Ésteres produzidos por via biotecnológica são considerados e classificados como naturais e sua demanda tem aumentado. Várias leveduras podem produzir ésteres e seu método de seleção é altamente importante para inúmeros tipos de indústrias. Trinta e quatro cepas de leveduras, isoladas de vinhos tintos em barris de carvalho elaborados na Serra Gaúcha e de queijos artesanais do Sul do Brasil, foram utilizadas neste trabalho. Cada cepa foi inoculada na superfície de meio sólido inclinado rico em glicose e nitrogênio, diretamente no frasco utilizado para a microextração em fase sólida (SPME) seguida pela injeção num cromatógrafo gasoso com detecção por espectrometria de massas (GC/MS) e quantificação utilizando detector de ionização de chama (GC-FID). O método foi desenvolvido e validado, sendo que a fibra DVB/PDMS/CAR, temperatura de extração de 80˚C e 20 minutos de aquecimento da amostra antes da extração foram as condições ótimas estabelecidas. A metodologia de superfície e resposta foi usada para a otimização da produção de acetato de etila pela levedura Zygosaccharomyces bailii BCV 08, e um planejamento fatorial 22 foi aplicado para determinar as melhores condições de temperatura de cultivo (X1, 20 até 36 ˚C) e agitação (X2, 0 a 200 rev/min). Os melhores resultados foram obtidos com a temperatura de 28 ˚C e 0 rev/min, onde houve um aumento de 60% na produção de acetato de etila. Foram avaliados os efeitos das fontes de carbono (glicose e frutose) e do mosto de uva sobre a produção de acetato de etila. A máxima concentração de acetato de etila produzida foi de 71,11 mg/L, utilizando o mosto de uva como meio. Experimentos utilizando biorreatores de 4L levaram à produção máxima de 133,74 mg/L de acetato de etila, 14,57 mg/L de hexanoato de etila, 4.093,74 mg/L de octanoato de etila e 3.775,28 mg/L de decanoato de etila. / Esters produced by biotechnological means are legally labeled as natural and there is an increasing demand for these products. Several yeasts can accumulate esters, and their selection is highly interesting for many industries. Thirty-four yeast strains isolated from red wine oak barrels of Serra Gaúcha winemaking region and from homemade cheeses of Southern Brazil were used in this research. The yeasts were inoculated in agar slants of a solid medium rich in glucose and nitrogen, directly inside the extraction transparent glass vials, using a headspace solid phase microextraction (SPME) method followed by injection of gas chromatography with mass spectrometric detection (GC/MS), and quantification by flame ionization detector (GC/FID). The analytical method was developed and validated, and the DVB/PDMS/CAR fiber, extraction temperature of 80˚C, and 20 minutes of sample heating time volatilization prior to the extraction step were the best conditions. A response surface methodology was used to optimize the production of ethyl acetate by Zygosaccharomyces bailii BCV 08, which was selected, and a 22 full factorial central composite design was applied to determine the best conditions for the cultivation temperature (X1, 20 to 36 ˚C) and stirring speed (X2, 0 to 200 rev/min). The best results were found with temperature of 28 ˚C and medium agitation of 0 rev/min, with a 60% increase in ethyl acetate production. We evaluated the effect of the carbon sources (glucose and fructose) and grape must on ethyl acetate formation; the maximal yield was reached with grape must and the highest concentration of ethyl acetate produced was 71.11 mg/L. Employing experiments on bioreactors of 4L, it was possible to improve the esters production by this yeast; a maximal production of 133.74 mg/L of ethyl acetate, 14.57 mg/L of ethyl hexanoate, 4093.74 mg/L of ethyl octanoate, and 3775.28 mg/L of ethyl decanoate was reached.

Orientador: Helena Coutinho Franco de Oliveira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-22T05:23:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Raposo_HelenaFonseca_D.pdf: 7490061 bytes, checksum: b7d93ea4b63d773168cdfcbe34c70392 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A proteína de transferência de colesteril éster (CETP) transfere colesterol esterificado (CE) das HDL para as lipoproteínas que contêm apo B, em troca de triglicérides. Assim, a CETP promove a redução dos níveis de HDL-colesterol no plasma, aumentando o risco de aterosclerose. Recentemente, nosso grupo verificou que camundongos transgênicos que expressam a CETP (CETP-Tg) apresentam menor adiposidade que os controles não transgênicos (NTg). Neste trabalho investigamos possíveis mecanismos que expliquem a redução da adiposidade. Camundongos CETP-Tg e controles NTg (C57/BL6 background) foram tratados com dieta padrão desde o desmame até os 5 meses de idade. Camundongos CETP-Tg apresentaram redução nos depósitos de tecido adiposo (~30%). Essa redução da adiposidade não foi compensada por deposição ectópica de lipídeos no fígado ou músculo, nem foi consequência de alteração do balanço de gordura (ingestão vs. excreção). Lipogênese in vivo e em adipócitos isolados (estimada por 3H2O e 14C-acetato) foram similares entre os grupos. A retenção de lipídeos exógenos e a captação de glicose pelo fígado, músculo e tecidos adiposos (estimada após dose oral de 3H-trioleina e injeção IP de 3H-2- deoxiglicose, respectivamente) não evidenciaram nenhuma diferença entre os genótipos. No estado alimentado, a expressão da CETP aumentou (~50%) a lipólise basal in vivo e estimulada por isoproterenol