Orientador: Lorena Benathar Ballod Tavares. / Coorientador: Atilano Antônio Vegini. / Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências Tecnológicas, Universidade Regional de Blumenau, Blumenau.

A aplicação da tecnologia enzimática em óleos e gorduras vem se consolidando como uma alternativa atraente para a substituição dos processos químicos tradicionais. A hidrólise de óleos vegetais é um processo pelo qual se pode obter vários compostos de interesse industrial, possibilitando agregar valor tanto a cadeia produtiva como aos produtos finais. O presente trabalho teve como objetivo a produção de um biocatalisador ativo e estável a partir das células íntegras do fungo filamentoso Penicilliumcitrinumpara aplicação na reação de hidrólise de óleos vegetais. As células íntegras contendo lipase ligada ao micélio foram produzidas na sua forma livre e imobilizada em espumas de poliuretano cortadas em cubos de 6 mm de aresta. Os biocatalisadores obtidos foram caracterizados quanto suas propriedades bioquímicas e cinéticas incluindo valores ótimos de pH, temperatura e constantes cinéticas, utilizando o método de hidrólise do azeite de oliva. As células livres apresentaram valores ótimos de atuação em pH 7,5 e temperatura de 45 °C. O tempo de meia vida obtido a 60 °C foi de 1,81 h, com velocidade máxima de 267,33 U/g. Para as células imobilizadas, a melhor atuação da lipase ligada ao micélio foi em pH 8,0 e temperatura de 40 °C, com velocidade máxima de 123,24 U/g e tempo de meia vida a 60 °C de 2,23 h. Definidas as condições ótimas de atuação das células, a próxima etapa do trabalho consistiu em realizar a hidrólise do óleo de soja empregando inicialmente as células livres, avaliando-se os efeitos da temperatura, pH, agitação e uso de solventes. Com o objetivo de melhorar a produtividade do sistema, os parâmetros temperatura e razão mássica óleo/tampão foram otimizados por meio do planejamento experimental, em busca das melhores condições para a reação. A condição otimizada predita pelo planejamento fatorial foi temperatura de 37°C e razão mássica óleo/tampão fosfato de sódio 0,1M pH 7,0 de 20%, obtendo-se uma porcentagem máxima de hidrólise de 38,6% após 3 horas de reação empregando 10% m/m de biocatalisador em sua forma livre na presença de agente emulsificante. A etapa seguinte explorou a utilização de ondas ultrassônicas na hidrólise do óleo de soja sendo constatados incrementos significativos no grau de hidrólise máximo em um período de tempo de 9 h. Foram obtidos valores de 77 e 96% de grau de hidrólise com e sem agente emulsificante, evidenciando a influência positiva das ondas ultrassônicas na reação. A análise cromatográfica do hidrolisado revelou que as células de P. citrinumforneceram os principais ácidos graxos presentes no óleo de soja, com predominância dos ácidos graxos C18:1 e C18:2. A influência de óleos vegetais contendo diferentes composições em ácidos graxos (oliva, canola e girassol) também foi avaliada na reação de hidrólise, sendo constatada a preferência do biocatalisador livre na conversão em ácidos graxos de cadeia longa, presentes no óleo de girassol. Ao final, o desempenho do biocatalisador imobilizado foi investigado na reação de hidrólise do óleo de soja e revelou resultados promissores, com grau de hidrólise máximo de 55,7% em 12h de reação. Os resultados obtidos neste trabalho demonstram que o emprego de células íntegras como biocatalisador em reações de hidrólise de óleos vegetais é uma alternativa promissora à catálise convencional, principalmente na obtenção de ácidos graxos poli-insaturados, como ômega 6. / The application of enzymatic technology in oils and fats has been consolidated as an attractive alternative for the substitution of traditional chemical processes.The hydrolysis of vegetable oils is a process by which several compounds of industrial interest can be obtained, allowing to add value both the production chain and the final products.This study aimed to the production of an active biocatalyst and stable from whole cells of the filamentous fungus Penicillium citrinum for application in the hydrolysis reaction of vegetable oils.The whole cells containing intracellular lipase attached to the mycelium were produced in free and immobilized form polyurethane foams cut into cubes 6 mm edge. The biocatalysts were characterized as their biochemical and kinetic properties including optimum values of pH, temperature and kinetic constants. The free cells showed