Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-08-15T04:10:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 347196.pdf: 2410348 bytes, checksum: c8ecf0a8fa8230e8714504c2cb05a10c (MD5) Previous issue date: 2017 / Neste trabalho foi investigado o processo de produção de ésteres de ácidos graxos, utilizando as lipases Eversa® Transform e Eversa® Transform 2.0 em suas formas livres e imobilizadas, a partir de diferentes matérias-primas, em modo batelada alimentada em escala laboratorial e piloto. Primeiramente foi realizado o estudo da lipase livre Eversa® Transform na produção de FAME, utilizando os distintos substratos, onde, o óleo ácido residual teve o melhor desempenho (89,01% FAME). Porém, as melhores condições com esse substrato foram com álcool etílico comercial (93,57%) (95% FAEE): na razão molar etanol/óleo ácido residual de 3,5:1, Eversa® Transform 1% (m/m, em relação ao substrato), incubado em shaker por 8 h (35°C/250 rpm), com reuso da lipase por até 4 ciclos . Como o óleo ácido residual teve destaque, foi aplicado juntamente com a gordura ácida residual na produção de FAME em escala piloto utilizando a lipase Eversa® Transform nas condições reacionais: matéria graxa (550 kg), água 2% (m/m, em relação ao substrato), lipase 0,7% (m/m, em relação ao substrato) e a razão molar metanol/óleo de 4,5:1, com 35 °C em 13 h para ácido graxo residual. Com a gordura ácida residual os melhores resultados (94,1% FAME) foram com 0,3% de lipase Eversa® Transform 2.0 em 16 h de reação. No estudo da imobilização das lipases Eversa® Transform e Eversa® Transform 2.0, a máxima produção de FAEE foi com a lipase Eversa® Transform 2.0 nas reações de transesterificação de óleo de girassol em meio com solvente orgânico, foram: 0,3 g de lipase imobilizada em Sepabeads-C18, razão molar álcool/óleo de girassol de 4:1, 4,1 ml de hexano, 0,2 g de peneira molecular, a 40 °C e 150 rpm, em 3 h, onde foi possível sua reutilização por 4 ciclos. No estudo da síntese de ésteres em meio livre de solvente orgânico as melhores condições reacionais para a produção de FAEE (>98% FAEE) foram: 0,5 g de lipase Eversa® Transform 2.0 imobilizada em Sepabeads-C18, 0,2 g de peneira molecular, razão molar etanol/óleo de girassol de 3,25:1, 40 °C e 150 rpm de agitação em 3 h de reação,com a possibilidade de reuso da lipase por até 5 ciclos. Ambos os biocatalisadores Eversa® Transform e Eversa® Transform 2.0 demonstraram que são potenciais para uso em reações de produção de ésteres de ácidos graxos utilizando diferentes matérias-primas em distintos meios reacionais.<br> / Abstract : In this work the enzymatic process of fatty acid esters production was investigated, using as biocatalyst the lipases Eversa® Transform and Eversa® Transform 2.0 in their free and immobilized forms, from different raw materials, in fed-batch on a laboratory and pilot scale. Firstly, a study was carried out regarding the use of free lipase Eversa® for FAME production using the different substrates, with the residual acid oil affording the best performance (89.01 wt% FAME). However, the best conditions with this raw material was obtained with ethyl alcohol (93.57 wt%) leading to 95 wt% FAEE at following conditions: molar ratio ethanol to acid oil of 3.5: 1, Eversa® Transform 1 wt% relative to raw material, orbital shaker for 8 h (35 °C / 250 rpm). As the acid oil was highlighted, it was applied together with the fat acid for the production of FAME in a pilot scale using the Eversa® Transform lipase under the reaction conditions of acid oil (550 kg), water 2 wt% relative to raw material, lipase 0.7 wt%, relative to raw material and the molar ratio methanol to oil of 4.5: 1, at 35 °C for 13 h reaction. For the fatty acid the best results (94.1 wt% FAME) was reached using 0.3% Eversa® Transform 2.0 in 16 h of reaction. In the immobilization study of Eversa® Transform and Eversa® Transform 2.0 lipases, the maximum production of FAEE was found with Eversa® Transform 2.0 lipase in the transesterification reactions of sunflower oil with organic solvent for: 0.3 g of lipase immobilized on Sepabeads-C18, molar ratio 4:1 alcohol to sunflower oil, 4.1 ml hexane, 0.2 g molecular sieve at 40 °C and 50 rpm at 3 h, for which it was possible to reuse the enzyme for 4 cycles. Regarding the synthesis of esters in organic solvent-free system the best reaction conditions for the production of FAEE (> 98 wt% FAEE) were: 0.5 g of Eversa® Transform 2.0 lipase immobilized on Sepabeads-C18, 0.2 g molecular sieve, ethanol to sunflower oil molar ratio of 3.25:1, 40 °C and 150 rpm stirring at 3 h of reaction, with the possibility of lipase reuse for 5 cycles. Both the Eversa® Transform and Eversa® Transform 2.0 biocatalysts have demonstrated great potential for use in fatty acid esters production reactions using different feedstocks in different reaction media.