em adipócitos isolados. Coerentemente, os níveis de RNAm para HSL (hormone sensitive lipase) e ATGL (adipose triglyceride lipase) estavam aumentados, assim como FATP1 (fatty acid transport protein 1). No tecido adiposo marrom, verificou-se elevação nos níveis de ATGL, FATP1 e UCP1 (uncoupling protein 1). Além disso, o conteúdo protéico do receptor beta 3 adrenérgico também estava aumentado nos extratos de membrana celular de tecido adiposo visceral e marrom dos animais CETP-Tg. A expressão da CETP também elevou em cerca de 10% a taxa metabólica corporal (VO2 e gasto energético). Conclui-se que a CETP altera a expressão e/ou função de proteínas relacionadas à lipólise e termogênese, aumentando o gasto energético global e reduzindo a massa de gordura corporal. Em conjunto, esses resultados sugerem uma nova função antiadipogênica para a CETP / Abstract: Cholesteryl ester transfer protein (CETP) is a plasma protein that mediates the exchange of triglycerides for esterified cholesterol from HDL to the apoB containing lipoproteins. In this way, CETP promotes reduction of plasma HDLcholesterol and, thus, increases the risk of atherosclerosis. Recently, we found that CETP expressing mice (CETP-Tg) presented less adipose tissue mass than nonexpressing controls. In this work we investigated possible mechanisms to explain these findings. CETP-Tg and non-transgenic (NTg) control mice (C57/BL6 background) were fed with chow diet from weaning to 5 month of age. CETP-Tg mice had reduced visceral and subcutaneous fat depots (~30%) that was not compensated by lipid ectopic deposition and could not be explained by differences in fat intake and excretion. Lipogenesis rates in vivo and in isolated adipocytes (estimated using 3H2O and 14C-acetate) were similar in both CETP-Tg and control mice. Lipid retention and glucose uptake by liver, muscle and adipose tissues (estimated after an oral dose of 3H-triolein and IP injection of 3H-deoxiglucose) showed no significant differences between groups. In the fed state, CETP group showed higher (~50%) basal lipolysis rates in vivo and in isoproterenol stimulated lipolysis rates in isolated adipocytes. In accordance, visceral adipose hormone sensitive lipase (HSL) and adipose triglyceride lipase (ATGL) mRNA expression were elevated, as well as fatty acid transport protein (FATP1). In brown adipose tissue, ATGL, FATP1 and uncoupling protein 1 (UCP1) were increased. Furthermore, beta 3 adrenergic receptor proteins mass were upregulated in visceral and brown adipose tissues membrane extracts. In addition, whole body energy expenditure (measured by respirometry) was found to be elevated in CETP-Tg mice (10%). In conclusion, CETP change expression and function of proteins related to lipolysis and thermogeneis, thus, increasing whole body energy expenditure and resulting in less body fat content. These findings disclose a novel anti-adipogenic role for CETP / Doutorado / Fisiologia / Doutora em Biologia Funcional e Molecular

Orientador: Ming Chih Chiu / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-22T11:15:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_CamiliaAoyagui_M.pdf: 3664368 bytes, checksum: 08f28439bf0d2c55027a15763d6a5b3e (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O óleo de palma possui lenta cristalização devido à alta energia livre de ativação de nucleação, atribuída às interações intermoleculares entre a estearina e a oleína e à presença dos diacilgliceróis. Aditivos podem ser adicionados ao óleo de palma na tentativa de modificar o seu comportamento de cristalização, adequando o seu uso aos processos industriais. Dentre esses aditivos se destacam os emulsificantes, que diferentemente da sua função usual, podem ser utilizados para alterar a estrutura cristalina e contribuir inclusive para a estabilidade de formas polimórficas desejadas nos óleos e gorduras onde são aplicados. Os ésteres de ácidos graxos de sorbitana têm demonstrado influência na morfologia dos cristais e na textura de misturas de óleos à base de palma. No entanto, estudos indicaram que os monoésteres de ácidos graxos de sorbitana disponíveis comercialmente possuíam diferentes composições em mono-, di- e triésteres de ácidos graxos de sorbitana. Esta variabilidade pode dificultar a comparação de resultados obtidos de cristalização de óleos e gorduras após adição destes emulsificantes entre os diversos estudos já realizados. O objetivo deste trabalho foi determinar a composição de vários ésteres de ácidos graxos comerciais, de diferentes fornecedores, e verificar se o comportamento de cristalização do óleo de palma refinado (RPO) adicionado dos emulsificantes foi influenciado pelas possíveis diferenças na composição deles. A análise de composição, realizada através da técnica de espectrometria de massas, EASI-MS, revelou diferenças na composição dos monolauratos de sorbitana (SMLa) dos fornecedores B, C e D e dos monoestearatos de sorbitana (SMS) dos fornecedores C, D e E. Entre os SMLa, o SMLa D foi o que apresentou o maior teor de trilaurato de sorbitana e de triésteres de modo geral, e dentre os SMS, o SMS E foi o que apresentou o maior teor de monoestearato de sorbitana, maior teor de monoésteres e menor teor de diésteres. Nas isotermas de cristalização realizadas a 25°C através da ressonância magnética nuclear (RMN), o SMLa D foi o que mais retardou o período de nucleação (em 128,6%) de RPO e o que possibilitou o menor teor máximo de gordura sólida (SFCMáx). Além