optimal values of activity at pH 7.5 and temperature 45 ° C.O half-life obtained at 60 ° C was 1.81 h, with a maximum speed of 267,33 U / g. For immobilized cells, the best performance of intracellular lipase was at pH 8.0 and 40 ° C, with a maximum speed of 123,24 U / g and half-life at 60 ° C for 2,23 h.After the optimum conditions of cell performance were determined, the next stage of the work consisted in hydrolysis of soybean oil using the free cells, evaluating the effects of temperature, pH, agitation and solvent use.In order to improve system productivity, the temperature parameters and ratio by weight oil / buffer were optimized through experimental design, in search of better conditions for reaction. The optimized conditions predicted by the experimental design was 37 ° C and weight ratio oil / 20% buffer to give a maximum percentage of hydrolysis of 38.6% after 3 hours of reaction using 10% m / m biocatalyst in free form in the presence of emulsifying agent. The next step explored the use of ultrasonic waves in the hydrolysis of soybean oil with significant increases in the degree of maximum hydrolysis in a time period of 9 h.The values of 77 and 96% of hydrolysis degree with and without emulsifying agent were obtained, evidencing the positive influence of the ultrasonic waves in the reaction.The chromatographic analysis of the hydrolyzate showed that the P. citrinumcells provided the main fatty acids present in soybean oil, predominantly C18:1 and C18:2 fatty acids.The influence of vegetable oils containing different compositions in fatty acids (olive, canola and sunflower) was also evaluated in the hydrolysis reaction, being verified the preference of the free biocatalyst in the conversion to long chain fatty acids present in sunflower oil.At the end, the performance of the immobilized biocatalyst was investigated in the hydrolysis reaction of soybean oil and showed promising results, with a maximum hydrolysis degree of 55.7% in 12 hours of reaction.The results obtained in this work demonstrate that the use of intact cells as a biocatalyst in hydrolysis reactions of vegetable oils is a promising alternative to conventional catalysis, especially in the production of polyunsaturated fatty acids, such as omega 6.

A presente tese foi desenvolvida com objetivo de avaliar a utilização dos subprodutos do processamento do óleo de soja (OS) (óleo ácido de soja -OAS, lecitina - LEC) e do biodiesel (glicerol - GLI) na alimentação de frangos de corte. Dois estudos foram conduzidos para determinar EMA destes subprodutos e suas combinações. Foram usados 390 frangos de corte machos com 21 d para cada experimento distribuídos em um delineamento experimental inteiramente casualizado com arranjo fatorial com 4 fontes de gordura e 3 níveis de inclusão mais uma dieta basal sem suplementação de gordura. Cada experimento foi composto por 13 tratamentos dietéticos com 6 repetições de 5 aves por repetição. No primeiro ensaio foi usado: OAS, GLI e LEC, bem como uma mistura contendo 85% OAS, 10% GLI e 5% LEC (MIS). As proporções das fontes de energia na mistura foram semelhantes à encontrada no óleo de soja bruto. No segundo ensaio foi usado quatro diferentes misturas destas fontes de energia sendo elas: 85% OAS e 10% GLI; 80% OAS e 15% GLI; 75% OAS e 20% GLI e 70% OAS e 25% GLI, em todas as misturas estabeleceu-se 5% LEC. Os tratamentos dietéticos foram formados pela adição de cada fonte energética suplementar aos níveis de 0% (100% da dieta basal (DB), 2% (98% DB + 2% fonte de energia), 4% (96% DB + 4% fonte de energia) ou 6% (94% DB + 6% fonte de energia) Nos dois ensaios foi realizado coleta total de excretas por 72h. Aos 28 dias de idade no final do período experimental um frango por repetição foi abatido para coleta do fígado e coleta de sangue para análise de glicerol e triglicérides plasmático e enzima hepática glicerol quinase. Para os dois experimentos houve diferença estatística entre as fontes energéticas (P<0,05). No primeiro ensaio a mistura das três fontes (85:10:5) mostrou melhor valor de EMA, no entanto no segundo experimento a mistura de 80% OAS 15% GLI e 5% LEC apresentou melhor valor quando comparado as demais misturas. Para a concentração de glicerol e triglicerídeos plasmático, assim como para a atividade da enzima glicerol quinase, houve interação entre as fontes e o nível de inclusão (P<0,05). A medida que aumentou o nível de inclusão aumentou-se a concentração de glicerol no plasma