[en] Enzymes have some catalytic advantages over chemical catalysts used in classical chemical synthesis: specificity, selectivity and the possibility to work under mild conditions of temperature and pressure. However, they also have some limitations such as low stability and low productivity. This work combines two techniques aiming to optimise the target reactions: immobilisation and reaction engineering. The target reactions of this work are redox reactions focused on the biosynthesis of molecules, of medium-high value, of industrial interest. In the first part of the thesis, an alcohol dehydrogenase (ADH99) was used, with an NAD(P)H oxidase (NOX) as a cofactor regeneration system, to oxidise a chlorolactol to chlorolactone. Chlorolactone is a precursor for the synthesis of statins which are drugs used to lower LDL-cholesterol by inhibiting the enzyme responsible for its biosynthesis. Both enzymes were efficiently immobilised on different supports, selecting the three that showed the highest retained activity. The stability of the immobilised derivatives under reaction conditions was studied and the maximum enzyme load for each enzyme also was determined. The use of immobilised NOX was discarded because no stability improvements were achieved with any support. The reaction conditions were optimised by design of experiments (DoE), using soluble ADH99 added at maximum loading onto an epoxy-agarose support. Finally, the reusability of the immobilised enzyme was studied, where both the total product obtained and the biocatalyst yield could be improved 1.5-fold. However, the best configuration resulted from the use of the two enzymes in soluble form. The second part of this thesis was focused on the oxidation reaction of vanillyl alcohol to vanillin catalysed by eugenol oxidase (EUGO). Vanillin is the molecule that gives vanilla its organoleptic properties. Vanillin biotechnological synthesis is of high interest industrially because it is the second most expensive flavouring in the world and the product can be labelled as natural. Similar to the previous section, EUGO was efficiently immobilised onto different supports, selecting the three that retained most activity. These supports were used to study the stability of the immobilised enzyme and the maximum EUGO load that can be immobilised. In this case, the three immobilised derivatives were used to perform the target reaction, in order to select the most stable operationally. All immobilised derivatives could be reused 5 times maintaining a high conversion in the last cycle. Epoxy-agarose-UAB M2 was the support that showed the best stability, improving the biocatalyst yield 3-fold. The encouraging results obtained in the second section of this work allowed us to deepen the study of this reaction. Therefore, in the third section, an optimisation of the reaction conditions was carried out to improve the process metrics and also aiming to make the process more environmentally sustainable. The EUGO activity and its stability were taken into account to choose the reaction conditions. Both conditions, maximum activity and maximum stability, were tested in the target reaction with soluble and immobilised EUGO. Using the new conditions, it was possible to improve the volumetric productivity 5.7 and 6.6-fold respectively, compared to the previous conditions. Finally, the reusability of the immobilised EUGO allowed us to perform 5 reaction cycles and 18 reaction cycles, with unoptimised and optimised reaction conditions respectively. This resulted in an improvement of the biocatalyst yield of 3.9 and 12.4-fold, respectively, compared to reactions with soluble enzyme under the same conditions.

[es] Las enzimas presentan una serie de ventajas catalíticas respecto a los catalizadores químicos empleados en síntesis química clásica: especificidad, selectividad y la posibilidad de trabajar en condiciones suaves de temperatura y presión. No obstante, también presentan una serie de limitaciones como son la baja estabilidad y las bajas productividades. En el presente trabajo se combinan dos técnicas para tratar de optimizar las reacciones de interés seleccionadas: la inmovilización y la ingeniería de reacción. Las reacciones objetivo de este trabajo son reacciones de oxidoreducción centradas en la biosíntesis de moléculas, de medio y alto valor añadido, de alto interés industrial. En la primera parte de la tesis se ha utilizado una alcohol deshidrogenasa (ADH99) para la oxidación del alcohol chlorolactol a chlorolactona y una NAD(P)H oxidasa (NOX) como sistema de regeneración del cofactor. La chlorolactona es un precursor para la síntesis de estatinas las cuales son fármacos utilizados para la reducción del LDL-colesterol puesto que inhiben la enzima encargada de su biosíntesis. Ambas enzimas fueron inmovilizados eficientemente en diferentes soportes, de los cuales se seleccionaron los tres que mostraron mayor actividad retenida. Seguidamente se estudió la estabilidad de los derivados inmovilizados en condiciones de reacción y se determinó la carga enzimática máximo para cada enzima. Se descartó el uso de la NOX inmovilizada puesto que no se mejoró la estabilidad con ningún apoyo. Posteriormente se optimizaron las condiciones de reacción con un diseño experimental (DoE) con la ADH99 soluble pero utilizando la cantidad máxima de ADH99 que se puede añadir a la reacción cuando se usa la ADH99 inmovilizada en epoxy-agarosa-UAB M2. Finalmente se estudió la capacidad de reutilización del derivado inmovilizado, donde se pudo mejorar 1.5 veces tanto el producto obtenido como el rendimiento del biocatalizador. No obstante, la mejor configuración resultó ser la utilización de las dos enzimas en forma soluble. La segunda parte de esta tesis se centró en la reacción de oxidación del alcohol vanillínico a vanillina biocatalizada por la eugenol oxidasa (EUGO). La vanillina es la molécula que da las propiedades organolépticas a la vainilla, el segundo aromatizante más caro del mundo. La síntesis de vainillina vía biotecnológica es de un gran interés industrial puesto que puede etiquetarse como natural. La EUGO fue inmovilizada eficientemente en diferentes soportes de los que se seleccionaron los tres que retuvieron más actividad y se estudiaron los mismos parámetros que en el apartado anterior. En este caso los tres derivados inmovilizados fueron utilizados para realizar la reacción de síntesis, con el objetivo de seleccionar el más estable operacionalmente. Todos los derivados permitieron ser reutilizados 5 veces conservando una elevada conversión en el último ciclo. La epoxy-agarosa-UAB M2 fue el soporte que mejor estabilidad mostró. Los buenos resultados obtenidos en el segundo apartado de este trabajo permitieron profundizar en esta reacción. Por lo que, en el tercer apartado, se realizó una optimización de las condiciones de reacción desde el punto de vista de mejorar las métricas del proceso y también con el objetivo de hacer el proceso más sostenible ambientalmente. A la hora de escoger las nuevas condiciones de reacción se tuvieron en cuenta la actividad de la EUGO y su estabilidad. Ambas condiciones fueron testadas en la reacción diana con lo EUGO soluble e inmovilizada. En las nuevas condiciones se pudo mejorar la productividad volumétrica 5.7 y 6.6 veces respectivamente, en comparación a las condiciones previas. Finalmente, en el reciclaje de la enzima inmovilizada se pudieron realizar 5 ciclos de reacción en las primeras condiciones y 18 ciclos de reacción en las nuevas condiciones donde se pudo mejorar el rendimiento del biocatalitzador 3.9 y 12.4 veces respectivamente.