1 NEVENA D. OGNJANOVIĆ SLOBODAN D. PETROVIĆ DEJAN I.BEZBRADICA ZORICA D. KNEŽEVIĆ-JUGOVIĆ Tehnološko-metalurški fakultet, Univerzitet u Beogradu, Beograd PREGLEDNI RAD UDK 66:544.473:577.15 DOI: 10.2298/HEMIND1001001O LIPAZE KAO BIOKATALIZATORI U SINTEZI BIODIZELA Lipaze predstavljaju jednu od najvažnijih grupa biokatalizatora koji imaju veliku primenu u biotehnološkim procesima. Zahvaljujući činjenici da mogu katalizovati i hidrolizu i esterifikovanje, često se koriste u reakcijama transesterifikacije. Zbog niza prednosti koje imaju nad klasičnim katalizatorima lipaze postaju sve pogodnije za upotrebu u sintezi biodizela. U ovom radu prikazane su karakteristike lipaza koje se koriste u biotehnologiji, kao i njihova primena u sintezi biodizela. Biodizel je tečno biogorivo, proizvedeno iz poljo- privrednih kultura, kao obnovljivih resursa, koje u pot- punosti može da zameni fosilno gorivo u motorima sa unutrašnjim sagorevanjem. Sa ekološkog aspekta bio- dizel gorivo ne zagađuje životnu sredinu, jer se pri sago- revanju ovog goriva prizvodi onoliko ugljen-dioksida koliko biljke, iz kojih je dobijen, vezuju iz atmosfere. Biodizel ne sadrži sumpor, a pri njegovom sagorevanju smanjena je emisija čađi, benzola, toluola, kao i štetnih azotnih jedinjenja, netoksičan je i biodegradabilan [1,2]. Pored navedenih prednosti, biodizel je obnovljivi izvor energije i njegovim korišćenjem smanjuje se potreba za fosilnim dizelom, čime se čuvaju rezerve i umanjuje ri- zik od snabdevanja. Najzastupljeniji postupak za dobi- janje biodizela u industriji je hemijska transesterifikacija biljnih ulja metanolom u prisustvu alkalnog katalizatora (natrijum-metilat, NaOH, ili KOH) ili kiselog kataliza- tora (koncentrovana sumporna kiselina) [3–6]. Ovakav način proizvodnje ima nekoliko nedostataka kao što su veliki energetski utrošci, stvaranje nusprodukata spored- nim reakcijama, potreba za neutralizacijom katalizatora i izdvajanje nastalog glicerola iz reakcione smeše [7–9]. Tokom reakcije metanolize stvaraju se sapuni koji se moraju ispirati vodom i čije prisustvo otežava separaciju proizvoda. Utvrđeno je da se pažljivom optimizacijom procesnih parametara može značajno unaprediti hemij- ski proces transesterifikacije i dobiti biodizel boljeg kvaliteta [8,10]. Neki od najvažnijih faktora koji utiču na prinos estara u slučaju reakcije katalizovane kiseli- nama ili bazama su vrsta katalizatora, molski odnos al- kohola i ulja, temperatura, početni sadržaj vode u sis- temu, uslovi mešanja i drugi [11,12]. Nedostaci konvencionalnog homogeno-katalizova- nog postupka mogu se prevazići na nekoliko načina kao što su primena heterogenih katalizatora (hidroksidi i ok- sidi zemno-alkalnih metala) [13–15], odvijanje reakcije transesterifikacije pod uslovima natkriti čnog fluida [16,17] i korišćenjem enzima (lipaza) kao bio-katalizatora [18,19]. Autor za prepisku: N. Ognjanović, Tehnološko–metalurški fakultet, Univerzitet u Beogradu, Karnegijeva 4, p. pr. 3503, 11120 Beograd. E-pošta: nevenao@gmail.com Rad primljen: 1. oktobar 2009. Rad prihvaćen: 4. decembar 2009. Enzimski postupak dobijanja biodizela je jednostavniji i ekonomičniji od homogeno-katalizovanog procesa [20,21]. Osnovne prednosti enzimskih u odnosu na hemijske po- stupke su blagi reakcioni uslovi (temperature od 30 do 60 °C), izdvajanje glicerola bez dodatnog prečišćavanja i bez stvaranja hemijskog otpada kao i mogućnosti li- paza da esterifikuju slobodne masne kiseline prisutne u uljima tako da su zahtevi za čistoćom polaznih sirovina znatno blaži. Primenom enzima kao katalizatora u reak- ciji transesterifikacije ne nastaju sapuni kao sporedni proizvodi, čime se značajno olakšavaju postupci prečiš- ćavanja i time dobija biodizel boljeg kvaliteta. Tako, ko- rišćenjem bio-katalizatora nema potrebe za ispiranjem proizvoda u završnoj fazi sinteze biodizela i njegovog prečišćavanja, pa se smanjuje količina otpadne vode ko- ja predstavlja ozbiljan ekološki problem (slika 1). Pored očiglednih prednosti, enzimski postupci još uvek nisu konkurentni hemijskim postupcima. Osnovna prepreka za uvodjenje enzimskih postupaka proizvodnje je visoka cena enzima, mala aktivnost i stabilnost u pri- sustvu polarnih alkohola kao što su metanol i etanol. Mada je diskutabilno koji su procesi ekonomičniji, na- pred navedene prednosti biodizela idu u prilog opre- deljenju za enzimski postupak. LIPAZE Lipaze (triacilglicerolestar hidrolaze, EC 3.1.1.3) jesu enzimi koji katalizuju hidrolizu karboksilne estar- ske veze u molekulu triacilglicerola pri čemu nastaju slobodne masne kiseline, di- i monoacilgliceroli i gli- cerol [22]. Iako je njihova prirodna funkcija katalizo- vanje hidrolize estarske veze, one mogu i da katalizuju reakciju između hidroksilne grupe alkohola i karbok- silne grupe karboksilnih kiselina, odnosno esterifikova- nje [23–25]. Zahvaljujući činjenici da mogu katalizovati i hidrolizu i esterifikovanje, vrlo često se koriste u reak- cijama transesterifikacije [26,27]. Lipaze imaju važnu ulogu u metabolizmu lipida zbog čega su veoma ras- prostranjeni u prirodi. Mogu biti biljnog, životinjskog i mikrobiološkog porekla. Lipaze se u organizmima ljudi i životinja nalaze u pankreasu, želucu i jetri gde učes- tvuju u hidrolizi triglicerida. Lipaze se nalaze i u bilj-