e diminuiu a atividade da enzima, no entanto, isto não foi suficiente para saturar a enzima. Em conclusão, os tratamentos mostraram que a mistura de subprodutos do óleo de soja e do biodiesel podem ser usadas como fontes energéticas em dietas de frangos de corte sem acarretar problemas no metabolismo normal do glicerol. / This thesis was carried out to evaluate the utilization of soybean oil (SO) (acidulated soap stock - ASS, lecithin - LEC) and biodiesel (glycerol - GLY) in broiler feeds. Two studies were conducted to determine AME these byproducts and their combinations. At total of 390 21-d-old male broilers were utilized for each experiment distributed in a completely randomized design with factorial arrangement of 4 fat sources and 3 levels of inclusion plus the basal diet without any fat source. Each study contained 13 dietary treatments with 6 replicates of 5 chickens per replicate. In the first experiment, the fat sources used were OAS, GLY and, LEC as well as a mixture (MIX) containing 85%, 10% and 5% respectively. The proportions of energy sources in the mix were similar to that found in crude soybean oil. In the second experiment, it was used four different mixtures of these energy sources, which are, 85% ASS: 10% GLY; 80% ASS: 15% GLY; 75% ASS: 20% GLY and 70% ASS: 25% GLY in all mixtures was fixed 5% LEC. The experimental treatments consisted of addition of each supplemental fat source at the levels of 0% (100% of basal diet (BD)), 2% (98% BD + 2% fat source), 4% (96% BD + 4% fat source) or 6% (94% BD + 6% fat source). The total excreta collection was conducted for 72h. At 28 days of age, the end of the study period one chicken by repetition was slaughtered to collect the liver and blood collection for analysis of plasmatic glycerol and triglycerides and the liver was used for analysis of glycerol kinase enzyme For both experiments was observed statistical difference between energy sources (P <0.05) in the first experiment the mixture of the three sources (85:10: 5) showed best value of AME, however, in the second experiment the mixture of 80% OAS GLI 15% and 5% LEC showed better value when compared to the other mixtures. For the concentration of plasma glycerol and triglycerides, as well as the activity of the enzyme glycerol kinase, there was an interaction between the sources and the inclusion level (P <0.05). As we increased the level of inclusion increased the concentration of glycerol in plasma and decreased enzyme activity, however, this was not enough to saturate the enzyme. In conclusion, the treatment showed that the mixture of soybean oil and biodiesel by-products could be used as energy sources in broiler diets without causing problems in the normal metabolism of the glycerol.

A oxidação lipídica é uma das causas mais importantes que levam à perda das qualidades nutricionais e sensoriais dos alimentos que possuem lipídios em sua composição, diminuindo assim sua vida de útil e provocando rejeição por parte dos consumidores. Considerando estes aspectos, a indústria de alimentos faz o uso de compostos antioxidantes, capazes de retardar a oxidação. A maioria dos antioxidantes utilizados atualmente é de origem sintética, que apresentam restrições quanto ao seu uso em alimentos que variam de país para país. Tais restrições fundamentam-se em aspectos relacionados ao impacto dos antioxidantes sintéticos sobre a saúde do consumidor. Em consequência, na última década ocorreu um aumento considerável no número de pesquisas que abordam uso de antioxidantes obtidos de fontes naturais em alimentos, a fim de identificar fontes promissoras desses compostos. Com esse objetivo, o presente trabalho avaliou a atividade antioxidante de extratos hidroalcoólicos de duas amostras de frutos de murtilla (Ugni molinae Turcz.), silvestre e a cultivar melhorada 14-4, por meio da aplicação de testes in vitro e em sistema modelo a base de óleo de soja. A aplicação da Metodologia de Superfície de Resposta permitiu a seleção da melhor condição operacional para a produção de extratos hidroalcoólicos a partir dos frutos desidratados. A condição que apresentou maior eficiência para recuperação dos compostos fenólicos foi o emprego de etanol 49,5% (v/v) a temperatura de 30ºC, sendo que para a murtilla silvestre o teor foi de 18,39 mg GAE/ g matéria seca e 26,14 mg GAE/ g matéria seca para a cultivar 14-4. As análises de ABTS e DDPH foram realizadas nos extratos produzidos nas condições otimizadas e os