• Mhetras, N.C., Bastawde, K.B. ve Gokhale, D.V., 2008. Purification and characterization of acidic lipase from Aspergillus niger NCIM 1207. Bioresour. Technol., 100, 1486-1490.
• Monecke, P., Friedemann, R., Naumann, S. ve Csuk R., 1998. Modelling studies on the catalytic mechanism of Candida rugosa lipase. Journal of Molecular Modeling, 4, 395-404.
• Namboodiri, V.M.H. ve Chattopadhayaya, R., 2000. Purification and biochemical characterization of a novel thermostable lipase from Asperigillus niger. Lipids. 35, 495-502.
• Nwuche, C.O. ve Ogbonna, J.C., 2011. Isolation of lipase producing fungi from palm oil mill effluent (POME) dump sites at Nsukka. Brazilian Archives of Biology and Technology, 54, 113-116.
• Pernas, M.A., Lopez, C., Rua, M.L. ve Hermoso J.,2001.Influence of the conformational flexibility on the kinetics and dimerization process of two Candida rugosa lipase isoenzymes. FEBS Lett. 501, 87-91.
• Poulsen, K.R., Snabe, T., Petersen, E.I., Fojan, P., Fojan, P, Neves- Petersen, M.T., Wimmer, R. ve Petersen, S.B., 2005. Quantization of pH: evidence for acidic activity of triglyceride lipases, Biochem., 44, 11574- 11580.
• Prazeres, J.N., Cruz, J.A.B. ve Pastore, G.M., 2006. Characterization of alkaline lipase from Fusarium oxysporum and the effect of different surfactants and detergents on the enzyme activity. Braz. J. of Microbiol., 37, 505 -509.
• Resina, D., Serrano, A., Valero, F. ve Ferrer P., 2004. Expression of Rhizopus oryzae lipase in Pichia pastoris under control of the nitrogen source- regulated formaldehyde dehydrogenase promoter. J.Biotechnol., 109, 103- 113.
• Saeed, H.M., Zaghloul, T.I., Khalil A.I. ve Abdelbaeth, M.T., 2005. Purification and characterization of two extracellular lipases from Pseudomonas aeruginosa Ps –x. Pol. J. of Microbiol., 54, 233 -240.
• Savitha, J., Srividya, S., Jagat, R., Payal, P., Priyanki, S., Rashmi, G.W., Roshini, K.T. ve Shantala, Y.M., 2007. Identification of potential fungal strain(s) for the production of inducible, extracellular and alkalophilic lipase. Afric. J. of Biotech., 6, 564 -568.
• Saxena, R.K., Davidson, W.S., Sheoram, A ve Girri, B., 2003. Purification and characterization of an alkaline lipase from Aspergillus carneus. Process Biochem., 9, 239-247.
• Sharma, R., Chisti, Y. ve Banerjee, U.C., 2001. Production, applications of lipases. Biotechnology Advances., 19, 627- 662.
• characterization and
• Sharma, A., Bardhan, D. ve Patel, R., 2009. Optimization of physical parameters for lipase production from Arthrobacter sp. BGCC#490. Indian J. Biochem. Biophys., 46, 178-183.
• Snellman, E.A., Sullivan, E.R. ve Colwell, R.R., 2002. Purification and properties of the extracellular lipase, LipA, of Acinetobacter sp. Biochem. Eng. J., 11, 269- 274.
• Stead, D., 1986. Microbial lipases: their characteristic, role in food spoilage and industrial uses. Journal of Dairy Research, 53, 481- 505.
• Suen, W.C., Zhang N., Xiao L., Madison V. ve Zaks A., 2004. Improved activity and thermostability of Candida antartica lipase B by DNA family shuffling. Protein Eng. Des. Se., 17, 133- 140.
• Sztajer, H., Maliszewska, I. ve Wieczorek, J., 1988. Production of exogenous lipase by bacteria, fungi and actinomycetes. Enzyme and Microbial Technol., 10, 492- 497.
• Thabet, H. M., Pasha C., Ahmed M. M. ve Linga V. R., 2012. Isolation of Novel Lipase Producing Sporobolomyces salmonicolor OVS8 from Oil Mill Spillage and Enhancement of Lipase Production. Jordan Journal of Biological Sciences, 5, 301- 306.
• Tan, T., Zhang, M., Wang, B., Ying, C. ve Li, D., 2003. Screening of high lipase producing Candida sp. and production of lipase by fermentation. Process Biochem., 39, 459- 465.
• Thota, P., Bhogavalli, P.K., Rao, V.P. ve Sreerangam, V., 2012. Screening and identification of potential fungal strains for the production of extracellular lipase from soil. Plant Sciences Feed, 2, 79-84.
• Tsai, S-H., Liu, C-P., Yang, S-S., 2007. Microbial conversion of food wastes for biofertilizer production with thermophilic lipolytic microbes. Renewable Energy, 32, 904–915.
• Venkateshwarlu, N. ve Reddy S.M. 1993. Production of lipase by five thermophilic fungi. Indian J. Microbiol. 33, 119-124.
• Winston, F., 2008. EMS and UV mutagenesis in yeast. Curr. Proto. Mol. Biol., 82, 1–5.