disso, após análise dos eventos de cristalização por calorimetria diferencial de varredura (DSC), o SMLa D foi o único, dentre os SMLa, a retardar significativamente (p < 0,05) a nucleação e a cristalização dos TAGs de maior ponto de fusão de RPO. Em relação aos SMS, após análise das imagens da microestrutura dos cristais, notou-se que apenas a amostra com SMS E produziu cristais de morfologia e dimensões diferentes. Além disso, os resultados da análise de consistência mostraram que somente o SMS E aumentou significativamente (p < 0,05) a dureza do RPO nas temperaturas de 15°C, 20°C e 25°C. As diferenças encontradas na composição dos monolauratos e monoestearatos de sorbitana puderam ser associadas aos efeitos distintos no comportamento de cristalização do óleo de palma refinado / Abstract: Palm oil has a slow crystallization possibly due to the high free energy of activation of nucleation and additives can be added in an attempt to change its crystallization behavior adapting its use to industrial processes of margarine, shortenings, toppings and baking. Among these additives there are emulsifiers, which unlike its usual application can be used to alter the crystal structure and also contribute to the stability of desired polymorphic forms in the oil and fat where they are applied. The sorbitan fatty acid esters have been shown to influence the morphology, the distribution of crystals and the texture of blends of palm. However studies indicated that sorbitan monoesters commercially available had different compositions in mono-, di-and triesters of sorbitan fatty acids such variability may make it difficult to compare results obtained from crystallization of fats and oils after addition of emulsifiers among the many studies already conducted. The objective of this study was to determine the composition of several commercial sorbitan fatty acid esters from different suppliers and verify if the crystallization behaviour of refined palm oil (RPO) after addition of the emulsifiers was influenced by possible differences in their composition. The composition analysis using the technique of mass spectrometry, EASI-MS, revealed differences in the composition of sorbitan monolaurates (SMLa) from suppliers B, C and D and sorbitan monostearates (SMS) from suppliers C, D and E. Among SMLa, the SMLa D indicated the highest content of trilaurate and sorbitan triesters. Among SMS, SMS E presented the highest level of sorbitan monostearate, and higher content of monoesters and lower content of diesters. In the isothermal crystallization performed at 25°C by nuclear magnetic resonance (NMR), the SMLa D was the emulsifier the most retarded the nucleation period (at 128.6%) of the RPO and it resulted of the lowest maximum solid fat content (SFCMáx). Furthermore, after crystallization event analysis by differential scanning calorimetry (DSC), the SMLa D was the only one delayed significantly (p <0.05) the nucleation and crystallization of TAGs of higher melting point of the RPO. In relation to SMS, after examining the images of the microstructure of the crystals, it was noted that only the sample with SMS E produced crystals of different dimensions and morphology. Furthermore, the results of consistency analysis showed that only SMS E increased significantly (p <0.05) the hardness of the RPO at 15°C, 20°C and 25°C. The differences found in the composition of sorbitan monolaurates and monostearates could be associated with distinct effects on the crystallization behavior of refined palm oil / Mestrado / Tecnologia de Alimentos / Mestra em Ciência de Alimentos

Durante los últimos años en el sector del PVC plastificado existe cierta controversia con la utilización de plastificantes tradicionales basados en ftalatos, y usados de manera generalizada en la industria. Pese a que no ha sido del todo demostrado, este tipo de plastificantes presentan un riesgo tóxico potencial en el caso de que puedan migrar hacia el medio con el que están en contacto. Ello ha provocado que se haya limitado la utilización de este tipo de plastificantes en sectores como el envasado para la alimentación o el sector del juguete, en el que el producto está en contacto directo con alimentos o con niños. Sin embargo, en estos sectores, la utilización de PVC plastificado resulta en la práctica imprescindible debido al balance de propiedades que presenta el material y a la especificidad de sus procesos de fabricación. Por este motivo se están llevando a cabo investigaciones con plastificantes alternativos libres de ftalatos. Una de las líneas de investigación abiertas es la utilización de plastificantes de origen natural y de baja toxicidad. En esta tesis doctoral se han elegido tres plastificantes para PVC de origen natural y baja toxicidad: dos epoxiésteres de ácidos grasos y aceite de linaza epoxidado. El objetivo global de esta tesis doctoral es determinar si los plastificantes de origen natural son una alternativa real a los plastificantes tradicionales basados en ftalatos. Por ello, se han llevado a cabo una serie de análisis y ensayos para determinar la viabilidad de la utilización de este tipo de plastificante en la industria. En primer lugar, se ha llevado a cabo una optimización de los parámetros de curado con el fin de determinar si dichas condiciones son compatibles con los procesos de fabricación actuales utilizados en la industria. Se ha escogido una cantidad de los distintos plastificantes de origen natural de 70 phr, siendo ésta una formulación utilizada habitualmente en la industria. / Fenollar Gimeno, OÁ. (2011). Utilización de plastificantes naturales para la obtención de PVC flexible de bajo impacto medioambiental [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/11097 / Palancia