resultados obtidos foram 471?mol TEAC/g matéria seca de murtilla silvestre e 881,84 ?mol TEAC/g matéria seca de murtilla 14-4 para o ABTS e 229,59 ?mol TEAC/g matéria seca de murtilla silvestre e 403 ?mol TEAC/g matéria seca de murtilla 14-4 para o DPPH. Análise cromatográfica em fase gasosa acoplada a detector de massas foi realizada visando a identificação dos compostos presentes nos extratos, após derivatização das amostras. Foram identificados componentes como quercetina, epicatequina, ácido gálico, ácido benzoico e ácido hidrocafeico, que possuem atividade antioxidante comprovada. Os extratos potencialmente antioxidantes foram aplicados em sistema modelo (50, 100, 150 e 200 mg kg-1) com óleo insaturado (óleo refinado de soja, sem adição de antioxidantes sintéticos) em condições aceleradas: Teste de estufa (Schaal Oven Test) e Rancimat. No teste de Estufa e no Rancimat as concentrações que apresentaram melhor poder antioxidante foram a de 150 e 200 mg kg-1 para as duas amostras de extratos de frutos de murtilla analisadas. Os resultados de análise sensorial com provadores treinados demonstraram que não houve diferenças estatisticamente significativas entre as concentrações dos extratos adicionados ao óleo de soja submetido à oxidação em estufa, sendo que o TBHQ demonstrou a melhor aceitação. Contudo, considerando as observações feitas pelos provadores é possível afirmar que após as 96 horas de estufa, o odor de ranço foi mascarado pelo odor agradável do extrato dos frutos. / Lipid oxidation is one of the most important causes that promote the loss of nutritional and sensory qualities of foods containing lipids in their composition, thus decreasing their shelf life and causing rejection by consumers. Considering theses aspects, the food industry uses antioxidant compounds that are able to inhibit or retard oxidation. However most of antioxidants currently used are synthetic, with restrictions as to its use in lipid-based foods that vary from country to country. Such restrictions are based on aspects related to the impact of synthetic antioxidants on consumer\'s health. Due to this, in the last decade there was an increase in the number of researches that focuses on using natural sources of antioxidants, such as vegetables, fruits, among others, in food, in order to identify potential sources of antioxidants. With this objective, the present study evaluated the antioxidant activity of hydroalcoholic extracts of two varieties of murtilla\'s fruits (Ugni molinae Turcz.), wild and 14-4, through the application of in vitro assays and in a model system based on soybean oil. The application of response surfaces methodology allowed the selection of the optimal operating condition for the production of hydroethanolic extracts from dried fruit. The total phenolic compounds were determined for evaluation of extracts\' antioxidant activity and adjustment of mathematical models. The condition with the highest phenolic content was extracted using ethanol 49,5% (v/v) and temperature at 30°C, the content for the wild murtilla was 18,39 mg GAE/g dry matter and 26,14 mg GAE/g dry sample for 14-4. The ABTS and DDPH analyses were proceeded with selected optimization extracts and the results were 471?mol TEAC/g dry sample of wild murtilla and 881,84 ?mol TEAC/g dry sample of 14-4 murtilla for ABTS and 229,59 ?mol TEAC/g dry sample of wild murtilla and 403 ?mol TEAC/g dry sample of 14-4 murtilla for DDPH. The analysis by gas chromatography-mass detector was performed for the identification of compounds presents in the extracts after derivatization of the samples. Were identified compounds as quercetin, epicatechin, gallic acid, benzoic acid and hidrocafeico that have proven antioxidant activity. The extracts potentially antioxidants were applied to the model system in increasing doses (50, 100, 150 and 200 mg kg-1) with unsaturated oil (refined soybean oil without addition of synthetic antioxidants) under accelerated conditions: Oven Test (Schaal Oven Test) and Rancimat. Concentrations that better presented antioxidant power were 150 and 200 mg kg-1for both of murtilla samples. Sensory results showed that there was no statistically significant difference among the concentrations of the extracts, and TBHQ showed a better acceptance by the trained panel. However, considering the comments made by the tasters is possible to affirm that after 96 hours of oven, the rancid odor is masked by the pleasant odor of the fruit.

