Avaliação do potencial de preparado enzimático sólido de Yarrowia lipolytica em reações de síntese de ésteres alquílicos de ácidos graxos

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2016
Autor(a) principal: Silva, Jéssica Rocha da lattes
Orientador(a): Ribeiro, Bernardo Dias lattes
Banca de defesa: Castro, Aline Machado de lattes, Costa, Antonio Carlos Augusto da lattes, Coelho, Maria Alice Zarur lattes
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Química
País: BR
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/12043
Resumo: Biodiesel is a biodegradable and non-toxic biofuel that is an alternative to the use of fossil fuels. Usually, biodiesel is produced by alkali-catalyzed transesterification, though the formation of glycerol complicates separation and purification of the product. This route requires high purity oils (acid content < 0.5%) since free fatty acids (FFA) can react with the basic catalyst and generate soaps. Thus, the enzymatic route has been widely studied due to the possibility of the use of cheaper oils with high levels of FFA, since the employed catalysts (lipases) can catalyze both the esterification of FFA and transesterification of triacylglycerols (TAG). In the enzymatic route, the traditional approach for the production of biodiesel has been the use of commercial immobilized microbial lipases. However, the cost of these preparations is still high. Thus, in this work, the use of a fermented and dry soybean cake with lipase activity from Yarrowia lipolytica, obtained by solid state fermentation, was investigated. The solid enzymatic preparation (SEP) was studied in an esterification model reaction to evaluate the possibility of its use as biocatalyst in a pre-step to the current route of biodiesel production from acid oils. Initially, for the selection of the biocatalyst, different strains of Yarrowia lipolytica (Yarrowia lipolytica IMUFRJ 50682, Yarrowia lipolyticawild Po1g and Yarrowia lipolytica Po1g modified with the lipase gene of Yarrowia lipolytica IMUFRJ 50682 (modified Po1g)) were evaluated in the esterification of oleic acid (OA) with ethanol. The progress of the reactions was followed by neutralization volumetry and by gas chromatography. The higher conversion of OA was observed for SEP of IMUFRJ 50682. After the selection of the biocatalyst, the following effects were investigated on acid conversion: amount, type and mode of the addition of alcohol, temperature, content and mode of the addition of biocatalyst, amount of water in ethanol, and influence of acid chain. The best condition was the esterification of OA with anhydrous ethanol at 30°C for 24 h, using 30 wt.% of SEP in a single addition, alcohol/OA molar ratio equal to 1, with the addition of alcohol in a single step at the beginning of the reaction. Under these conditions, the conversion of OA was 85%, showing the potential of SEP of IMUFRJ 50682 to be used as a catalyst to reduce the content of FFA in cheaper oils, technically enabling its use in biodiesel production. Finally, the biocatalyst was reused and the influence of the solvent (water, ethanol, n-hexane) employed for wash the used catalyst was investigated. The wash of SEP with water led to the higher retention of catalytic activity and after the tenth batch, the biocatalyst kept 31% of its initial activity
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Usually, biodiesel is produced by alkali-catalyzed transesterification, though the formation of glycerol complicates separation and purification of the product. This route requires high purity oils (acid content < 0.5%) since free fatty acids (FFA) can react with the basic catalyst and generate soaps. Thus, the enzymatic route has been widely studied due to the possibility of the use of cheaper oils with high levels of FFA, since the employed catalysts (lipases) can catalyze both the esterification of FFA and transesterification of triacylglycerols (TAG). In the enzymatic route, the traditional approach for the production of biodiesel has been the use of commercial immobilized microbial lipases. However, the cost of these preparations is still high. Thus, in this work, the use of a fermented and dry soybean cake with lipase activity from Yarrowia lipolytica, obtained by solid state fermentation, was investigated. The solid enzymatic preparation (SEP) was studied in an esterification model reaction to evaluate the possibility of its use as biocatalyst in a pre-step to the current route of biodiesel production from acid oils. Initially, for the selection of the biocatalyst, different strains of Yarrowia lipolytica (Yarrowia lipolytica IMUFRJ 50682, Yarrowia lipolyticawild Po1g and Yarrowia lipolytica Po1g modified with the lipase gene of Yarrowia lipolytica IMUFRJ 50682 (modified Po1g)) were evaluated in the esterification of oleic acid (OA) with ethanol. The progress of the reactions was followed by neutralization volumetry and by gas chromatography. The higher conversion of OA was observed for SEP of IMUFRJ 50682. After the selection of the biocatalyst, the following effects were investigated on acid conversion: amount, type and mode of the addition of alcohol, temperature, content and mode of the addition of biocatalyst, amount of water in ethanol, and influence of acid chain. The best condition was the esterification of OA with anhydrous ethanol at 30°C for 24 h, using 30 wt.