Avaliação da influência das características texturais de sílicas macro e mesoporosas utilizadas como suporte enzimático na síntese de ésteres etílicos a partir do óleo de nabo forrageiro (Raphanus sativus L.)

Abstract

Neste trabalho as características texturais de sílicas macro e mesoporosas utilizadas como suporte enzimático foram avaliadas para a síntese de ésteres a partir do óleo não purificado de Nabo Forrageiro (Raphanus Sativus L.). Sílicas meso (MCM-41 e SBA-15) e macroporosa (Sílica de Porosidade Controlada, SPC) foram utilizadas sem nenhum tratamento prévio, como suporte para a imobilização da enzima lipase de Burkholderia cepacia. A enzima foi imobilizada nas sílicas pela técnica de adsorção. As sílicas e também os biocatalisadores imobilizados foram caracterizados por infravermelho com Transformada de Fourier, Difração de Raios X e adsorção/dessorção de nitrogênio para a determinação de suas características texturais e superficiais. As análises de Difração de Raios X mostraram que há diferenças nas intensidades dos picos característicos para as sílicas antes e após a imobilização, confirmando que a enzima lipase se ligou aos mesmos. As análises de adsorção/dessorção de nitrogênio demonstraram que a enzima ficou adsorvida na superfície externa da MCM-41, e no interior da SBA-15. O biocatalisador preparado com a SBA-15 (SBA/Imob.) foi o que apresentou maior capacidade de retenção da enzima (2,09 mg proteína/g de suporte seco). Além disso, testes de atividade de hidrólise, esterificação, influência da temperatura e da variação do pH no meio reacional, e testes de estabilidade operacional foram realizados. Por fim, os biocatalisadores foram utilizados na reação de transesterificação do óleo de Nabo Forrageiro. De acordo com os resultados obtidos, a imobilização foi positiva para a reação de esterificação e para os testes de estabilidade térmica e a variação do pH do meio reacional, pois os biocatalisadores imobilizados demonstraram melhor desempenho, quando comparados à enzima livre. Somente o biocatalisador preparado com a utilização da MCM-41(MCM/Imob.) apresentou estabilidade menor do que a enzima livre no teste de variação do pH possivelmente devido às mudanças estruturais e superficiais no suporte. O biocatalisador SBA/Imob. apresentou maior capacidade de retenção das proteínas no teste de lixiviação e se mostrou mais ativo no teste de reuso na reação de hidrólise do azeite de oliva demonstrando ser mais estável ao reuso. Os biocatalisadores imobilizados proporcionaram maiores rendimentos em ésteres na reação de transesterificação. Dentre os biocatalisadores imobilizados, o que foi preparado com o uso da SPC foi o mais eficiente, pois sua eficiência catalítica foi de 35,5 g de ésteres/mg de proteína contra 26 g de éster /miligrama de proteína para o preparado com a MCM/Imob. e 16,14 g de éster/miligrama de proteína com a SBA/Imob. Os resultados sugerem que o suporte que permite a melhor distribuição das enzimas em sua superfície e menor restrição à difusão interna do substrato até a enzima possuiu melhor desempenho catalítico na reação de transesterificação

In the present study, the textural characteristics of macro and mesoporous silicas used as an enzymatic support for the production of esters from Raphanus sativus L. crude oil, were evaluated. Mesoporous (MCM-41 and SBA-15) and macroporous (Controlled Pore Silica CPS) silica were used without any pretreatment as support for immobilization. Silicas and immobilized biocatalysts were characterized by FTIR and X-ray diffraction and adsorption / desorption of nitrogen were used to characterize the MCM-41 and SBA-15 before and after lipase from Burkholderia cepacia immobilization. The enzyme was immobilized in the mesoporous silica by adsorption. The analysis of X-ray diffraction for silica showed difference in the peaks before and after immobilization, confirming that the enzyme bound to them. The analysis of the adsorption / desorption of nitrogen showed that the enzyme was adsorbed onto the external surface of MCM-41, while lipase had access into the SBA-15. The biocatalyst prepared SBA-15 (SBA / Imob.) showed the highest retention capacity of the enzyme (2.09 mg of protein/g of dry support). Furthermore, activity by hydrolysis, esterification, and the influence of temperature and pH in the reaction and the biocatalyst stability in reuse were evaluated. Finally the biocatalysts were used in the transesterification reaction of Raphanus sativus L. oil. According to the results, the immobilization was positive for the esterification reaction, thermal stability and the pH of the reaction medium tests, because the immobilized biocatalysts showed a better performance compared to the free enzyme. Only the biocatalyst prepared using MCM41 (MCM / Imob.) showed less than the free enzyme in the pH test possibly due to structural changes in the support surface. The biocatalyst prepared using the SBA-15 presented greater capacity retention of proteins in the leaching test, and was more active in the test for reuse in the hydrolysis reaction of olive oil. Regarding the production of ethyl esters, higher yields immobilized biocatalysts. Of the immobilized biocatalysts, which was prepared using the SCP was the most efficient (35.5 g of ester /mg of protein) to 26 (g ester/milligram of protein) MCM / Imob. and 16.14 (g ester/milligram of protein) with the SBA /Imob.. These results suggest that the support has a better distribution of the enzyme on the surface and lower internal diffusivity restriction of substrates have a better catalytic performance in the transesterification reaction