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-11-24T03:08:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 336250.pdf: 2310258 bytes, checksum: f664a71abf4c30fc4c647ae35f89863f (MD5) Previous issue date: 2015 / Neste trabalho estudou-se novas alternativas para produção de ésteres via hidroesterificação enzimática de óleo de soja e fritura em sistema livre de solvente empregando banho de ultrassom, em duas etapas, hidrólise enzimática em modo batelada seguida de esterificação dos ácidos graxos em reator enzimático operando em modo contínuo. Na etapa de hidrólise a melhor condição para o (óleo modelo) foi razão molar (óleo de soja: água) 1:20, 40 °C, 132 W, 10 % de catalisador enzimático Lipozyme TL IM e 300 rpm, utilizando álcool isopropílico para lavagem e separação da lipase. Após a hidrólise, o teor de AGL a partir de óleo de soja foi de aproximadamente 60 % (m/m) e para o óleo de fritura em torno de 60, 93 % (m/m). A lipase recuperada apresentou 50 % da sua atividade relativa residual podendo ser reutilizada, e o ultrassom não interferiu na atividade residual da lipase. No teste do solvente de lavagem, quanto à recuperação e reutilização, observou-se que o mesmo pôde ser reutilizado não interferindo na produção dos AGL e nem na atividade da lipase. Para a etapa de esterificação estudou-se os efeitos das variáveis como razão molar (ácido graxo vegetal de soja (AGVS): etanol), vazão de alimentação, catalisador enzimático ideal e uso do ultrassom para a produção de ésteres etílicos em reator contínuo, onde chegou-se à condição otimizada de razão molar de 1:6 (AGVS: etanol), vazão de alimentação 2,5 mL/min, catalisador Novozym 435 e 65 °C, apresentando conversões em ésteres etílicos de 95 %. Para as reações de esterificação enzimática em modo contínuo, o ultrassom não apresentou benefícios. A integração dos processos para a hidroesterificação permitiu a produção do hidrolisado enzimático do óleo de soja e fritura com ultrassom e posteriormente esterificou-se a carga ácida em reator contínuo utilizando ultrassom. Obteve-se conversão em ésteres etílicos a partir do óleo de soja hidrolisado em torno de 82,85 % em 7 min e em 28 min uma conversão de 93,46 %. Para a esterificação do hidrolisado do óleo de fritura em reator contínuo com ultrassom obteve-se um teor de ésteres etílicos em torno de 79,33 % em 9 min, com o passar do tempo reacional o teor diminui para 51,87 % em 171 min utilizando ultrassom; para a reação sem o uso do ultrassom apresentou teores em ésteres etílicos em torno de 75,19 % em 9 min de reação diminuindo com o passar do tempo reacional para 66,44 % em 171 min. Na quantificação do hidrolisado provindo do óleo soja conseguiu-se quantificar os teores de AGL, MAG, DAG, TAG, água e glicerol. Através dos dados experimentais chegou-se a estequiometria da reação. Para a hidroesterificação de óleo de fritura quantificou-se os teores de AGL, MAG, DAG, TAG, água e glicerol14tanto do hidrolisado como das amostras após serem esterificadas com o intuito de verificar se além da esterificação poderiam estar ocorrendo a transesterificação, pode se concluir que ocorre a formação de água e ésteres produtos provindos da esterificação.<br> / Abstract : In this work were studied new alternatives for the production of esters by enzymatic hydroesterification of soybean and frying oil in a solvent-free system employing ultrasound bath, in two stages, enzymatic hydrolysis in batch mode followed by esterification of fatty acids in enzymatic reactor operating at continuously mode. In the hydrolysis step the best condition for soybean oil (oil type) was a molar ratio (soybean oil: water) of 1:20, 40 °C, ultrasound power of 132 W, 10 % of Lipozyme TL IM enzyme catalyst and 300 rpm using isopropyl alcohol for washing and separation of the lipase. After hydrolysis, the FFA content obtained from soybean oil was about 60 % (w/w) and from frying oil was about 60.93 % (w/w). The recovered lipase showed 50 % of its residual relative activity which could be reutilized, and the ultrasound did not interfered with residual activity of lipase. In the solvent test, considering its recovery and reutilization, was observed that the same solvent could be reused without interfering in the production of FFA nor even in the lipase activity. For the esterification step was studied the effects of variables such as mole ratio (soybean vegetable fatty acid (SVFA): ethanol), feed flow, ideal enzyme catalyst and use of ultrasound for the production of ethyl esters in a continuous reactor, where the optimized condition was molar ratio of 1:6 (SVFA: ethanol), feed flow of 2.5 mL/min, Novozym 435 as catalyst and 65 °C, with conversions of 95 % of ethyl esters. For the enzymatic esterification in continuous mode, the ultrasound