CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Immobilization of enzymes provides advantages such as increased in: stability, level of process control, yield and purity of the final product, in addition to allowing the use of different reactor configurations. In this study, two types of support, an organic polymer (polimetilmetacrilato- PMMA) and other inorganic (silica) were used for the immobilization of lipase Candida antarctica type B (CALB). Different alcohols (ethanol, iso-propanol, n-butanol) were evaluated as agents for optimization of the immobilization process, the concentrations of 5, 10 and 15% (volume of alcohol à 100 / solution volume immobilization). Immobilization of PMMA was conducted using two different protocols here denominated first and second protocol generation. The best results of hydrolytic activity and esterification to the derivative of the first generation was 3,91  0,09 UpNPB/g. of catalyst e 409,5  19,7 Uoleic acid/g. of catalyst, respectively. When using the protocol of the second generation, the best results were obtained when aa immobilization was carried out in the presence of 5% Triton X-100 2 mM, rising rate of the esterification reaction between the derivatives studied was highly significant with a higher ratio of 3,81 times to the derivative prepared with Triton X-100. The CALB was also immobilized for the macroporous silica support (IB S60S - Chiralvision), the activate agent used was Triethoxy(octyl)silane (C8-TEOS). The results observed for immobilization in the presence of 5% n-butanol were the best for both hydrolytic activity, being four times higher than the activity for the immobilized derivative without alcohol, as for the esterification activity was 985,1  5,6 Uoleic acid/g. of catalyst . All observed derivatives supported on silica and PMMA reached a level conversion for equilibrium esterification reaction for a reaction time of 24 h the best results varying between 80 to 90%. / A imobilizaÃÃo das enzimas traz vantagens como: aumento da estabilidade, do nÃvel de controle do processo, do rendimento e da pureza do produto final, alÃm de possibilitar o uso de reatores de diferentes configuraÃÃes. Neste trabalho, dois tipos de suporte, um polÃmero orgÃnico (polimetilmetacrilato- PMMA) e outro inorgÃnico (sÃlica), foram utilizados para a imobilizaÃÃo da lipase do tipo B de Candida antarctica (CALB). Diferentes Ãlcoois (etanol, iso-propanol, n-butanol) foram avaliados como agentes de otimizaÃÃo do processo de imobilizaÃÃo, nas concentraÃÃes de 5, 10 e 15 % (volume de Ãlcool Ã100 / volume da soluÃÃo de imobilizaÃÃo). A imobilizaÃÃo em PMMA foi conduzida atravÃs de dois protocolos diferentes, aqui denominados de protocolo de primeira e segunda geraÃÃo. Os melhores resultados de atividade hidrolÃtica e de esterificaÃÃo para o derivado de primeira geraÃÃo foi de 3,91  0,09 UpNPB/g. de catalisador e 409,5  19,7 UÃc. olÃico/g. de catalisador, respectivamente. Quando se utilizou o protocolo de segunda geraÃÃo, melhores resultados foram obtidos quando a a imobilizaÃÃo foi conduzida na presenÃa de n-butanol 5 % e Triton X-100 2mM; o aumento da velocidade da reaÃÃo de esterificaÃÃo entre os derivados estudados foi bastante significativo, sendo 3,8 vezes maior para o derivado preparado com Triton X-100. A CALB foi imobilizada tambÃm para o suporte sÃlica macroporosa (IB S60S - Chiralvision), o agente ativante utilizado foi o octiltrietoxisilano (C8-TEOS). Os resultados observados para imobilizaÃÃo na presenÃa de n-butanol 5 % foram os melhores tanto para a atividade hidrolÃtica, sendo quatro vezes maior que a atividade para o derivado imobilizado sem Ãlcool, quanto para a atividade de esterificaÃÃo que foi de 985,1  5,6 UÃc. olÃico/g. de catalisador. Todos os derivados observados suportados em PMMA e sÃlica atingiram um patamar de conversÃo do equilÃbrio para reaÃÃo de esterificaÃÃo por um perÃodo de reaÃÃo de 24 h com os melhores resultados variando entre 80 a 90%.