En este trabajo de tesis se estudió la síntesis de ésteres metílicos y de monoglicéridos de ácidos grasos, teniendo en cuenta la importancia de investigar nuevas tecnologías para la valorización de aceites vegetales y haciendo foco en catalizadores y procesos más amigables con el medio ambiente. Previamente fue estudiada la síntesis de ésteres metílicos de ácidos grasos catalizada por carboxilatos de zinc. En ese contexto, la presente tesis reporta la investigación del efecto de las variables de operación, carga de catalizador y relación molar inicial de reactivos, en la conversión de triglicéridos y rendimiento a ésteres metílicos en la transesterificación de aceite de soja con metanol a 100 °C catalizada por estearato de zinc. Se estudió el comportamiento del catalizador en el medio de reacción y se encontró que el mismo forma parte de una macroemulsión, lo que dificulta el contacto entre los reactivos. Se desarrollaron dos modelos matemáticos del reactor, uno donde se considera que el catalizador está disuelto y perfectamente mezclado en el medio reactivo, y otro donde se tiene en cuenta sus propiedades químicas como surfactante. Los parámetros ajustados se utilizaron para simular la metanólisis de aceite de soja y generar estrategias operativas que maximicen la producción de ésteres metílicos de ácidos grasos. Posteriormente se investigó la síntesis de biodiesel de segunda generación, empleando el mismo catalizador. Se utilizó como materia prima aceite de orujo crudo. Debido a las propiedades ácidas del aceite, el biodiesel se obtuvo a partir de las reacciones simultáneas de esterificación de ácidos grasos libres y transesterificación de triglicéridos con metanol. El aceite fue caracterizado y se estudió las condiciones óptimas para la remoción del color. Se encontró que el estearato de zinc es activo y selectivo con este tipo de materia prima, a la vez que se investigaron las condiciones operativas para obtener los valores óptimos de conversiones de triglicéridos y ácidos grasos libres y rendimiento a ésteres metílicos. También en este caso se efectuó el modelado del reactor, teniendo en cuenta las dos reacciones que ocurren simultáneamente. La síntesis de monoglicéridos de ácidos grasos fue investigada a partir de la transesterificación de ésteres metílicos de ácidos grasos y de triglicéridos con glicerol, utilizando glicerolato de zinc como catalizador. Se estudiaron las condiciones óptimas de operación y la estabilidad del catalizador durante la reacción. El catalizador investigado presentó una baja performance en la glicerólisis de metil oleato, pero exhibió alta actividad, selectividad y estabilidad cuando el sustrato fue aceite de soja. / In this doctoral thesis, the synthesis of methyl esters and monoglycerides of fatty acids was studied, taking into account the importance of investigating new technologies for the valorization of vegetable oils and focusing on catalysts and processes more friendly to the environment. The synthesis of fatty acids methyl esters catalyzed by zinc carboxylates was previously studied. In this context, this thesis reports the investigation of the effect of the operation variables, catalyst loading and initial molar ratio of reagents, in the triglycerides conversion and methyl esters yield in the transesterification of soybean oil with methanol at 100 °C catalyzed by zinc stearate. The behavior of the catalyst in the reaction medium was studied and it was found that it forms part of a macroemulsion, which makes contact between the reagents difficult. Two mathematical models of the reactor were developed, one where it is considered that the catalyst is dissolved and perfectly mixed in the reactive medium, and another where its chemical properties as a surfactant are taken into account. The adjusted parameters were used to simulate the methanolysis of soybean oil and generate operational strategies that maximize the production of fatty acids methyl esters. Subsequently, the synthesis of a second-generation biodiesel, using the same catalyst, was investigated. Crude pomace oil was used as raw material. Due to the acidic properties of the oil, the biodiesel was obtained from the simultaneous reactions of the free fatty acids esterification and the triglycerides transesterification with methanol. The oil was characterized and the optimal conditions for color removal were studied. It was found that zinc stearate is active and selective with this type of raw material, while the operating conditions were investigated to obtain the optimal triglycerides and free fatty acids conversion and methyl esters yield. Also, the modeling of the reactor was performed, taking into account the two simultaneous reactions. The synthesis of monoglycerides of fatty acids was investigated from the transesterification of methyl esters of fatty acids and triglycerides with glycerol, using zinc glycerolate as a catalyst. The optimal operating conditions and the stability of the catalyst during the reaction were studied. The investigated catalyst showed a poor performance in the glycerolysis of methyl oleate, but exhibited high activity, selectivity and stability when the substrate was soybean oil.