Os polihidroxialcanoatos constituem um grupo de poliésteres acumulados por inúmeras bactérias na forma de grânulos intracelulares, que podem representar até 80% da massa seca celular. No presente trabalho, foi avaliado o comportamento de diferentes linhagens quanto a capacidade de metabolizarem ácidos graxos livres e óleo de soja para a produção de biopolímeros e, posteriormente, em biorreator, algumas linhagens selvagens e recombinantes foram testadas na presença ou não de um inibidor da b-oxidação. Experimentos em frascos agitados, mostraram valores de teor de PHA em até cerca de 70% na biomassa total com cerca de 5% de monômeros de cadeia média permitindo selecionar as linhagens Cupriavidus necator e Burkholderia cepacia para os ensaios seguintes. Experimentos em biorreator mostraram que, as variáveis manipuláveis quanto ao fluxo de óleo de soja, de co-substratos e o inibidor de b-oxidação não influenciaram, significativamente, no rendimento de P3HB/3HAmcl formado quando utilizado Burkholderia cepacia IPT-048, entretanto, contribuíram na síntese de 3HV. Durante os ensaios, o aumento do número de cópias do gene phaB em Cupriavidus necator, aparentemente, não contribuíram para o aumento do rendimento de 3HHx, porém, outras variáveis manipuláveis deverão ser propostas para a confirmação. / The poly-3-hydroxyalkanoates (PHA) are a group of polyesters accumulated for several bacteria in the intracellular granule form, that can represent up to 80% of the dry mass cellular. The main advantage of the biopolymers on the synthetic materials is its degradation in the environment. Recycable raw materials can be used as carbon sources for the production biodegradable polymer. Some polymers have appeared in literature having mechanical characteristic considered appropriate in such a way for use in packings (flexible and covering films), how base for controlled release of asset to be applied in the pharmacological-medical and foods area. The P3HB-co-3HAmcl are 3-hydroxybutyrate copolymers and 3-hydroxyacyl of 6 or more carbon atoms which has aroused interest for to present intermediate properties between HB and HAmcl, having taken care of the requirements for diverse applications. Some strains are distinguished, however, assays in bottles agitated with the Cupriavidus sp. and Burkholderia sp. strains, using as substratum greasy free acid and soy oil, had led the promising results. In the present work, first, was evaluated the behavior of different strains (Cupriavidus necator DSM545 IPT-026, C. necator H16 IPT-027, Pseudomonas sp. IPT-066, Burkholderia cepacia IPT-048 and B. sacchari IPT-189) how much to metabolizer capacity of free fatty acids and soybean oil for the production of biopolymers and, later, in tank bioreactor some wild strains and recombinant had been tested together or not of an inhibitor of the boxidation (acid acrylic). Experiments in bottles with agitation, had shown values of PHA in about 70% of the total biomass with about 5% monomers chain average allowing to select the Burkholderia cepacia IPT-048 and Cupriavidus necator DSM545 strains for the following assays. Experiments in tank bioreactor had shown that, the interactions between the substratum, co-substratum and the inhibitor of boxidation had influenced in the amount of formed P3HB/3HAmcl when used the Burkholderia cepacia IPT-048 strains, contributing for the synthesis of 3HV and 3HHx. When used only the soybean oil (5g/L) was gotten an amount of HHx with about 6 mol% with Burkholderia cepacia strains. In this same condition was verified that after some determined period also proved monomer HV in an amount of 0.20 mol%. Adding the acid acrylic (0.18 g/L) were gotten 1.50 mol% of HHx, however, differently of the previous condition the amount of HV varied of 0.91 - 2.77 mol%. A conclusion for the condition soybean oil and acrylic acid is that, the strains is using the acrylic fatty acid as carbon source, or either, the formation of acrylil-CoA with consequent formation of chains with 5 carbons. Similar results had been gotten when analyzed extracted polymer, or either, after the stage of extraction with chloroform was verified that the amount varied of 1.60 - 2.14 mol%. When added to a cosubstratum in the phase of accumulation (caproic fatty acid) and absence of the acrylic acid, it did not have the increase of HHx in relation to the previous variable, as much that, the amount of monomer reached about 0.50 mol%. In this condition, the presence of the acrylic fatty acid also did not contribute for the HV synthesis, not having been observed monomers during the assays. In the following phase, in which we work with Cupriavidus necator and a recombinant (Cupriavidus necator::phaB) strains, was verified that the gotten amount of HHx had been similar, about 0.30 mol%. Our hypothesis, we believe that the increase of the number of copies of the gene phaB could contribute for the increase of the carbon flow in the direction to raise the amount of 3HB how much of other monomers. As in the assays in bottles with agitation substrat caproic and caprylic fatty acids they had been distinguished also when availabled 2g/L and the soybean oil of in a concentration of 5g/L, we analyze the strains recombinant with soybean oil and caprylic fatty acid with 5 g/L. The insistence in the use of the caprylic fatty acid was based on the fact of the possibility of strains to oxidate part of fatty acids for the production of cells and energy and, at the moment that had the nitrogen limitation, to begin the accumulation phase dividing two carbons for the production of acetyl-CoA and the remain of the chain was stored in the form of 3HHx. The caprylic fatty acid disponibility it did not have the monomer attainment, therefore, Cupriavidus necator and Cupriavidus necator::phaB had its replyed inhibited capacity by the substratum. In the added soybean oil bottles with and without the acrylic fatty acid the behavior it was the opposite to the observed with caprylic fatty acid. During the incubation period, for both the strains, the amount of PHA, and consequently, the percentage of 3HB in the dry mass cellular was of 22.95% (100 mol%) and 25.90% (100 mol%) in 28ª and 24ª hours, respectively. In this condition, in the recombinant strains, also was observed the presence of HHx between 32ª and 49ª hour with a maxim amount of 1.10 mol%. From the results it can be concluded that the Burkholderia cepacia is considered a promising strains for the attainment of HHx and HV allowing that soybean oil with and without the acrylic fatty acid, respectively. The increase in the number of copies of the gene phaB in Cupriavidus necator apparently did not contribute with the increase of 3HHx efficiency however, other handling variables will be proposed for confirmation.