bath showed no benefit. The integration of the processes for the production of hydroesterification allowed an enzymatic hydrolyzate of soybean and frying oil, with ultrasound and subsequently esterified to acid load in a continuous reactor using ultrasound. Conversion in ethylic esters was obtained from the hydrolyzed soybean oil, around 82.85 % in 7 min and 93.46 % in 28 min. For the esterification of the frying oil hydrolyzate in a continuous reactor with ultrasound gave a content of ethyl esters around 79.33 % in 9 min, as the reaction time passed the content decreased to 51.87 in 171 min using ultrasound; for the reaction without the use of ultrasound showed levels of ethyl esters around 75.19 % in 9 min of reaction, decreasing with the passage of reaction time to 66.44 % in 171 min. In the quantification of the hydrolyzate coming from soybean oil could be quantified FFA content, MAG, DAG, TAG, water and glycerol. Through the experimental data reached was made the stoichiometry of the reaction. For the frying oil hydroesterification were quantified thelevels of FFA, MAG, DAG, TAG, water and glycerol, from both hydrolyzed samples and samples after they were esterified in order to verify that if beyond the esterification could be occurring a transesterification, and so can be concluded that there is a formation of water and esters coming from esterification products. For the hypothesis that occurs along with the esterification, a transesterification can not have a precise conclusion, it should be performed other analyzes, deepening over this study.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2016-01-15T14:39:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 326518.pdf: 3128402 bytes, checksum: 2d904720c503bd76ec13c6f29097da18 (MD5) Previous issue date: 2013 / A presença de impurezas não celulósicas na fibra de algodão cru acarreta ao substrato têxtil dificuldade na absorção de água, o que ocasiona problemas de qualidade nos processos de acabamento, como o tingimento. A retirada destas impurezas é convencionalmente feita pela purga alcalina, utilizando o hidróxido de sódio a altas temperaturas. As condições severas do processo geram efluente com elevado pH e alto nível de DQO, além de ocasionar a degradação da celulose, resultando na diminuição da resistência das fibras. A biopurga enzimática, por sua vez, permite elevada especificidade na remoção das impurezas, não atacando a fibra celulósica e utilizando condições de processo menos severas de temperatura e pH. No presente trabalho foi investigada a utilização enzimas combinadas, celulase (E.C. 3.2.1.4), pectinase (E.C. 4.2.2.2) e lipase (E.C. 3.1.1.3) no processo de biopurga de malha 100% algodão. Para isto, as enzimas foram caracterizadas quanto às suas atividades nas condições ótimas e nas condições propostas para o processo de biopurga, e na presença de um agente quelante. A influência do agente sequestrante no tratamento enzimático também foi analisada ao se estudar dois procedimentos distintos  com a adição do agente químico no início do processo e com a adição deste somente após 30 min de reação enzimática. O efeito de cada enzima e suas interações foi avaliado com o auxílio de um planejamento experimental e a caracterização da malha tratada (perda de massa, grau de alvura, grau de remoção de pectina, resposta ao posterior tingimento e hidrofilidade). Para fins comparativos, realizou-se uma purga alcalina convencional. Os resultados mostram que o sequestrante não interferiu na atividade das enzimas. A biopurga com adição de sequestrante no início do processo e nas condições de pH 6,5 e temperatura 55 °C revelou que a combinação das três enzimas nos pontos máximos do planejamento experimental apresentou os melhores resultados  um grau de alvura de 24,99 Graus Berger, uma remoção de pectina de 87,47% e uma hidrofilidade de 14,67 s. A comparação do tratamento enzimático com a lavagem alcalina por meio da caracterização das malhas, confirmou que a biopurga pode ser tão eficaz quanto o processo convencional.<br> / Abstract : The presence of non-cellulosic impurities in the grey cotton fiber leads to textile substrate difficulty in absorption of water, which causes quality problems in the finishing process, such as dyeing. The removal of these impurities is conventionally done by scouring, using sodium hydroxide at high temperatures. The severe conditions of the process generate a effluent with high pH and high level of COD, beyond causing degradation of the cellulose, resulting in decreased of fiber strength. The enzymatic bioscouring in turn allows high specificity in the removal of impurities, not by attacking the cellulose fiber and using less severe process conditions of temperature and pH. In the present study was investigated the combined use of enzymes, cellulase (E.C. 3.2.1.4), pectinase (E.C. 4.2.2.2) and lipase (E.C. 3.1.1.3) in the bioscouring of 100% knitted cotton fabric. For this, the enzymes were characterized according to their activities in the optimal conditions and the proposed conditions for the bioscouring, and in the presence of a chelating agent. The influence of the chelating agent in the enzyme treatment was also analyzed by studying two different procedures  with the addition of the chemical agent in the begin of the process and with the addition of this only after 30 min of enzymatic reaction. The effect of each enzyme and their interactions was reported with the aid of an experimental design and characterization of treated fabric (weight loss, degree of whiteness, response to subsequent dyeing, degree of pectin removal, wettability). For comparative purposes was made a conventional scouring. The results show that the chelating agent did not affect the activities of the enzymes. The bioscouring with the addition of chelating agent in the begin of the process and conditions of pH 6,5 and temperature 55 °C showed that the combination of the three enzymes in the maximum points of the experimental design presented the best results  a degree whiteness of 24,99 Degrees Berger, a pectin removal of 87,47% and a wettability of 14,67 s. Comparison of enzymatic treatment with the alkaline wash through the knitted fabric characterization, confirmed that the bioscouring can be as effective as the conventional process.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Química. / Made available in DSpace on 2012-10-26T11:57:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 301775.pdf: 1532162 bytes, checksum: 5f9da1e3cc2b06a41a8e3d8bbdfcb96b (MD5) / In this work, the chemoenzymatic epoxidation of terpenes citronellol and â-caryophyllene is reported. Some experimental conditions, such as the use of different lipases and mycelia, oxidizing agents (H2O2 or UHP), reaction time, acyl donor type, temperature (15-45°C) and the influence of the organic medium, including the use of ionic liquids (ILs) were evaluated. In the epoxidation of citronellol two products were obtained; namely citronellol oxide 43 and/or citronellol epoxide ester 47. Depending on the reaction conditions, the product 43 was obtained in conv. >99%. CAL-B was the most efficient catalyst. The highest conversions were achieved for the epoxide 43 at 20 and 25 °C, with conv. of 80% and 77%. The organic medium was one of the most important parameters in this reaction. Using chloroform or dichloromethane, product 43 was obtained in conversions >99% after 24 h. Using mixtures of organic solvents and ILs, the results were dependent on both the organic solvent and the counter ion type in IL. These parameters were also evaluated when â-caryophyllene was used as the substrate. Using this substrate two products, the mono-epoxide 44 and the di-epoxide 45, were formed. The use of several lipases from different sources was also evaluated, and CAL-B was the most efficient catalyst (conv. >99% in 44). By the use of commercial lipases (Amano PS-C I, F-AP15, Amano PS-C SD, Amano PS, Amano AY 30, Amano PS IM, M Amano 10, 20 Amano AK, Amano PS-C II, A Amano 12, Lipozyme RM IM, Lipozyme IM), the conversions in product 44 were of 16-27%; by using the native lipases LAN and LRO the conversions were 20-23% and using the mycelia UEA_06 and UEA_53, the conversions were 16 and 21%, in 24 h. The best oxidizing agent was H2O2 as compared to UHP, considering that the reaction occurred in a shorter time and only a small amount of the reagent was necessary to obtain 44 or 45 as unique products in high conv. (60 ->99%). Using 2.0 mmol of H2O2, CAL-B could be reused up to 5 times with minimal loss in the conversion degrees to 44 (93-90%). The organic solvents were also selective. By using n-hexane, the preferential formation of 44 was observed with conv. >99% after 8 and 24 h reaction. When ethyl acetate and toluene were used, the conversions were of >99% on 45 after 8 and 24h. It is worth of mentioning that the chemoenzymatic methodology used mild conditions and presented selectivity, as depending on the reaction conditions only one product could be obtained in good conversion degrees.