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Tipo do documento: Dissertação
Título: Desenvolvimento de um novo processo para a produção de ésteres monoalquílicos epoxidados a partir de matérias-primas renováveis
Autor: MATTOS, Fernanda Rocha 
Primeiro orientador: MENDES, Adriano Aguiar
Primeiro coorientador: SILVA, Washington Azevêdo da
Primeiro membro da banca: CARVALHO, Ana Karine Furtado de
Segundo membro da banca: FRANCO, Marcelo
Resumo: O objetivo deste estudo foi produzir ésteres monoalquílicos epoxidados (EMAE), uma valiosa classe de oleoquímicos utilizados em uma ampla gama de produtos e indústrias, a partir de óleo de soja usado (OSU) e óleo fúsel por um processo de três etapas. Este processo consiste na primeira hidrólise enzimática do OSU para produzir ácidos graxos livres (AGL). Nesta etapa, cinco lipases microbianas com diferentes especificidades foram testadas como biocatalisadores. A hidrólise completa do OSU foi obtida após 3 h de reação sob agitação vigorosa (1500 rpm) usando uma lipase não específica de Candida rugosa (LCR). Posteriormente, a produção de ésteres monoalquílicos (EMA) via esterificação de AGL e óleo fúsel em um sistema isento de solventes foi conduzida usando lipase Eversa® Transform 2.0 (ET 2.0) imobilizada via adsorção física em esferas de poli(estireno-divinilbenzeno) como biocatalisador. Diferentes estratégias de remoção de água (reatores fechados e abertos na presença ou ausência de peneiras moleculares a 5% m.m-1 ) na reação foram avaliadas. A conversão máxima de AGL foi de 64,3 ± 2,3% (reator aberto após 30 min de reação) e 73,5 ± 0,4% (reator fechado após 45 min de reação) foi alcançada a 40°C usando uma razão molar estequiométrica AGL:óleo fúsel (1:1), ausência de peneiras moleculares e 5 mg de proteína imobilizada por grama de mistura reacional. Nestes experimentos, a conversão máxima de AGL foi de apenas 30,2 ± 2,7% após 210 min de reação em reator fechado usando lipase solúvel. Testes de reuso revelaram melhor retenção da atividade inicial da ET2.0 imobilizada (cerca de 82%) após oito reações sucessivas de esterificação em batelada conduzidas em reator aberto. Finalmente, os EMA produzidos foram epoxidados via reação de Prilezhaev, um processo químico clássico de epoxidação, usando peróxido de hidrogênio e ácido fórmico como catalisador homogêneo. Os produtos foram identificados por ressonância magnética nuclear de prótons (1H RMN). A conversão máxima de ligações insaturadas em grupos epóxi foi em torno de 33%, alcançada usando ambos os EMA produzidos (reatores abertos ou fechados). Estes resultados mostram que este novo processo pode ser uma abordagem promissora para a produção de oleoquímicos de valor agregado a partir de matérias-primas renováveis e de baixo custo.
Abstract: The aim of this study was to produce epoxidized monoalkyl esters (EMAE), a valuable class of oleochemicals used in a wide range of products and industries, from used soybean cooking oil (USCO) and fusel oil by a chemoenzymatic three-step process. This process proceeds via first enzymatic hydrolysis of USCO to produce free fatty acids (FFA). In this step, five microbial lipases with different specificities were tested as biocatalysts. Full hydrolysis of USCO was obtained after 3 h of reaction under vigorous stirring (1500 rpm) using a non-specific lipase from Candida rugosa (CRL). Afterwards, monoalkyl esters (MAE) production via esterification of FFA and fusel oil in a solvent-free system was conducted using lipase Eversa® Transform 2.0 (ET 2.0) immobilized via physical adsorption on poly(styrenenedivinylbenzene) (PSty-DVB) beads as biocatalyst. Different water removal strategies (closed and open reactors in the presence or absence of molecular sieves at 5% m.m-1 ) on the reaction were evaluated. Maximum FFA conversion around of 64.3 ± 2.3% (open reactor after 30 min of reaction) and 73.5 ± 0.4% (closed reactor after 45 min of reaction) was achieved at 40 °C using a stoichiometric FFA:fusel oil molar ratio (1:1), absence of molecular sieves and 5 mg of immobilized protein per gram of reaction mixture. Under such conditions, maximum FFA conversion was only of 30.2 ± 2.7% after 210 min of reaction in closed reactor using soluble lipase. Reusability tests revealed better retention of the original activity of immobilized ET2.0 (around of 82%) after eight successive batch esterification reactions conducted in an open reactor. Finally, the produced MAE were epoxidized via Prilezhaev reaction, a classical chemical epoxidation process, using hydrogen peroxide and formic acid as a homogeneous catalyst. The products were characterized by standard methods and identified by proton nuclear magnetic resonance (1H NMR). Maximum conversion of unsaturated bonds into epoxy groups around of 33%, with an experimental epoxy oxygen content (OOCexp.) of 1.75-1.78% and selectivity (S) of 0.81, was achieved using both produced MAE (open or closed reactors). These results show that this new process can be a promising approach for value-added oleochemicals production from low-cost and renewable raw materials.
Palavras-chave: Ésteres monoalquílicos epoxidados
Óleo de soja usado
Óleo fúsel
Área(s) do CNPq: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal de Alfenas
Sigla da instituição: UNIFAL-MG
Departamento: Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação
Programa: Programa de Pós-graduação em Biotecnologia
Citação: MATTOS, Fernanda Rocha. Desenvolvimento de um novo processo para a produção de ésteres monoalquílicos epoxidados a partir de matérias-primas renováveis. 2024. 64 f. Dissertação (Mestrado em Biotecnologia) - Universidade Federal de Alfenas, Alfenas, MG, 2024.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://bdtd.unifal-mg.edu.br:8443/handle/tede/2669
Data de defesa: 22-Mar-2024
Aparece nas coleções:Mestrado em Biotecnologia

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