Neste estudo foi investigada a alcoólise enzimática do óleo de soja com etanol, utilizando t-butanol como solvente e enzimas imobilizadas Lipozyme TL IM, Lipozyme RM IM e Novozym 435 como catalisadores. As reações foram realizadas em um reator batelada fechado acoplado a um condensador e com constante agitação. Foram avaliadas a influência do t-butanol, do tipo de enzima utilizada, da razão molar álcool/óleo e da temperatura no rendimento em biodiesel. A etanólise do óleo de soja por sucessivas adições de álcool foi investigada e as melhores condições foram obtidas em presença de t-butanol, razão molar etanol/óleo igual a 3, temperatura de 50C e 5% (m/m) de Novozym 435. Nas reações conduzidas em presença de t-butanol não foram observadas diferenças significativas entre a adição direta e a escalonada do álcool. Os efeitos da adição de álcool só foram observados na ausência de t-butanol. O rendimento máximo em ésteres etílicos atingido foi cerca de 66% após 4h de reação com Novozym 435 na presença de solvente. / In this research, the enzymatic alcoholysis of soybean oil was investigated by using commercial immobilized lipases: Lipozyme TL IM, Lipozyme RM IM and Novozym 435 as catalysts. The reactions were carried out in a closed batch reactor with constant stirring and coupled with condenser. The influence of t-butanol, type of enzyme, molar ratio (alcohol/soybean oil) and temperature on biodiesel yield were evaluated. The ethanolysis of soybean oil by stepwise additions of ethanol was also investigated. The best conditions were obtained in t-butanol presence with ethanol/oil molar ratio of 3, temperature of 50oC and 5 wt.% Novozym 435. For the reactions carried out with t-butanol, the effects of stepwise alcohol addition were not observed, but it was realized in t-butanol absence. The maximum biodiesel yield achieved was 66% after 4h of reaction with Novozym 435 in t-butanol system.

Orientador: Hugo Barbosa Suffredini / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia/Química, 2013

O presente projeto teve como objetivo selecionar lipases comerciais para a interesterificação enzimática da gordura do leite com óleo de soja visando à obtenção de produto enriquecido com ácidos graxos essenciais. Foram testadas lipases de diferentes fontes microbianas (Aspergillus niger, Mucor javanicus, Rhizopus oryzae, Candida rugosa, Penicillium roqueforti e Rhizomucor miehei) imobilizadas em matriz híbrida polissiloxano-álcool polivinílico (POS-PVA) previamente caracterizada quanto às suas propriedades físicoquímicas e morfológicas. Tanto as enzimas livres como imobilizadas, foram inicialmente caracterizadas com relação às suas atividades hidrolítica e de esterificação. Em função da alta complexidade das matérias-primas \"gordura do leite e óleo de soja\", optou-se pela triagem inicial da enzima em um sistema reacional modelo de interesterificação. Como reagentes de partida, foram escolhidos tripalmitina e trioleína, uma vez que os ácidos graxos palmítico e oléico estão presentes em grande quantidade nos triglicerídeos que compõem as matériasprimas de interesse. Assim, as lipases imobilizadas no suporte POS-PVA foram empregadas na catálise de reações de interesterificação no sistema modelo empregando-se hexano como solvente. O valor mais elevado de rendimento de interesterificação (31%) foi obtido com o emprego da lipase de Rhizopus oryzae (L036P), sendo esta enzima selecionada para continuidade do trabalho. Testes adicionais foram efetuados para verificar a influência da concentração de trioleína e tripalmitina no rendimento da reação. Neste caso, o melhor resultado foi alcançado no substrato equimolar de tripalmitina e trioleína (40mM), para o qual observou-se um rendimento de interesterificação de 45%, em 24 h de reação. O sistema imobilizado selecionado foi caracterizado quanto às suas propriedades físico-químicas e de estabilidade, empregando-se técnicas como difratometria de raios-X e espectroscopia no infravermelho. Foi observada boa estabilidade à estocagem, mantendo-se 100% da atividade hidrolítica inicial após 120 dias de armazenamento. Finalmente, foram realizados testes de interesterificação da gordura do leite com óleo de soja sendo que, de maneira geral, a lipase