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Tipo do documento: Dissertação
Título: Aproveitamento de resíduos agroindustriais para a produção enzimática de ésteres de interesse industrial
Autor: MIGUEL JÚNIOR, José 
Primeiro orientador: MENDES, Adriano Aguiar
Primeiro coorientador: GORUP, Luiz Fernando
Primeiro membro da banca: VIEIRA, Angélica Marquetotti Salcedo
Segundo membro da banca: OLIVEIRA, Julieta Rangel de
Resumo: Nas últimas décadas, tem-se observado um grande esforço voltado para o desenvolvimento de novos processos sustentáveis de reciclagem e gestão de resíduos agroindustriais, como óleos vegetais usados e resíduo de biomassa lignocelulósica. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi propor uma nova abordagem na produção enzimática de ésteres de solketila, uma classe de compostos de grande interesse na indústria oleoquímica, por hidroesterificação enzimática do óleo de soja usado (OSU). Para tal fim, inicialmente, aprimorou-se a o biocatalizador heterogêneo, onde a lipase Eversa® Transform 2.0 (ET2.0) foi imobilizada em partículas do epicarpo (casca) de Acrocomia aculeata (macaúba), as quais foram submetidas a dois pré-tratamentos ácidos e dois tratamentos com etanol 70% antes da imobilização. Após isso, foram feitas análises de microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios X (XRD) e espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FT-IR) para avaliar a influência dos métodos de prétratamentos nas partículas do epicarpo da macaúba. O biocatalisador heterogêneo foi preparado via adsorção física de ET2.0 a 25 °C em pH 5,0 (tampão acetato de sódio – 5 mmol.L-1 ) empregando um carregamento de proteína de 40 mg.g-1 de suporte. Nessa etapa, a máxima concentração de proteína imobilizada de 25,2 ± 1,3 mg.g-1 foi obtida em 15 h de imobilização. Posteriormente, realizou-se a hidrólise completa do óleo de soja usado catalisado por lipase de Candida rugosa (LCR) para a produção de ácidos graxos livres (AGL). A etapa de produção dos AGL por hidrólise enzimática foi conduzida em um sistema isento de emulsificantes e agentes tamponantes empregando razão mássica óleo:água de 40% m.m-1 , concentração de LCR de 3,2 g do preparado comercial em pó por Kg de meio, 40 °C e agitação mecânica de 1500 rpm. Após estas etapas, as reações de esterificação foram conduzidas em frascos abertos contendo 6 g de meio reacional constituído por uma mistura de AGL e solketal, agitação mecânica de 240 rpm e tempo de 40 min de reação. Nesta etapa, a influência de fatores relevantes na etapa de esterificação como razão molar solketal:AGL (1:1 a 1:4), temperatura de reação (40 a 70°C), e concentração de biocatalisador (5 a 20% m.m-1 ) foi avaliada por delineamento composto central rotacional (DCCR). De acordo com os resultados, a máxima conversão do ácido da ordem de 72.5 ± 0.8% foi alcançada após 150 min de reação conduzida a 46 °C, 20% m.m-1 de biocatalisador, e razão molar AGL:solketal de (1:1,6). Nesta mesma condição, testes de reuso foram realizados a fim de analisar a estabilidade do biocatalisador. O biocatalisador reteve 70% da sua atividade original após dez ciclos sucessivos. A produção dos ésteres de solketila foi confirmada por FT-IR e ressonância magnética nuclear (RMN 1H e RMN 13C). Estes resultados mostram que a estratégia proposta neste trabalho é altamente atrativa para a indústria química, para o estabelecimento de processos eficientes e sustentáveis a partir de resíduos agroindustriais (casca de macaúba e óleo residual).
Abstract: In the last decades, a significant effort has been directed toward the development of new sustainable processes for recycling and managing agro-industrial waste, such as waste vegetable oils and lignocellulosic biomass waste. In this context, this work aimed to propose a new approach in the enzymatic production of solketal esters, a class of compounds of great interest in the oleochemical industry, via enzymatic hydroesterification of used soybean cooking oil (USCO). For such a purpose, a heterogeneous biocatalyst was initially produced, which the lipase Eversa® Transform 2.0 (ET2.0) was immobilized on particles of Acrocomia aculeata (macaúba) epicarp (peel), which underwent two acid pre-treatments and two treatments with 70% ethanol before immobilization. Subsequently, scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), and Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR) analyses were performed to evaluate the influences of the pretreatment methods on macaúba epicarp particles. The biocatalyst was prepared via physical adsorption of ET2.0 at 25 °C in pH 5.0 (sodium acetate buffer – 5 mmol.L-1 ) offering a protein loading of 40 mg.g-1 of support. In this step, the maximum immobilized protein concentration of 25.2 ± 1.3 mg.g-1 was achieved after 15 hours of immobilization. Afterward, the complete hydrolysis of used soybean oil catalyzed by Candida rugosa lipase (CRL) was carried out to produce free fatty acids (FFAs). The enzymatic hydrolysis step for FFA production was performed in an emulsifier-free and buffer-free system using a mass ratio of oil:water of 40% m.m-1 , a CRL concentration of 3.2 g of commercial powder per kg of medium, 40 °C, and mechanical stirring at 1500 rpm. Following this step, esterification reactions were performed in open flasks containing 6 g of reaction medium consisting of a mixture of FFAs and solketal, mechanical agitation at 240 rpm, and a reaction time of 40 minutes. In this stage, the influence of relevant factors in the esterification step such as solketal:FFA molar ratio (1:1 to 1:4), reaction temperature (40 to 70°C), and biocatalyst concentration (5 to 20% m.m-1 ) was evaluated using a central composite rotatable design (CCRD). According to the results, a maximum acid conversion of approximately 72.5 ± 0.8% was achieved after 150 minutes of reaction conducted at 46 °C, 20% m.m-1 of biocatalyst, and a molar ratio of (1:1.6) of FFA:solketal. Under this condition, reusability tests were performed to analyze the stability of the biocatalyst. The biocatalyst retained 70% of its original activity after ten successive cycles. The production of solketal esters was confirmed by FT-IR and nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H NMR and 13C NMR). These results demonstrate that the strategy proposed in this work is very attractive for the chemical industry, for establishing efficient and sustainable processes from agro-industrial waste (macaúba epicarp and waste oil).
Palavras-chave: Ésteres de solketila
Hidroesterificação
Óleo de soja usado
Otimização
Lipase
Macaúba
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: MIGUEL JÚNIOR, José. Aproveitamento de resíduos agroindustriais para a produção enzimática de ésteres de interesse industrial. 2024. 76 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/2678
Data de defesa: 8-Ago-2024
Aparece nas coleções:Mestrado em Química

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