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Diversos experimentos foram realizados com o objetivo de estudar a reaÃÃo de esterificaÃÃo enzimÃtica do Ãcido olÃico com a frutose em meio etanÃlico, visando a sÃntese de biosurfactantes biodegradÃveis. Para tanto, foi utizada a enzima CÃndida Antartica B na temperatura de 55 ÂC e em tempos de reaÃÃo variando entre 48, 72, 96 e 120 horas. De acordo com os resultados obtidos, constatou-se que a citada enzima catalisou preferencialmente o etanol presente no meio reacional para a formaÃÃo do Ãster oleato de etila. Este fato foi confirmado atravÃs do espectro de ressonÃncia magnÃtica nuclear (1H e 13C), bem como do espectro de infravermelho pela presenÃa de um pico de absorÃÃo em 1738,4 cm-1, caracterÃstico deste Ãster. Os resultados da reaÃÃo de formaÃÃo do oleato de etila indicam que o maior rendimento da reaÃÃo foi observado no tempo de 96 horas e que o tempo de 120 horas o rendimento foi inferior. Os experimentos realizados com o objetivo de se obter Ãsteres de frutose a partir do Ãcido olÃico em meio etanÃlico nÃo lograram Ãxito, apesar da literatura indicar a possibilidade de se realizar esta reaÃÃo em outros meios que utilizam solventes nÃo recomendados para o uso alimentÃcio. O oleato de etila apresenta carÃter lipofÃlico e na indÃstria de alimentos encontra aplicaÃÃo na desidrataÃÃo osmÃtica de tomates e pimentas do tipo âdedo de moÃaâ, facilitando a perda de Ãgua, ganho de aÃÃcar e cor mais luminosa. O uso do oleato de etila no processo de desidrataÃÃo diminui o tempo de secagem, aumenta sua eficiÃncia sem deixar nenhum tipo de resÃduo quÃmico. / Several experiments were done aiming at the study on the enzymatic esterification of the oleic acid with fructose in ethanolic medium, focusing the synthesis of biodegradable biosurfactants. For that purpose, it was utilized the enzyme, Candida antartica B., at temperature of 55 ÂC, in reacting time of 48, 72, 96 e 120 hours. Accordingly to the obtained results it was verified that the related enzyme catalyzed primarily the ethanol present in the reactional medium to form the ester: ethyl oleate. This fact was confirmed through magnetic nuclear resonance spectra (1H and 13C) as well as, through infrared spectrum, by the presence of absorption peak at 1738, 4 cm- 1, characteristic of that ester. The results of the reaction of ethyl oleate production indicate that the highest yield was observed in about 96 hours time, and for the 120 hours time it was observed also an inferior yield. The experiments accomplished for the obtention of fructose esters from oleic acids in ethanolic medium were not successful like in other solvents not recommended for food use. The ethyl oleate shows a lipophilic character and in the food industry it finds application in the osmotic dehydration of tomatoes and peppers âdedo de moÃaâ, improving water release, sugar yield and solar brightness. The use of ethyl oleate in the dehydration process decreases the drying time increases its efficiency without leaving any traces pf chemical residues

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / A produÃÃo de biodiesel por reaÃÃo de transesterificaÃÃo à realizada geralmente usando Ãleos com baixo Ãndice de acidez, restringindo o mÃtodo ao uso de uma pequena variedade de Ãleos vegetais. MatÃrias primas com elevado Ãndice de acidez podem ser utilizadas como rota alternativa para a produÃÃo de biodiesel. O objetivo desta dissertaÃÃo foi produzir Ãcidos graxos a partir de Ãleos residuais (com percentual de Ãcidos graxos superior a 1%) por saponificaÃÃo assistida por ultrassom, seguida por hidrÃlise Ãcida. A aplicaÃÃo de ondas ultrassÃnicas teve o intuito de acelerar o processo de produÃÃo de Ãcidos graxos, diminuindo o tempo da reaÃÃo de saponificaÃÃo. Os Ãcidos graxos foram produzidos a partir do Ãleo de fritura de palma e do Ãleo de peixe por reaÃÃo de saponificaÃÃo assistida por ultrassom