Emulsões são sistemas dispersos constituídos de pelo menos duas fases líquidas imiscíveis e um agente emulsificante para estabilização das mesmas. a fase dispersa destesw sistemas é conhecida como fase interna e o meio dispersante como fase externa, porém, são sistemas termodinamicamente instáveis. A presença de cirstais líquidos aumenta a estabilidade destas dispersões e além de alterar a viscosidade. São capazes de promover o encapsulamento de ativos, permitindo liberação sustentada, bem como a proteção dos fármacos foto- e termosensíveis. O óleo de girassol é uma interessante fase oleosa em uma emulsão, pois possui proprie3dades cicatrizantes devido à alta concentração de ácido linoléico e propriedades antioxidantes devido à presença de polifenóis e vitamina E Possuemaplicações em diferentes áreas como: cosméticos, alimentos, veículos de medicamentos e outros. Assim, os objetivos deste estudo foram desenvolver emulsões estáveis contendo cristais líquidos a partir da mistura de óleo de girassol (Helianthus annus L.) e mineral (vaselina líquida), caracterizá-las e avaliar a influência de diferentes ésteres graxos na formação dos cristais líquidos. As formulações foram desenvolvidas utilizando o método de diagrama e pseudo-diagrama ternário, a partir dos quais foram selecionadas duas formulações que demonstraram se estáveis e apresentaram cristais líquidos durante todo o teste de estabilidade acelerada. As mesmas foram aditivadas com extrato glicólico de polifenois e ésteres graxos e permaneceram estáveis com cristal líquido. A caracterização reológica observou-se fluxo pseudo-plástico e tixotrópico, ideal para produtos farmacêuticos e cosméticos. O óleo de girassol apresentou atividade antioxidante mesmo quando aquecidos para o processo de emulsificação pelo método do radical DPPH·. As cadeias carbônicas dos ésteres graxos utilizados em produtos cosméticos podem influenciar na formação e manutenção dos cristais líquidos. Por meio dos testes in vivo observou-se que as formulações desenvolvidas promoveram aumento prolongado da hidratação da pele e não foram observados sinais de irritação cutânea. / Emulsions are dispersed systems consisting of at least two immiscible liquid phases and an emulsifying agent to stabilize them. The dispersed phase of these systems is known as the internal phase and the dispersing environ is the external phase, which are, however, thermodynamically unstable systems. The presence of liquid crystals increases the stability of these dispersions and also change the viscosity. They are able to promote the encapsulation of active, allowing sustained release as well as the protection of photo-and thermo-sensitive drugs. Sunflower oil is an interesting phase in an oily emulsion, because it has healing properties due to the high concentration of linoleic acid, and antioxidant properties due to the presence of polyphenols and vitamin E. They have applications in different areas such as cosmetics, food, medicines and other vehicles. The objectives of this study were to develop stable emulsions containing liquid crystals from a mixture of sunflower oil (Helianthus annus L.) and mineral (mineral oil), characterize them and evaluate the influence of different fatty esters in the formation of liquid crystals. The formulations were developed using the method of diagram and ternary pseudo-diagram, from which we selected two formulations that have been demonstrated stable and presented as liquid crystals throughout the accelerated stability test. They were doped with polyphenols glycolic extracts and acid esters, and have been kept stable with liquid crystal. At the rheological characterization was observed pseudo-plastic flow and thixotropic, ideal for pharmaceuticals and cosmetics. Sunflower oil showed antioxidant activity even when heated to the emulsification process by the radical DPPHo method. The carbon chains of fatty esters used in cosmetics can influence the formation and maintenance of liquid crystals. In vivo tests showed that the formulations developed promoted prolonged increase in skin hydration and were not seen signs of skin irritation.

A matéria-prima na produção de biodiesel corresponde a mais que 70% do seu custo e o estudo de viabilidade tecnológica e econômica das diferentes matérias-primas se reveste de enorme importância. A extração do óleo de soja com solvente etanol resulta em duas miscelas, uma rica em óleo (miscela rica) e outra rica em etanol (miscela pobre). A miscela pobre pode ser reutilizada no processo de extração e a miscela rica pode ser utilizada diretamente sem a necessidade de dessolventização e de etapas de refino. A miscela rica em óleo foi esterificada por dois processos diferentes: químico e enzimático, com diferentes concentrações em razão molar (óleo:etanol), diferentes temperaturas e catalisadores básico (NaOH) ou enzimático (Novozym®435), buscando o maior rendimento em ésteres etilícos. O objetivo desse estudo foi avaliar o rendimento de ésteres etílicos aplicando enzimas imobilizadas Novozym®435 e um catalisador básico (NaOH) e analisar a viabilidade energética da produção de biodiesel a partir da transesterificação da miscela rica (óleo:etanol) em óleo de soja, sem necessidade de refino do óleo. Foi adotado o planejamento experimental e análise de superfícies de resposta para a seleção das melhores condições de processo, tendo como variáveis respostas o rendimento e a qualidade do biodiesel. Foram realizados ensaios de esterificação via enzimática e química. A reutilização da enzima foi estudada através da lavagem com diferentes solventes (etanol 96%, isopropanol e terc-butanol) e reações de transesterificação na presença do co-solvente terc-butanol. A produção de ésteres em miscelas permitiu a comparação dos custos entre o processo de catálise enzimática e catálise química com base na análise dos fluxos de materiais e energia. A miscela rica foi obtida após três banhos com miscela pobre e um último banho com etanol 99% (v/v), apresentando eficiência de 83% e um teor de óleo residual no farelo de 4,2%. Em sua composição, a miscela rica apresentou 90% em óleo de soja e até 7% de etanol. A transesterificação de miscela rica com catalisador NaOH foi otimizada e apresentou rendimento de ésteres etílicos (RE) 97,2% nas condições experimentais de: razão molar 1:12, concentração