de Rhizopus oryzae imobilizada em POS-PVA promoveu o aumento na concentração dos triglicerídeos C26-C34 e C46-C50, e diminuição dos triglicerídeos C38, C44 e C54, obtendo-se 12% de rendimento de interesterificação. A análise de textura do meio reacional e do produto interesterificado mostrou que a simples mistura física de óleo de soja com a gordura do leite provocou uma diminuição de mais de 50% na consistência desta gordura. Após a reação de interesterificação, o produto obtido apresentou redução de aproximadamente 24 % na consistência em relação à da mistura física das matérias-primas, devido à incorporação dos ácidos graxos insaturados do óleo de soja nos triglicerídeos presentes na gordura do leite, e à formação de mono e diglicerídeos devida à hidrólise parcial das matérias-primas. Assim, os resultados promissores obtidos com o uso da lipase de Rhizopus oryzae (L036) imobilizada em POS-PVA, tanto na reação modelo de interesterificação de tripalmitina com trioleína quanto nas matérias-primas lipídicas, possibilitaram a seleção deste sistema enzimático visando ao seu emprego no bioprocesso de interesse. / The objective of this work was to select a commercial lipase for enzymatic interesterification of milkfat with soybean to obtain a product enriched with essential fatty acids. Lipases from different microbial sources (Aspergillus niger, Mucor javanicus, Rhizopus oryzae, Candida rugosa, Penicillium roqueforti, Rhizomucor miehei) were immobilized on polysiloxane- polyvinyl alcohol hybrid matrix (POS-PVA) previously characterized in relation to its physico-chemical and morphological properties. All lipase preparations in both free and immobilized forms were initially characterized, regarding their hydrolytic and esterification activities. Owing to the high complexity of the raw materials \"milkfat and soybean oi\", the lipase screening assay was carried out using a model interesterification system consisted of tripalmitin and triolein. These triglycerides were chosen as starting materials since palmitic and oleic fatty acids are present at high amount proportions in the raw materials. Thus, immobilized lipase derivatives on POS-PVA were used to catalyze the interesterification of tripalmitin with triolein in the presence of hexane as solvent. The highest interesterification (31%) was obtained using the lipase from Rhizopus oryzae (L036P) and therefore, this enzyme was selected for continuing the work. Additional tests were performed to verify the influence of the molar ratio between triolein and tripalmitin in the reaction yield. The best result was achieved for the substrate containing equimolar amounts of tripalmitin and triolein (40 mM), attaining 45% of interesterification yield at 24 h reaction. The selected immobilized system was characterized in relation to its physico-chemical and stability properties using techniques as X-ray difractometry and IR spectroscopy. High stability was found for the immobilized lipase that maintained full original activity after 120 days storage at 4?C. Finally, interesterification tests of milkfat with soybean oil were carried out, and the use of Rhizopus oryzae lipase immobilized in POS-PVA increased the concentration of the triglycerides C26- C34 and C46-C50, and decreased the concentration of the triglycerides C38, C44 and C54, which corresponded to 12% of interesterification yield. The texture analysis of both reaction medium and interesterified product showed that simple physical blend of soybean oil with milk fat reduced more than 50% the milkfat consistency. After the interesterification reaction, the obtained product showed even lower consistency (24% reduction) in comparison with the physical raw materials blend, due to the incorporation of unsaturated fatty acids from soybean oil in the triglycerides of milkfat, and to the formation of mono and diglycerides resulting from partial hydrolysis of the raw materials. Thus, the promising results obtained using Rhizopus oryzae lipase (L036P) immobilized on POS-PVA, both in the model interesterification reaction of tripalmitin with triolein and in the lipid raw materials, indicated the suitability of the selected immobilized derivative to be applied in the proposed bioprocess.