seguida de hidrÃlise Ãcida. Um planejamento experimental foi realizado para avaliar as condiÃÃes operacionais razÃo molar Ãlcool:Ãleo, concentraÃÃo de KOH e temperatura para o Ãleo de fritura e razÃo molar Ãlcool:Ãleo, concentraÃÃo de KOH para o Ãleo de peixe, uma vez que a temperatura nÃo mostrou ser uma variÃvel estatisticamente significativa. Para as reaÃÃes com o Ãleo de fritura, a maior conversÃo obtida foi de 97,3% a uma temperatura de 60ÂC, com razÃo molar 3:1 e concentraÃÃo de KOH de 0,3%. Para as reaÃÃes com o Ãleo de peixe, empregando as mesmas condiÃÃes reacionais para o Ãlcool e para o KOH, apenas 78,5% de conversÃo em Ãcidos graxos foi alcanÃado. Essa conversÃo um pouco menor para o Ãleo de peixe, quando comparada com o Ãleo de fritura, està relacionada com sua alta viscosidade, que acaba por impedir uma melhor miscibilidade entre os reagentes. Um estudo comparativo entre as reaÃÃes de saponificaÃÃo do Ãleo de fritura foi realizado usando o mÃtodo convencional de refluxo e o assistido por ultrassom. O resultado apresentou uma diferenÃa satisfatÃria para a reaÃÃo assistida por ultrassom, com uma diferenÃa de 39,2% de conversÃo nos cinco primeiros minutos de reaÃÃo quando comparada com a reaÃÃo submetida ao refluxo. Depois de produzidos, os Ãcidos graxos foram esterificados com Ãlcool metÃlico na presenÃa de Ãcido sulfÃrico como catalisador. No planejamento experimental realizado para as reaÃÃes de esterificaÃÃo dos Ãcidos graxos, as variÃveis razÃo molar Ãlcool:Ãcido e concentraÃÃo de catalisador foram significativas estatisticamente. AtravÃs dos experimentos, as curvas cinÃticas foram construÃdas. A produÃÃo de biodiesel a partir de Ãcidos graxos de fritura assistida por ultrassom obteve conversÃes superiores a 96% (especificaÃÃo exigida pela ANP). Ao aplicar a metodologia descrita no respectivo trabalho (aplicaÃÃo do ultrassom na reaÃÃo de saponificaÃÃo), uma alta conversÃo de Ãcidos graxos à alcanÃada em tempos reacionais reduzidos, mostrando ser uma Ãtima matÃria prima para a produÃÃo de biodiesel. / The production of biodiesel by means of transesterification reaction is usually carried out using oils with low acid index. As such, the direct use of this method is restricted to a small number of oils. But raw materials with high acid index still can be used for biodiesel production. The objective of this study is to produce biodiesel from waste oils, with more than 1% of free fatty acids, by means of saponification followed by acid hydrolysis and esterification. The process will be carried out by ultrasound technology. The use of ultrasound aimed increasing the reaction rate and to diminish the total time of reaction. The free fatty acids were produced from waste palm oil and fish oil (Nile tilapia oil). An experimental planning based on response surface methodology was carried out to evaluate the main operating conditions: alcohol to oil molar ratio, KOH concentration and temperature. The highest yield of free fatty acids from waste palm oil, 97.3%, was obtained operating at 60oC, alcohol to oil molar ratio of 3 and 0.3% KOH. The highest yield of free fatty acids from fish oil, 78.5%, was obtained operating at 30oC, alcohol to oil molar ratio of 3 and 0.3% KOH. The lower yield observed for fish oil was related to the higher viscosity of the oil during processing, which prevents good miscibility between the components. A comparative study between the conventional method and the ultrasound technology on the production of biodiesel from waste palm oil showed that the application of ultrasound increased by 39.2% the conversion of oil into free fatty acids during the first 5 min of reaction. The free fatty acids were esterified with methanol using sulfuric acid as catalyst. An experimental planning based on response surface methodology was carried out to evaluate the main operating conditions of the esterification of the free fatty acids: alcohol to free fatty acids molar ratio and catalyst concentration. A dynamic study was also carried out for the production of biodiesel from free fatty acids. The yield of biodiesel from palm free fatty acids was higher than 96%, lower limit specified by ANP for the commercialization of biodiesel. The methodology developed in this study showed that high yield of free fatty acids was obtained at short reaction times being a good methodology to produce biodiesel.