de catalisador 0,67% e temperatura de 30ºC. Na transesterificação enzimática, o rendimento máximo foi de 85% nas condições reacionais de razão molar 1:4,5, concentração de catalisador 9,5% e temperatura de 40ºC. A Novozym®435 não foi recuperada com sucessivas lavagens dos solventes. Entretanto, o terc-butanol como co-solvente aumentou o rendimento de ésteres para 94%. A análise dos fluxos de energia demonstrou que o a obtenção da matéria-prima (laminação e extração) foi a etapa que mais demandou energia. A produção de miscela rica em escala semi-piloto demandou mais energia que a de óleo refinado, porém, a etapa de transesterificação a partir de miscela rica, utilizando o catalisador químico, demandou menos energia comparada ao processo com catalisador enzimático e o convencional com metanol e etanol. A esterificação de miscela rica é energeticamente viável, entretanto, com um scale up adequado, a etapa de extração com etanol deve ser ajustada para viabilizar energeticamente a cadeia de produção de biodiesel por esta via alternativa. / The feedstock for biodiesel production represents more than 70% of the cost and technological and economic feasibility studies of different oil sources are of enormous importance. The extraction of soybean oil with ethanol solvent results in two miscella, one rich in oil (rich miscellae) and another rich in ethanol (poor miscellae). The poor miscellae can be reused in the extraction process and the rich miscellae can be used directly without dessolventizing and refining stages. The oil rich miscellae was esterified by two different processes: chemical and enzymatic, with different concentrations in the molar ratio (oil: ethanol), different temperatures and either basic catalyst (NaOH) or an enzyme (Novozym®435), searching for the highest production of ethyl esters. The study goal was to prove the feasibility of producing biodiesel from the transesterification of rich miscellae (oilethanol) in soybean oil, without oil refining and evaluating the performance of ethyl esters by applying immobilized enzymes Novozym®435 and a basic catalyst (NaOH). We adopted the experimental design and the surface response methodology for the best selection of process conditions, with the response variables the yield and the quality of biodiesel. Chemical and enzymatic esterification trials were conducted. The reuse of enzyme was studied by washing with different solvents (96% ethanol, isopropanol and tert-butanol) and the transesterification reaction in the presence of the co-solvent tert-butanol. The production of esters by enzymes in the miscellae allowed a comparison of the costs between the enzymatic and chemical catalysis process based on the energy flow analysis. The rich miscellae was obtained after three baths employing the poor miscellae and a last fourth bath with ethanol 99% (v/v), presenting efficiency of 83% and a residual meal oil content of 4.2%. In its composition, the rich miscellae showed 90% of soybean oil and up to 7% ethanol. The transesterification of the rich miscellae with NaOH catalyst was optimized and had a ethyl esters yield (RE) of 97.2% under the experimental conditions of: 1:12 molar ratio, catalyst concentration 0.67% and temperature 30° C. For the enzymatic transesterification, the maximum yield was 85% for the reaction conditions: molar ratio 1:4.5, catalyst concentration 9.5% and temperature 40° C. Novozym®435 was not recovered with successive washes of the solvents. However, the tertbutanol as a co-solvent increased the yield of esters to 94%. The energy flow analysis showed that obtaining the raw material (flaking and extraction) was the most energy demanding. The rich miscellae from the semi-pilot plant demanded more energy than the refined oil, however, the transesterification of the rich miscellae using chemical catalyst, required less energy compared to the enzymatic catalysis and the conventional process methanol and ethanol. The esterification of rich miscellae is feasible energetically, however, the extraction step with ethanol should be adjusted to enable energetically the chain of biodiesel production.

Esta dissertação apresenta um estudo sobre a contração de anel de ésteres ß,y-insaturados promovida por trinitrato de tálio (TTN) e de 1,2-di-hidronaftalenos promovida por hidroxi(tosiloxi)iodobenzeno (HTIB), também conhecido como reagente de Koser. Ambos estudos visaram à síntese de indanos funcionalizados. A reação de uma série de ésteres ß,y-insaturados (por exemplo 2-(3,4-di-hidronaftalen-1-il)-proprionato de etila) com TTN em ácido acético forneceu os correspondentes produtos de contração, formando indanos em bons rendimentos. A presença de grupos doadores de elétrons na posição 6 no anel aromático resultou no aumento do rendimento do produto de contração, enquanto que grupos atraentes de elétrons na posição 7 do anel aromático acarretou o decréscimo do rendimento do indano quando comparado a substratos que não são substituídos nesta posição. O aumento da cadeia alquílica na posição alfa-carbonila não interferiu no rendimento do produto desejado. O éster substituído por uma metila na posição 4 do anel ciclo-hexênico levou preferencialmente ao indano trans-1,3-dissubstituído. A reação do 1,2-di-hidronaftaleno com HTIB em metanol levou ao produto de contração de anel 1-dimetoximetil-indano com rendimento moderado, além dos produtos de adição cis e trans-1,2-dimetoxi-1,2,3,4-tetra-hidronaftaleno. No entanto, a reação desse substrato com HTIB em acetonitrila, diclorometano ou trimetil-ortoformiato forneceu o produto de aromatização (naftaleno). Contudo, os produtos de contração, 1-indano-1-il-etanona e 1-(3-metil-indan-1-il)-etanona foram formados em bons rendimentos quando o 4-metil-1,2-di-hidronaftaleno e o 1,4-dimetil-1,2-di-hidronaftaleno, respectivamente, foram tratados com HTIB em acetonitrila. No caso do 1,4-dimetil-1,2-di-hidronaftaleno há uma predominância na formação do isômero trans. Finalmente, para a reação de 4-metil-1,2-di-hidronaftaleno com HTIB em metanol foram formados os produtos de adição (cis e trans-1,2-dimetoxi-1,2,3,4-tetrahidro-1-metil-naftaleno) em ótimos rendimentos. / This dissertation presents a study about the ring contraction of ß,y-unsaturated esters promoted by thallium trinitrate (TTN) and 1,2-dihydronaphthalenes promoted by