O biodiesel é um combustível composto por alquil ésteres de ácidos graxos com vários benefícios ambientais que o tornam um potencial substituto para os combustíveis fósseis derivados do petróleo, podendo ser usado tanto puro quanto em misturas. A rota mais tradicional utiliza a catálise homogênea no processo de transesterificação de triglicerídeos de óleos refinados para conversão à metil/etil ésteres. Esta metodologia tem demonstrado altas conversões. No entanto catalisadores heterogêneos, como as hidrotalcitas, apresentam várias vantagens, especialmente na etapa de separação dos produtos. Neste contexto, foram testados novos catalisadores no processo de transesterificação, com etanol e metanol, para avaliar o desempenho das hidrotalcitas sintetizadas, concentração do catalisador, temperatura e razão molar álcool/óleo. Também foram realizadas análises de volumetria de N2, para a determinação da área específica e volume de poros, e difratometria de raios X. As propriedades ácidas e/ou básicas dos suportes e dos catalisadores foram avaliadas através da reação de decomposição do isopropanol. As reações com metanol apresentaram conversões de até 100% a 65°C e razão molar álcool/óleo de 30 e 10% em massa de catalisador. Já a transesterificação utilizando-se etanol apresentou rendimentos de até 94%, com razão molar de 30:1(álcool/óleo) e 10% em massa de catalisador a 78°C. / Biodiesel is a fuel comprised of alkyl esters of long chain fatty acids with several environmental advantages which turn it a great potential substitute to petroleum-based diesel either pure or in fuel blends. The most traditional route uses homogeneous basic catalysis in transesterification reaction of triglycerides of refined vegetable oils to produce methyl/ethyl esters. This process has demonstrated higher conversions, but heterogeneous catalysts, such as hydrotalcites, have several advantages, especially in the separation step. In this context, this work aims to study the behavior of new catalysts for transesterification process, with methanol and ethanol, using an experimental design to evaluate the performance of synthesized hydrotalcites, catalyst concentration, temperature and alcohol/oil molar ratio. It was also carried out analysis of N2 volumetry, to determine specific area and pore volume, and X-ray difratometry. The acid/basic properties of the support and catalysts were evaluated through isopropanol decomposition reaction. The reaction carried out with methanol showed high conversions (up to 100%), using 65°C, molar ratio alcohol/oil 30 and 10% of catalysts. The transesterification with ethanol showed conversions up to 94% using 78ºC, molar ratio 30:1 (alcohol/oil) and 10% of catalysts.

Este trabalho visa desenvolver um modelo físico e matemático geral para os processos de extração sólido-líquido em fluxos contracorrente cruzados (CCC) que são utilizados na indústria de alimentos. Levam-se em consideração os processos principais (o transporte de massa entre as fases, difusão e convecção) envolvidos por todo o campo de extração, com uma abordagem bidimensional evolutiva, incluindo as zonas de carregamento, drenagem e as bandejas acumuladoras. O modelo matemático é formado por equações diferenciais parciais que determinam a alteração das concentrações nas fases poro e “bulk” em todo o campo de extração e equações diferenciais ordinárias (que refletem as evoluções das concentrações médias nas bandejas). As condições de contorno estabelecem as ligações entre os fluxos CCC da micela e matéria-prima e consideram, também, a influência das zonas de drenagem e carregamento. O algoritmo de resolução utiliza o método de linhas que transforma as equações diferenciais parciais em equações diferenciais ordinárias, que são resolvidas pelo método de Runge-Kutta. Na etapa de validação do modelo foram estabelecidos os parâmetros da malha e o passo de integração, a verificação do código com a lei de conservação da espécie e um único estado estacionário. Também foram realizadas a comparação com os dados experimentais coletados no extrator real e com o método de estágios ideais, a análise da influência de propriedades da matéria-prima nas características principais do modelo, e estabelecidos os dados iniciais do regime básico (regime de operação) Foram realizadas pesquisas numéricas para determinar: os regimes estacionário e transiente, a variação da constante de equilíbrio entre as fases, a variação do número de seções, a alteração da vazão de matéria-prima nas características de um extrator industrial e, também foram realizadas as simulações comparativas para diferentes tipos de matéria-prima (flocos laminados e flocos expandidos) usados amplamente na indústria. Além dessas pesquisas, o modelo também permite simular diferentes tipos de solventes. O estudo da capacidade de produção do extrator revelou que é necessário ter cuidado com o aumento da vazão da matéria-prima, pois um pequeno aumento desta pode causar grandes perdas de óleo tornando alto o custo da produção. Mesmo que ainda seja necessário abastecer o modelo com mais dados experimentais, principalmente da matéria-prima, os resultados obtidos estão em concordância com os fenômenos físico-químicos envolvidos no processo, com a lei de conservação de espécies químicas e com os resultados experimentais.