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química / Made available in DSpace on 2013-03-04T19:16:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 303477.pdf: 2662013 bytes, checksum: 4f7212291f40e5de14de7d1b5109106c (MD5) / Este trabalho ilustra três linhas de pesquisa que se interconectam para atingir um objetivo final, o de verificar a potencialidade de produção de biodiesel a partir de um material de partida ainda pouco estudado: o óleo de vísceras de frango e uma lipase obtida de uma cepa selvagem. Para isso, foram isoladas dezenove cepas fúngicas de um efluente bruto de um abatedouro de frangos, sendo que, destas, apenas três apresentaram atividade lipolítica. Através do cultivo das cepas em quatro formulações de meios de cultivo submersos, foi observado que o isolado 17 apresentou o maior valor de atividade enzimática, de 20,71 U/mL em meio de cultivo constituído por 50 mL efluente bruto de abatedouro de frangos, 0,5% (m/v) de peptona, pH inicial de 5,5, 0,25% (m/v) de óleo de oliva, 1% (m/v) de óleo de vísceras, 1% (m/v) de tween 80, 2% (m/v) de extrato de levedura, 1% (m/v) de NH4Cl, 0,1% (m/v) de NaNO3, 0,1% (m/v) de KH2PO4 e 0,01% (m/v) de MgSO4. Por esse motivo, esse isolado foi selecionado para os experimentos seguintes de otimização da produção de lipase, que consistiram de um planejamento Plackett-Burman seguido por um planejamento composto central rotacional. Os resultados mostraram que, através do uso de um meio constituído por 50 mL efluente bruto de abatedouro de frangos, 0,5% (m/v) de peptona, pH inicial de 5,5, 0,25% (m/v) de óleo de oliva, 3,41% (m/v) de óleo de vísceras, 2% (m/v) de tween 80, 2% (m/v) de extrato de levedura, 1% (m/v) de NH4Cl, 0,1% (m/v) de NaNO3, 0,1% (m/v) de KH2PO4 e 0,05% (m/v) de MgSO4, foi possível obter um máximo de rendimento de atividade enzimática de 43,51 U/mL. O extrato bruto foi concentrado utilizando-se sulfato de amônio a 40%. O concentrado enzimático foi imobilizado em esferas de quitosana/argila ativadas com glutaraldeído 3% (v/v). O rendimento de imobilização atingido foi de 80%. A análise do comportamento de atividade enzimática do extrato bruto e da enzima imobilizada foi realizado frente a diferentes temperaturas, pH(s), solventes, íons metálicos e tempo de estocagem. Para esses ensaios observou-se que a enzima imobilizada adquiriu maior estabilidade, porém a mesma não foi estável após cinco ciclos de reuso para a reação de hidrólise. Ensaios para obtenção de ésteres etílicos foram realizados com quatro sistemas diferentes envolvendo óleo de soja refinado, óleo de vísceras, extrato bruto enzimática e uma lipase comercial (Novozym 435). Os resultados revelaram que os ensaios utilizando óleo de soja com a lipase comercial e com a lipase do extrato bruto acarretaram nos maiores valores de conversão em ésteres, de 90,32 e 54,58%. Já os ensaios utilizando o óleo de vísceras com Novozym 435 e extrato bruto acarretaram em 35,17% e 28,11%. Apesar do fato do uso dos últimos sistemas apresentarem baixas taxas de conversão em ésteres, é importante ressaltar que os estudos realizados não são suficientes para descartar a possibilidade do uso deste tipo óleo para a produção de biodiesel.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2012 / Made available in DSpace on 2013-06-25T20:09:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 312895.pdf: 2613827 bytes, checksum: b6d40854db496509a4c0d5406b988e5c (MD5) / Este trabalho teve como objetivo a otimização dos parâmetros de reação para a produção de mono e diacilgliceróis catalisada pela lipase Novozym 435 em fluido pressurizado e ultrassom, na presença ou não de agentes surfactantes. A estratégia sequencial de planejamentos de experimentos mostrou-se útil na maximização das condições para a conversão do produto no sistema com fluido pressurizado utilizando Novozym 435 como catalisador, onde delineou-se as melhores condições para a realização de experimentos avaliando a cinética da reação. A condição ótima para conversão do produto em n-butano foi razão mássica de solventes (n-butano) para substratos de 4:1, pressão de 10 bar, razão molar de glierol:óleo de 2:1, agitação de 600 rpm, 70 ºC, concentração de AOT em 7,5 %, concentração de enzima de 7,5 % (para ambos em massa em relação aos substratos) em 2 horas, resultando em uma concentração de MAG e DAG de cerca de 71 % e 9 %, respectivamente. O estudo cinético de reação para a produção de MAG e DAG mostrou conversão satisfatória (~65 % MAG e 10 % DAG) em 6 horas de reação. Em sistema de ultrassom, os experimentos foram desenvolvidos em sistema batelada para o estudo das cinéticas das reações e avaliação dos efeitos da temperatura (50 a 70 ºC), concentração de enzima imobilizada (2,5 a 10 %, m/m, em relação aos substratos), relação molar de glicerol:óleo (0,8:1; 1:1; 2:1 e 3:1), com potência de ultrassom em 132 W. Os resultados mostraram que a glicerólise de óleo de oliva catalisada por lipase em meio ultrassônico pode ser uma potencial rota para a produção de MAG e DAG sem a utilização de surfactantes. Os resultados também mostraram que é possível maximizar a produção de MAG e/ou DAG, dependendo da relação molar de glicerol:óleo utilizada no sistema reacional. Elevados conteúdos de MAG (~39 %, m/m) e DAG (~45 %, m/m) foram obtidos usando relação molar de glicerol:óleo de 2:1 e 0,8:1, e concentrações de enzima de 7,5 % (m/m), ambos em 6 horas de reação a 70 ºC, 600 rpm e potência de 132 W. Os maiores conteúdos da mistura de MAG + DAG (~64 %, m/m) foram obtidos utilizando relação molar de glicerol:óleo de 0,8:1, a 70 ºC, 600 rpm, concentração de enzima de 7,5 % (m/m) e potência de 132 W.