hydroxy(tosyloxy)iodobenzene (HTIB). Both studies aimed the synthesis of functionalizated indans. The reaction of a series of ß,y-unsaturad esters with TTN in acetic acid led to the corresponding ring contraction products, giving indans in good yields. The presence of electron donating groups in the 6-position of the aromatic ring increases the yield of the ring contraction product. On the other hand, electron withdrawing groups in the 7-position of the aromatic ring leds to a decrease of the yield of the desired product, when compared to substrates which are not substituted in this position. The increasement of the alkane chain at the alpha-carbonyl position did not interfere in the yield of the ring contraction product. The esters substituted by an alkyl group at 4-position of the ciclohexene ring leads to the ring contraction product, where the trans-1,3-disubstituted indan is the major product. The reaction of 1,2-dihydronaphthalene with HTIB in methanol gave the ring contraction product 1-dimetoxymethyl-indan with moderate yield, together with the addition products cis- and trans-1,2-dimetoxy-1,2,3,4-tetrahydronaphthalene. On the other hand, the reaction of 1,2-dihydronaphthalene with HTIB in acetonitrile, dichloro-methane or trimethyl orthoformate gave the aromatization product (naphthalene). The reaction of 4-methyl-1,2-dihydronaphthalene and 1,4-dimethyl-1,2-dihydronaphthalene with HTIB in acetonitrile leads to ring contraction products 1-indan-1-yl-ethanone and 1-(trans-3-methyl-indan-1-yl)-ethanone, respectively, in good yieds. The reaction of 4-methyl-1,2-dihydronaphthalene with HTIB in methanol gave the addition products cis- and trans-1,2-dimetoxy-1,2,3,4-tetrahydro-1-methyl-naphthalene) with very good yield.

Com o objetivo de se estabelecer uma metodologia eficiente para obtenção de ésteres etílicos por transesterificação enzimática de óleos de soja e de mamona, utilizando um catalisador mais barato do que o anteriormente estudado em nosso grupo de pesquisa, Cândida Antarctica A (Novozym 435), é que a lipase 1,3- específica de Thermomices lanuginosus (Lipozyme TL IM) foi escolhida. Foram realizadas várias reações para estudo das melhores condições reacionais tanto para o óleo de soja, quanto para o óleo de mamona. Nestes estudos foi observada a influencia dos efeitos do teor de etanol no meio reacional, da trituração da enzima imobilizada, da pré-incubação da enzima imobilizada, da concentração da enzima no meio reacional e da temperatura do meio reacional na alcóolise enzimática utilizando a lípase Lipozyme TL IM como catalisador. A conversão dos materiais de partida a ésteres etílicos foi acompanhada por cromatografia em camada delgada (CCD) aliada a quantificação através dos padrões de ricinoleato de etila e linoleato de etila através de cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE). Tendo sido estabelecidas as melhores condições para a conversão dos óleos de soja e mamona utilizando o catalisador enzimático em questão, foram realizadas novas reações de modo a otimizar as condições das reações através da utilização dos parâmetros estabelecidos, porém de forma conjunta. A observação destes últimos resultados apontou a presença de intermediários residuais não convertidos e, portanto para a necessidade de uma segunda etapa de reação posterior à reação com a Lipozyme TL IM. Nesta segunda etapa, optou-se por utilizar a lípase do tipo inespecífica, a Novozym 435, sendo que a mesma apresentou bons resultados na conversão em último estágio reacional dos monoglicerídeos e diglicerídeos presentes no meio de forma residual. Posteriormente, foram realizadas etapas de purificação dos produtos obtidos, bem como estudos de características físico-químicas tais como, viscosidade, densidade, índice de iodo e ponto de fulgor para os ésteres obtidos a partir dos óleos de soja e mamona em sua forma pura e em mistura entre os mesmos, para que fosse possível verificar sua adequação quanto às normas internacionais de qualidade para biocombustíveis, EN 14214 e ASTM D 6571. / The main objective of this work was to establish an efficient methodology for the production of ethyl esters by the enzymatic transesterification of soybean and castorbean oils, using a cheaper catalyst than those used previously in our research group, Candida Antartica A. In this research we used a 1,3-non specific lipase, isolated from Thermomices lanuginous commercially named Lipozyme TL IM. Several reactions were performed to determine the best reaction conditions for both, the castorbean and the soy-beans. In this study we analyzed the influence of different parameters for the transesterification to occur in an efficient way, like the ethanol ratio in the reaction media, the granulometry of the enzyme support, the temperature of the reaction medium, , the concentration of catalyst used (enzyme), specifically Lipozyme TL IM. The starting material transformation to ethyl esters was qualitatively monitored using TLC (Thin Layer Chromatography), while the quantitative analysis was done using ethyl ricinoleate and ethyl linoleate as standard in High Performance Liquid Chromatography (HPLC). After the best reaction conditions were determined for both castor and soybean oil, using the enzymatic catalyst, it were performed new experiments in order to optimize the reaction conditions using the established individual parameters, however combining all it. Even working with the combination of the best parameters, it was still observed the presence of residual intermediates such as mono and di-glicerides, that are not converted in just one step. Consequently, we decided to perform a second reaction step after the transformation with Lipozyme TL IM. In this second reaction, a non-specific enzyme, the Novozymes 435, was used showing good results in the further transformation of mono- and di-glicerides that were present in residual amounts after the first reaction step. Furtherly, the obtained products from castor and soybean were purified and their physico-chemical quality parameters like viscosity, density, iodine number and flash point were determined for their pure form and for the blend of both products (castor and soy biodiesel), in order to correct some of these quality parameters that are out of the international quality standard, EN 14214 and ASTM D 6751.