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Biodiesel is a mixture of fatty acid alkyl esters produced by the reaction between vegetable oils and short chain alcohols, like methanol and ethanol, using a catalyst that can be acid, basic or enzymatic. However, the high cost of the raw material when refined vegetable oil is used, have made biodiesel production economically unattractive. Therefore, research with waste oils has increased, showing the technical viability of the production of biodiesel using the residential and industrial residues as raw material. Another variable that has influenced this type of reaction is the type of alcohol. In Brazil, the use of ethanol is interesting because the country has become one of the top worldwide producers of ethanol from vegetables sources, a cheaper and less toxic product than methanol, decreasing our petroleum dependence. The type of catalyst also influences biodiesel production. Alkali is the catalysts that is more often used in industry, but when the vegetable oil has a high acid value, it can not be used because soap is produced, diminishing the esters yield. In this case an acid or an enzyme is used as a catalyst. Based on the previous explanation, the results of this work correspond to the study of enzymatic production of biodiesel using waste oil and ethanol. The immobilized Candida antarctica lipase (Novozym 435) behavior was studied in the oleic acid esterification, studying the effect of the variables that has influence in the process. The variables chosen were: temperature (30 â 50oC), molar ratio acid:alcohol (1:1 â 1:6) and water content (0 â 20%). The reaction were performed in closed reactors with a capacity of 250 mL containing 10 g of oil, a known amount content of alcohol, pre-determined by experimental design and enzyme content of 5% p/p, based on the oil mass. The reaction medium was kept under constant stirring, 200 rpm. Maximum conversion of 88,36% was achieved when high molar ration, the lower temperature and water content values were used. However, by the kinetic study, it can be concluded that it is not necessary to use an alcohol excess to achieve good conversions. After that, the behavior of Candida Antarctica lipase B immobilized in chitosan was studied in acid oleic esterification. A slower initial rate of reaction was observed in comparison to Novozym 435. The behavior of both lipases was also studied in the esterification of waste coconut oil, showing good stability and giving a conversion of about 80% in 60 minutes. Both biocatalyst could be reused 10 times, keeping the same activity. In order to compare the behavior of Novozym 435 in two different mediums, an experimental design was performed with waste cotton oil, which had a low acid value. The same negative influence of the temperature and molar ratio was observed, but with a high reaction time, getting a maximum conversion of 82,66% in 72 hours of reaction. To calculate the conversions, the decreasing of the acid value was used when the raw material had a high acid value, and when the raw material had a low acid value the glycerol production was used. / O biodiesel à uma mistura de Ãsteres alquÃlicos de Ãcidos graxos resultante da reaÃÃo entre Ãleos vegetais e Ãlcoois de cadeia curta, como metanol ou etanol, auxiliada por um catalisador, que pode ser Ãcido, bÃsico ou enzimÃtico. Entretanto, o alto custo da matÃria-prima quando se utiliza Ãleo vegetal de grau alimentÃcio tem inviabilizado economicamente a produÃÃo desse