<br> / Abstract : This study aimed at optimizing the reaction parameters for the production of monoacylglicerols and diacylglycerols catalyzed by lipase Novozym 435 in pressurized fluid and ultrasound in the presence or absence of surfactants. The strategy of sequential planning of experiments proved to be useful in maximizing the conditions for the conversion of the product in the system with pressurized fluid using Novozym 435 as catalyst, which delimited the best conditions for the realization of experiments evaluating the reaction kinetics. The optimum condition for conversion of the product using n-butane as pressurized fluid was weight ratio of solvent (n-butane) to substrates of 4:1, pressure of 10 bar, glycerol:oil molar ratio 2:1, 600 rpm agitation, 70 °C, AOT concentration of 7.5% and enzyme concentration of 7.5% (both by substrates weight) in two hours of reaction, resulting in a concentration of MAG and DAG about 71% and 9%, respectively. The reaction kinetics study for the production of MAG and DAG showed satisfactory concentration (~ 65% MAG and 10% DAG) in 6 hours of reaction. In ultrasound system, the experiments were conducted in batch system for studying the reactions kinetic and evaluation of the effects of temperature (50 - 70 °C), concentration of immobilized enzyme (2.5 to 10% w/w, in relation to substrates), glycerol:oil molar ratio (0.8:1, 1:1, 2:1 and 3:1), with ultrasound power of 132 W. The results showed that the lipase-catalyzed glycerolysis of olive oil in ultrasonic system may be a potential route for the production of MAG and DAG without the use of surfactants. The results also showed that it is possible to maximize the production of MAG and/or DAG, depending on the molar ratio glycerol:oil used in the reaction system. High contents of MAG (~ 39%) and DAG (~ 45%) were obtained using a molar ratio glycerol: oil ratio of 2:1 and 0.8:1, and enzyme concentrations of 7.5% (w/w), both in 6 hours of reaction at 70 °C, 600 rpm and power of 132W. The highest content of the mixture MAG + DAG (~ 64%) were obtained using molar ratio glycerol:oil 0.8:1, at 70 °C, 600 rpm, enzyme concentration of 7.5% (w/w) and power of 132 W.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2013-12-05T23:06:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 319466.pdf: 1007269 bytes, checksum: d48120caac2cf34a5e4f645d35c4e551 (MD5) Previous issue date: 2013 / Este trabalho apresenta dados experimentais referentes à glicerólise de óleo de soja e óleo de canola utilizando como catalisador a enzima Novozym 435 em sistema livre de solvente e em ultrassom, para a produção de emulsificantes, monoacilgliceróis (MAGs) e diacilgliceróis (DAGs). Os experimentos com ambos os óleos foram realizados em modo batelada visando o estudo do efeito das variáveis de processo: temperatura (40 a 70 ºC), concentração de enzima imobilizada (2,5 a 10%, m/m, em relação aos substratos), relação molar de glicerol: óleo (0,8:1 a 3:1), agitação (0 a 1200 rpm) e potência do ultrassom (0 a 100%) na produção dos compostos de interesse. O ultrassom e a agitação foram estudados com o intuito de melhorar o contato entre os substratos imiscíveis (óleo e glicerol) e a enzima. Os resultados mostraram que a glicerólise catalisada por lipase em meio livre de solvente com auxílio do ultrassom pode ser uma potencial rota para a produção de altos conteúdos de MAGs e DAGs. Os resultados também mostraram que os maiores níveis de produtos, MAGs + DAGs, foram obtidos quando a razão molar utilizada foi de 0,8:1, para ambos os óleos estudados. Altos conteúdos de MAGs e DAGs foram obtidos usando relação molar de glicerol:óleo de 0,8:1 e concentrações de enzima de 10% (m/m), em 3 horas de reação, 70 ºC, 600 rpm e 40% de potência de ultrassom. Os maiores conteúdos da mistura de MAGs + DAGs (~75% m/m) foram obtidos utilizando relação molar de glicerol:óleo de 0,8:1, 70 ºC, 900 rpm, 120 minutos de reação, concentração de enzima de 10% (m/m) e 40% de potência de ultrassom, para o óleo de canola. Já o óleo de soja teve seus melhores resultados de conteúdo de MAGs + DAGs (~65% m/m) quando se utilizou a relação molar de glicerol:óleo de 0,8:1, 70 ºC, 900 rpm, 90 minutos de reação, concentração de enzima de 10% (m/m) e 40% de potência de ultrassom. Este estudo descreve a viabilidade da produção de compostos de alto valor agregado, monoacilgliceróis e/ou diacilgliceróis, utilizando óleos de relativo baixo custo e com ótimas características nutricionais. <br> / Abstract : This work presents experimental data referred to the glycerolysis of