Síntese de ésteres etílicos do óleo de macaúba por meio da sinergia entre lipases imobilizadas em zsm-5 com estrutura hierárquica de poros

Abstract

RESUMO: Neste trabalho, o desempenho de diferentes combinações de lipases não regiosseletivas com 1,3-regiosseletivas foi avaliado na obtenção de ésteres etílicos do óleo da polpa da macaúba (índice de acidez de 60,3 ± 0,1 mg KOH g-1). As reações foram conduzidas em meio livre de solvente orgânico. As lipases não regiosseletivas utilizadas foram a de Candida rugosa (CRL) e a de Burkholderia cepacia (BCL); as 1,3-regiosseletivas foram a de Thermomyces lanuginosus (TLL) e a de Rhizomucor miehei (RML)). Os testes foram realizados com as enzimas tanto na forma livre, quanto na imobilizada. Como suporte, foi empregada a zeólita ZSM-5 com adição de mesoporos, modificada com reagente bifuncional, 3-mercaptopropiltrimetoxisilano (MPTS). A persistência da cristalinidade da zeólita após os tratamentos foi confirmada por meio de Difratogramas de Raios X. A inserção de porosidade na estrutura do sólido foi constatada por análises de Fisissorção de N2. Para a ZSM-5 dessilicalizada e modificada, foram observadas isotermas do tipo I com histerese do tipo H3 e distribuição de tamanho de poros com pico em torno de 12 nm, tamanho cerca de três vezes maior do que o das lipases em geral. A característica mesoporosa do material zeolitico também foi visualizada em imagens obtidas por Microscopia Eletrônica de Transmissão. A presença do MPTS no suporte foi comprovada em Espectros obtidos no Infravermelho com Transformada de Fourier e pela determinação do ponto de carga zero. A partir desta última análise, foi sugerido que as quantidades de proteínas retinas no sólido (em torno de 5 a 6 mg) podem ter sido influenciadas por repulsões eletroestátiscas. Depois de imobilizadas, todas as lipases apresentaram atividade específica na reação de hidrólise do azeite de oliva e estabilidade à lixiviação em tampão fosfato (pH 7,0). Em relação às reações para síntese de 7 ésteres etílicos, os melhores rendimentos foram obtidos com os pares formados pela LBC. A combinação da LBC com a LTL, ambas imobilizadas, foi empregada em experimentos para avaliar a influência dos parâmetros reacionais. A adição de 1% de água em relação à massa de óleo, a manutenção da razão molar óleo : etanol de 1 : 3 e a diminuição da temperatura de 45 para 30 °C resultou em aumento do rendimento em ésteres (de 77,7 ± 3,2% para 93,1 ± 1,4%) em 48 horas. A estabilidade do par de biocatalisadores foi demonstrada em vista de, após seis reutilizações, o rendimento relativo em comparação ao rendimento inicial ter sido de 66,3 ± 4,0%. Por último, o uso da mistura de enzimas imobilizadas foi avaliado em processos conduzidos com óleos cujos teores de ácidos graxos livres foram reduzidos. Da mesma forma que a acidez da fonte lipídica, os rendimentos em ésteres foram menores do que o obtido com o substrato inicialmente utilizado. Esses resultados foram atribuídos à possibilidade das reações não terem estabilizado durante o período determinado (12 horas).

ABSTRACT: In this work, the performance of different combinations of non-regioselective 1,3-regioselective lipases was evaluated in the production of ethyl esters of the oil of the macaúba pulp (acidity index of 60.3 ± 0.1 mg KOH g-1). The reactions were conducted in organic solvent-free medium. The non-regioselective lipases used were from Candida rugosa (CRL) and Burkholderia cepacia (BCL); the 1,3-regioselective were from Thermomyces lanuginosus (TLL) and from Rhizomucor miehei (RML)). Tests were performed with the enzymes in both free and immobilised form. Zeolite ZSM-5 with mesoporeaddition, modified with bifunctional reagent, 3-ercaptopropyltrimethoxysilane (MPTS) was used as support. The persistence of the crystallinity of the material after the treatments was confirmed by X-ray Diffractograms. The porosity insertion in the ZSM-5 structure was verified by N2 Physisorption analyzes. For the desilicated and modified material, type I isotherms with type H3 hysteresis and peak pore size distribution around 12 nm, size about three times larger than that of lipases in general, were observed. This characteristic was also visualized in images obtained by Transmission Electron Microscopy. The presence of the MPTS was verified in Spectra obtained in Infrared with Fourier Transform and by the determination of the zero-load point. From this latter analysis, it has been suggested that the amounts of protein retinas in the solid (around 5 to 6 mg) may have been influenced by electrostatic repulsions. After immobilisation, all lipases presented specific activity in the hydrolysis reaction of olive oil and stability to leaching in phosphate buffer (pH 7.0). In relation to the reactions for the synthesis of ethyl esters, the best yields were obtained with the pairs formed by the LBC. The combination of LBC and TLL, both immobilised, was employed in experiments to evaluate the influence of the reaction parameters. Addition of 1% water to the oil mass, maintenance of 9 the oil: ethanol molar ratio of 1: 3, and the drop in temperature from 45 to 30°C resulted in na increase in the yield of esters (from 77, 7 ± 3.2% to 93.1 ± 1.4%) within 48 hours. The stability of the pair of biocatalysts was demonstrated in view of, after six reuses, the relative yield compared to the initial yield was 66.3 ± 4.0%. Finally, the use of the immobilised enzyme mixture was evaluated in processes conducted with oils, whose levels of free fatty acids were reduced. As with the acidity of the lipid source, the yields on esters were lower than that obtained with the substrate initially used. These results were attributed to the possibility that the reactions did not stabilize during the determined period (12 hours).