biocombustÃvel. Por isso, as pesquisas com Ãleo residual tem aumentado, mostrando a viabilidade tÃcnica da produÃÃo de biodiesel a partir de resÃduos residenciais e industriais. Outro fator que influencia a reaÃÃo de produÃÃo de biodiesel à o tipo de Ãlcool. No Brasil, o uso do etanol à interessante desde que o nosso paÃs se tornou um dos maiores produtores mundiais de etanol vegetal, um produto mais barato e menos tÃxico que o metanol, diminuindo assim a nossa dependÃncia do petrÃleo. O catalisador tambÃm exerce influÃncia nesse tipo de reaÃÃo. Os catalisadores mais usados industrialmente sÃo as bases, mas quando o Ãleo vegetal tem um alto teor de Ãcidos graxos livres, o que acontece, geralmente, com os Ãleos residuais, nÃo à possÃvel usar catalisador bÃsico por favorecer a formaÃÃo de sabÃo e diminuir o rendimento em Ãsteres. Nesse caso, usa-se um catalisador Ãcido ou enzimÃtico. Partindo dessa premissa, os resultados constantes nessa dissertaÃÃo correspondem ao estudo da produÃÃo enzimÃtica de biodiesel utilizando Ãleo residual e etanol. Avaliou-se o comportamento da lipase comercial imobilizada de CÃndida antarctica tipo B (Novozym 435) na esterificaÃÃo do Ãcido olÃico comercial, estudando as variÃveis que influenciam no processo. As variÃveis escolhidas foram: temperatura (30-50o C), razÃo molar Ãcido:Ãlcool (1:1-1:6) e a concentraÃÃo de Ãgua presente no meio (0-20%). As reaÃÃes foram conduzidas em erlenmeyers de 250 mL fechados contendo 10 g de Ãleo e a quantidade de Ãlcool prÃ-determinada pelo planejamento de experimentos, mantendo-se a agitaÃÃo fixa em 200rpm e a concentraÃÃo de enzima em 5% m/m baseada na massa de Ãleo medida, obtendo-se uma conversÃo mÃxima de 88,36% na condiÃÃo de maior razÃo molar, menor temperatura e menor concentraÃÃo de Ãgua. Entretanto, pelo estudo cinÃtico concluÃ-se que nÃo à necessÃrio um excesso de Ãlcool para conseguir boas conversÃes. Em seguida, avaliou-se o comportamento de uma lÃpase do tipo B de CÃndida antarctica imobilizada em quitosana na esterificaÃÃo do Ãcido olÃico, observando um comportamento semelhante ao da Novozym 435 mas com uma taxa inicial de reaÃÃo mais lenta. Avaliou-se tambÃm o comportamento das duas lÃpases na esterificaÃÃo do Ãleo de coco residual Ãcido, observando uma boa estabilidade para ambos os biocatalisadores que forneceram uma conversÃo acima de 80% com 60 minutos de reaÃÃo e puderam ser reutilizados por no mÃnimo 10 vezes consecutivas sem perda considerÃvel de atividade. Para comparar o comportamento da Novozym 435 em dois meios distintos, realizou-se um planejamento experimental fatorial com um Ãleo de algodÃo residual de baixa acidez livre, observando a mesma influÃncia negativa da temperatura e da razÃo molar entre reagentes, mas com um tempo de reaÃÃo maior, pois uma conversÃo mÃxima de 82,66% sà foi atingida com 72 horas de reaÃÃo. Para o cÃlculo da conversÃo, utilizou-se a reduÃÃo do Ãndice de acidez quando a matÃria-prima tinha um alto teor de Ãcidos graxos livres e o mÃtodo do periodato de sÃdio na determinaÃÃo da glicerina quando a matÃria-prima tinha uma baixa acidez livre.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de NÃvel Superior / O objetivo desta dissertaÃÃo foi de otimizar a reaÃÃo de esterificaÃÃo para a produÃÃo de biodiesel por meio da aplicaÃÃo de tÃcnicas de adsorÃÃo. A aplicaÃÃo da adsorÃÃo teve o intuito de remover a Ãgua formada no processo, uma vez que a mesma leva a desativaÃÃo do catalisador e desloca o equilÃbrio quÃmico para reaÃÃo de hidrolise. A presenÃa de Ãgua reduz o rendimento da reaÃÃo de esterificaÃÃo, o que torna necessÃrio a utilizaÃÃo de elevadas concentraÃÃes de Ãlcool no meio reacional. Para tanto, foi realizado dois planejamentos experimentais para as reaÃÃes de esterificaÃÃo sem e com adsorÃÃo da Ãgua formada no processo. Em ambos os planejamentos foram investigadas as variÃveis temperatura, concentraÃÃo de catalisador e razÃo molar entre o Ãlcool e o Ãcido