soybean and canola oils, using Novozym 435 as catalyst, in a solvent-free system under the effect of ultrasound bath, for the obtainment of monoacylcglycerols (MAGs) and diacylglycerols (DAGs) emulsifiers. The experiments with both oils were carried out in batch mode, focusing the study of the process variables: temperature (40 to 70 degree Celsius), concentration of the immobilized enzyme (2.5 to 10% w/w, related to the substrate amount), glycerol:oil molar ratio (0.8:1 to 3:1), agitation (0 to 1200 rpm) and ultrasound potency (0 to 100%) in the production of the compounds of interest. The ultrasound and the agitation effects were analyzed in order to improve the interaction between the immiscible substrates (oil and glycerol) and the enzyme. The results showed that glycerolysis catalyzed by lipase in a system without solvent with the application of ultrasound can be a potential route for the production of high contents of MAGs and DAGs. The results also revealed that higher levels of the desired products, MAGs + DAGs, were obtained when the molar ratio applied was 0.8:1 to both studied oils. High contents of MAGs and DAGs were obtained using this molar ratio and the enzyme concentration of 10% (m/m), during 3 hours of reaction, 70 degree Celsius, 600 rpm and 40% of ultrasound potency. The highest content of the MAGs + DAGs mixture (~75% m/m) was obtained utilizing the molar ratio glycerol:oil of 0.8:1, 70 °C, 900 rpm, 120 minutes of reaction, enzyme concentration of 10% (w/w) and 40% of the ultrasound potency, for the canola oil. For the soybean oil, the better results of the MAGs + DAGs mixture (~65% w/w) were obtained when it was used the molar ratio glycerol:oil of 0.8:1, 70 °C, 900 rpm, 90 minutes of reaction, enzyme concentration of 10% (w/w) and 40% of the ultrasound potency. This study therefore described the viability of the production of compounds of high value (mono and/or diacylglycerols), using relatively cheap oils with great nutritional characteristics.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2015 / Made available in DSpace on 2016-10-19T13:02:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 341247.pdf: 1634295 bytes, checksum: 38510aed70b9fe2ba0bf97043ae4375b (MD5) Previous issue date: 2015 / Este trabalho objetivou elucidar alguns aspectos técnicos da glicerólise enzimática de óleos e gorduras catalisada pela lipase imobilizada Lipozyme TL IM e avaliar a metodologia para acompanhamento dessa reação. Azeite de oliva extra-virgem (AOEV) foi utilizado como óleo modelo. Os ensaios cinéticos foram realizados através de reações não destrutivas e destrutivas, conduzidas entre 0 e 24 h, a 55ºC, sob agitação mecânica de 600 rpm, utilizando razão molar AOEV/glicerol 2:1 e biocatalisador a 10% m/m em relação aos reagentes. Para acompanhamento das reações, desenvolveu-se um método espectrofotométrico para quantificação de glicerol (Gli) e implementou-se o método consolidado AOCS Cd 11b-91 para quantificação de acilgliceróis por cromatografia a gás. O método espectrofotométrico permitiu acompanhar o perfil da concentração de Gli ao longo do tempo, mas os resultados mostraram que as etapas de preparo da amostra (filtração, lavagem e extração) requerem aprimoramento. O método AOCS Cd 11b-91 mostrou-se adequado para acompanhar a reação em função da formação de monoacilgliceróis (MAGs). Constatou-se que devido aos fenômenos de transporte de massa, os valores obtidos a partir de reações não destrutivas referem-se à dispersão de reagentes e produtos na fase líquida do meio reacional e que quantidade considerável do Gli permanece adsorvida no suporte hidrófilo do biocatalisador durante a reação. Para os ensaios com reações não destrutivas, obtiveram-se os seguintes valores para velocidade inicial de dispersão de MAG, frações mássicas máxima de MAG, mínima e máxima de glicerol respectivamente: , , , . Para os ensaios com reações destrutivas, foram obtidos os seguintes valores para velocidade inicial de formação de MAG, frações mássicas mínima de Gli e máxima de MAG respectivamente: , O rendimento final da reação em MAG ficou entre 0,31 e 0,47.