A produção de biodiesel em larga escala deve impulsionar a pesquisa e desenvolvimento de tecnologias mais limpas e de menor custo relacionadas à obtenção e controle de qualidade desse combustível. A extração de óleo de soja com o solvente etanol resulta na produção de uma miscela rica em óleo, semi-refinada, que pode ser diretamente esterificável para produzir ésteres etílicos, sem a necessidade de evaporação do solvente. A transesterificação de miscelas por catálise heterogênea pode adicionar os benefícios do reaproveitamento do catalisador. O objetivo deste trabalho foi promover a otimização da transesterificação de miscelas etanólicas ricas em óleo de soja sob catálise heterogênea do fosfato de potássio tribásico (K3PO4), analisar o rendimento obtido com reutilizações do catalisador recuperado e promover sua regeneração. Foi realizada a adequação de uma técnica para quantificação do teor de ésteres, envolvendo separação por cromatografia em camada delgada associada à análise de coloração por espectrofotometria. Amostras de biodiesel de teor de ésteres conhecido foram oxidadas pela ação do dicromato de potássio em ácido sulfúrico, quantificando-se a mudança de cor do reagente de laranja para verde. O dicromato ácido foi capaz de oxidar completamente a fração isolada de ésteres, determinando os teores corretamente, à variação máxima de 2,05%, estabelecendo uma relação fixa de 0,08?g de dicromato consumido para cada ?g de biodiesel. A transesterificação com K3PO4 foi otimizada, alcançando rendimentos de 96,4% nas condições de RM 1:12, catalisador 5% e agitação 400rpm em 100 minutos de reação. O K3PO4 é um catalisador prático, pois sua utilização não requer etapas de preparação, no entanto apresentou indícios de solubilização no meio reacional. Os rendimentos obtidos com catalisador reutilizado foram baixos para todos os tratamentos de lavagem, sendo a lavagem moderada o escolhido devido a menor variabilidade de massa recuperada após as reutilizações. O catalisador regenerado resultou em rendimentos de 58,72%, equivalente a 84% do obtido com catalisador novo. O K3PO4 teve sua atividade prejudicada pelos fenômenos de saponificação e emulsificação, exigindo que mudanças sejam realizadas para que sua reutilização seja viável. A utilização de catalisadores heterogêneos e miscelas etanólicas lipídicas tem o potencial para redução dos custos de produção devido a obtenção de óleo vegetal sem a necessidade de refino e ao reaproveitamento de catalisador. / Large scale biodiesel production motivates research and development of cleaner low cost technologies related to the manufacture and quality control of this fuel. The extraction of soybean oil with the solvent ethanol results in the production of a rich in oil semi-refined miscella that can be directly esterified to produce ethyl esters, without the need of solvent evaporation. The transesterification of micellae by heterogeneous catalysis can add the benefits of reusing the catalyst. The aim of this work was to promote optimization of the transesterification of ethanolic soybean oil miscellae under heterogeneous catalysis of tripotassium phosphate (K3PO4), analyze the yield of reaction with reused catalyst and promote its regeneration. A technique for quantification of the ester content involving separation with thin layer chromatography and color analysis by spectrophotometry was also performed. Biodiesel samples of known ester content were oxidized by the potassium dichromate in sulfuric acid, and the change in color of the reagent from orange to green was quantified. The acid dichromate was able to completely oxidize the isolated fraction esters, correctly determining their content with a maximum variation of 2.05%, and revealing a fixed relation of 0,08?g of dichromate consumed per ?g of biodiesel. The transesterification with K3PO4 was optimized, reaching yields of 96.4% under the conditions of 1:12 molar ratio, 5% catalyst and 400rpm stirring in 100 minutes of reaction. The use of K3PO4 does not require preparation steps, but showed evidence of solubility in the reaction medium. Yields obtained with reused catalyst were low for all treatments, being the moderate washing (LM) chosen due to lower variability of mass recovered after reuses. The regenerated catalyst resulted in yields of 58.72%, equivalent to 84% of that obtained with fresh catalyst. The K3PO4 had its activity impaired by saponification and emulsification phenomena, requiring changes to make its reuse feasible. The use of heterogeneous catalysts with ethanolic rich in oil miscellae has the potential to reduce production costs due to the production of vegetable oil without the need of refining and the reuse of solid catalyst.