graxo. No planejamento experimental realizado para a reaÃÃo de esterificaÃÃo sem adsorÃÃo da Ãgua formada, as variÃveis concentraÃÃo de catalisador e razÃo molar entre reagentes mostraram-se estatisticamente significativas para a resposta conversÃo a 95 % de confianÃa. O melhor resultado experimental foi obtido a temperatura de 110ÂC com uma razÃo molar de 9:1 e uma concentraÃÃo de 1% de catalisador. Jà no planejamento experimental para a reaÃÃo de esterificaÃÃo com a remoÃÃo da Ãgua formada no processo, as variÃveis temperatura e a concentraÃÃo de catalisador foram significativas estatisticamente para o intervalo de confianÃa estudado (95%). Observou-se que quanto maior a temperatura e maior a concentraÃÃo de catalisador, melhor foi o resultado experimental obtido. Os experimentos cinÃticos mostraram que ao realizar a reaÃÃo de esterificaÃÃo aplicando-se tÃcnicas de adsorÃÃo, o processo tornou-se mais sensÃvel a temperatura, uma vez que o valor de energia de ativaÃÃo aparente obtido para a reaÃÃo com adsorÃÃo de Ãgua foi de 26,66 kJ/mol e para a reaÃÃo sem adsorÃÃo da Ãgua formada foi de 18,43 kJ/mol. A anÃlise via CG/MS mostrou que o acompanhamento da reaÃÃo por meio do Ãndice de acidez à satisfatÃrio para acompanhar a dinÃmica da reaÃÃo, pois os valores de conversÃo obtidos pelos dois mÃtodos foram equivalentes. Na caracterizaÃÃo do biodiesel obtido com adsorÃÃo da Ãgua formada os parÃmetros de densidade, Ãndice de iodo e viscosidade cinemÃtica atenderam as especificaÃÃes exigidas pela ANP. Ao aplicar a metodologia desenvolvida no respectivo trabalho (aplicaÃÃo de tÃcnicas de adsorÃÃo na reaÃÃo de esterificaÃÃo), os teores de Ãsteres metÃlicos obtidos foram de 98,9 % e 99,4 % para os experimentos realizados a razÃo molar de 3:1, concentraÃÃo de 1% de catalisador e temperaturas de 90 e 100ÂC, respectivamente. / This dissertation aimed to optimize the esterification reaction for biodiesel production using an adsorption reaction system. Adsorption was applied to remove the water formed in the process, because water deactivates the catalyst and shifts the equilibrium towards the hydrolysis reaction. Water reduces the yield of the esterification reaction, which requires high concentrations of alcohol in the reaction medium. Two experimental designs were carried out for the esterification reactions. One with and one without adsorbing the water formed in the process. In both designs, the variables temperature, catalyst concentration, and molar ratio between alcohol and fatty acid were investigated. Catalyst concentration and the alcohol to FFA molar ratio were the most statistically significant responses on conversion (within a 95% level of confidence) when the reaction was carried out without the adsorption system. The best result was obtained in experimental temperature of 110ÂC with a molar ratio of 9:1 and with a concentration of 1% of catalyst. Temperature and catalyst concentration were the most statistically significant variables in the experiments carried out with the adsorption system (for the confidence level of 95%). Higher temperatures and higher catalyst concentration enhanced the yield into biodiesel. The kinetic experiments showed that with the adsorption system the process became more sensitive to temperature, since the value of the apparent activation energy of the reaction was 26.66 kJ/mol and without adsorption system the apparent activation energy was 18.43 kJ/mol. GC/MS analysis showed that acidity index was very satisfactory to evaluate the yield of biodiesel., because the conversions obtained in both methods were equivalent. Density, iodine value and kinematics viscosity were within the specifications required by ANP. The methodology developed in this study resulted in conversions of oleic acid into methyl esters of 98.9% and 99.4% for the experiments performed with a molar ratio of 3:1, concentration of 1% of catalyst and temperatures of 90 and 100  C, respectively.