% of SEP in a single addition, alcohol/OA molar ratio equal to 1, with the addition of alcohol in a single step at the beginning of the reaction. Under these conditions, the conversion of OA was 85%, showing the potential of SEP of IMUFRJ 50682 to be used as a catalyst to reduce the content of FFA in cheaper oils, technically enabling its use in biodiesel production. Finally, the biocatalyst was reused and the influence of the solvent (water, ethanol, n-hexane) employed for wash the used catalyst was investigated. The wash of SEP with water led to the higher retention of catalytic activity and after the tenth batch, the biocatalyst kept 31% of its initial activityO biodiesel tem se mostrado como uma alternativa biodegradável e não tóxica ao uso de combustíveis fósseis. Sua rota usual de produção é a transesterificação alcalina, entretanto a formação de glicerol dificulta a separação e purificação do produto. Essa rota necessita de óleos de alto grau de pureza (teor de ácidos < 0,5%), uma vez que os ácidos graxos livres (AGL) podem reagir com o catalisador básico e gerar sabão. Desta forma, a rota enzimática tem sido largamente estudada, pois possibilita a utilização de óleos mais baratos, com altos teores de AGL, já que os catalisadores empregados (lipases) podem catalisar simultaneamente a reação de esterificação dos AGL e a transesterificação dos triacilgliceróis (TAG). Usualmente no processo enzimático são empregadas lipases comerciais microbianas imobilizadas, entretanto o custo do biocatalisador é elevado. Assim, neste trabalho, foi estudada a utilização do fermentado seco de torta de soja com atividade lipásica de Yarrowia lipolytica, obtido a partir de fermentação em estado sólido. O preparado enzimático sólido (PES) foi estudado em uma reação modelo de esterificação para avaliar a possibilidade de utilização desse biocatalisador em uma pré-etapa para a rota atual de produção de biodiesel a partir de óleos ácidos. Inicialmente, para a escolha do biocatalisador, foram avaliadas diferentes cepas de Yarrowia lipolytica na conversão da reação de esterificação do ácido oleico com etanol, Yarrowia lipolytica IMUFRJ 50682, Yarrowia lipolytica Po1g selvagem e Yarrowia lipolytica Po1g transformada com o gene da lipase de Yarrowia lipolytica IMUFRJ 50682 (Po1g transformada). O progresso das reações foi acompanhado por volumetria de neutralização e por cromatografia em fase gasosa. As maiores conversões de ácido oleico foram observadas empregando PES de Yarrowia lipolytica IMUFRJ 50682. Subsequentemente à escolha do biocatalisador, foram investigados os seguintes efeitos: quantidade, tipo e forma de adição de álcool, temperatura, teor e forma de adição de biocatalisador, quantidade de água presente no etanol e influência da cadeia ácida sobre a conversão dos ácidos. A melhor condição foi observada a 30°C na esterificação com etanol P.A., por 24 h,empregando 30% m/m de PES adicionado de forma única e razão estequiométrica dos reagentes, com adição única do álcool. Nessas condições, a conversão de ácido oleico foi de 85%, confirmando que o PES de Yarrowia lipolytica IMUFRJ 50682 tem grande potencial para ser usado como catalisador para a redução do teor de AGL em óleos mais baratos, viabilizando tecnicamente o seu emprego na produção de biodiesel. Finalmente, o biocatalisador foi reutilizado e a influência do solvente (água, etanol, n-hexano) empregado na lavagem do mesmo foi estudada. A lavagem do PES com água permitiu a obtenção de maiores valores de conversão de ácido oleico, sendo verificado, após a décima reação, 31% da conversão da reação inicialSubmitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:37:41Z No. of bitstreams: 1 Jessica Rocha da Silva.pdf: 2751004 bytes, checksum: 708e68ba5386411c4be1cd7652607314 (MD5)Made available in DSpace on 2021-01-06T19:37:41Z (GMT). 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description Biodiesel is a biodegradable and non-toxic biofuel that is an alternative to the use of fossil fuels. Usually, biodiesel is produced by alkali-catalyzed transesterification, though the formation of glycerol complicates separation and purification of the product. This route requires high purity oils (acid content < 0.5%) since free fatty acids (FFA) can react with the basic catalyst and generate soaps. Thus, the enzymatic route has been widely studied due to the possibility of the use of cheaper oils with high levels of FFA, since the employed catalysts (lipases) can catalyze both the esterification of FFA and transesterification of triacylglycerols (TAG). In the enzymatic route, the traditional approach for the production of biodiesel has been the use of commercial immobilized microbial lipases. However, the cost of these preparations is still high. Thus, in this work, the use of a fermented and dry soybean cake with lipase activity from Yarrowia lipolytica, obtained by solid state fermentation, was investigated. The solid enzymatic preparation (SEP) was studied in an esterification model reaction to evaluate the possibility of its use as biocatalyst in a pre-step to the current route of biodiesel production from acid oils. Initially, for the selection of the biocatalyst, different strains of Yarrowia lipolytica (Yarrowia lipolytica IMUFRJ 50682, Yarrowia lipolyticawild Po1g and Yarrowia lipolytica Po1g modified with the lipase gene of Yarrowia lipolytica IMUFRJ 50682 (modified Po1g)) were evaluated in the esterification of oleic acid (OA) with ethanol. The progress of the reactions was followed by neutralization volumetry and by gas chromatography. The higher conversion of OA was observed for SEP of IMUFRJ 50682. After the selection of the biocatalyst, the following effects were investigated on acid conversion: amount, type and mode of the addition of alcohol, temperature, content and mode of the addition of biocatalyst, amount of water in ethanol, and influence of acid chain. The best condition was the esterification of OA with anhydrous ethanol at 30°C for 24 h, using 30 wt.% of SEP in a single addition, alcohol/OA molar ratio equal to 1, with the addition of alcohol in a single step at the beginning of the reaction. Under these conditions, the conversion of OA was 85%, showing the potential of SEP of IMUFRJ 50682 to be used as a catalyst to reduce the content of FFA in cheaper oils, technically enabling its use in biodiesel production. Finally, the biocatalyst was reused and the influence of the solvent (water, ethanol, n-hexane) employed for wash the used catalyst was investigated. The wash of SEP with water led to the higher retention of catalytic activity and after the tenth batch, the biocatalyst kept 31% of its initial activity
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