<br> / Abstract: The present work aims to elucidate some technical features of the enzymatic glycerolysis of oils and fats catalyzed by the immobilized lipase Lipozyme TL IM, as well as evaluate the methodology required to monitor this reaction over time. Extra-virgin olive oil (EVOO) has been chosen to serve as the model oil. Kinetic experiments have been conducted by means of non-destructive and destructive reactions, between 0 and 24 hours, under 55ºC, 600 rpm of mechanical stirring, molar ratio EVOO/glycerol 2:1, and 10% of the total mass of the reagents as biocatalyst. In order to monitor the reaction course, a spectrophotometric method to quantify the glycerol (Gly) was developed, and the standard method AOCS Cd 11b-91 for acylglycerols quantification by gas chromatography was implemented. The spectrophotometric method allowed to establish the glycerol concentration profile over time; nevertheless, results have indicated that sample preparation steps (washing, filtration and extraction) must be improved. The AOCS CD 11b-91 method proved to be useful to monitor the reactions regarding the production of monoacylglycerols (MAG). It was observed that due to mass transport phenomena, values provided by non-destructive reactions are related to the dispersion of reagents and products through the reaction bulk, and that most of the total glycerol amount remains adsorbed to the hydrophilic support of the biocatalyst during the entire course of the reaction. The following results of initial velocity of MAG dispersion, maximum fraction mass of MAG, minimum and maximum fraction mass of Gly were provided by the experiments conducted through non-destructive reactions: , , , . Regarding the experiments conducted through destructive reactions, the following results of initial velocity of MAG production, minimum and maximum mass fraction of Gly and MAG were found: , , . The final yield of the reaction has varied between 0,31 and 0,47.

Orientador : David Alexander Mitchell / Co-orientadores : Prof. Dr. Marcos Lúcio Corazza e Profª Drª Nádia Krieger / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Ciências : Bioquímica. Defesa: Curitiba, 23/11/2015 / Inclui referências : f. 65-67 / Resumo: Na última década, o interesse pela produção de biodiesel catalisada por lipases tem aumentado consideravelmente. Uma das principais razões para isto deve-se à catálise enzimática representar uma alternativa "verde" à catálise química tradicionalmente empregada na indústria. Entretanto, embora a rota enzimática forneça produto de maior qualidade, em condições de reação mais amenas e ausência de reações laterais, sua implantação em escala industrial ainda é limitada pelos altos custos do biocatalisador. Recentemente, estratégias visando reduzir os custos de produção de biocatalisadores têm sido estudadas. Uma dessas estratégias é a produção de lipases por fermentação em estado sólido e a consecutiva aplicação destes sólidos fermentados diretamente ao meio reacional para catalisar reações de transesterificação ou esterificação. Outra estratégia para reduzir os custos na produção enzimática de biodiesel é realizar reações em sistemas livres de solventes, o que permite o uso de reatores menores e a redução do impacto ambiental e das etapas de extração e recuperação do biodiesel. Além disso, a utilização de matérias-primas residuais, como as borras ácidas, para a produção enzimática de biodiesel oferece possibilidade de reduzir significativamente o custo do processo, uma vez que a matéria-prima representa cerca de 70-85% do custo total de produção. O uso de sólido fermentado para a produção de ésteres do biodiesel a partir de ácidos graxos da borra do óleo de soja em sistema livre de solvente foi investigado recentemente, onde foi mostrado que cerca de 30% do meio reacional era sorvido pelo sólido fermentado e que este meio sorvido tinha composição diferente da encontrada para o meio de reação líquido. A composição dessa fase sorvida, que representa o microambiente da lipase no sólido, tem implicações diretas na modelagem cinética da reação. Assim, o objetivo deste trabalho foi desenvolver um modelo cinético combinado com o efeito de sorção para descrever a reação de esterificação de ácidos graxos da borra ácida do óleo de soja catalisada por sólido fermentado com atividade lipolítica em sistema livre de solvente. A sorção dos componentes do meio ao sólido fermentado seguiu uma isoterma de Langmuir multicomponente, enquanto a equação cinética foi expressa em termos de composição da fase sorvida. Com um único conjunto de parâmetros, foi possível encontrar bom ajuste do modelo aos dados experimentais obtidos nos estudos anteriores para três razões molares etanol:ácidos graxos (1:1, 1,5:1, 3:1), tanto para perfis de conversão quanto para composição nas fases líquida e sorvida. Além disso, foram construídos diagramas ternários experimentais de Equilíbrio Líquido-Líquido para o sistema "ácidos graxos + etanol + água + ésteres etílicos", e também foi feita a modelagem termodinâmica para este sistema. Este modelo termodinâmico pode ser usado, futuramente, para prever a separação das fases orgânica e aquosa no reservatório do sistema, permitindo o uso do modelo cinéticosorção para um sistema onde somente a fase orgânica do reservatório seja retornada ao leito fixo que contém o sólido fermentado. Com isso, o modelo poderá ser utilizado para realizar o escalonamento do processo de produção enzimática de biodiesel. Palavras-chave: biodiesel, Burkholderia cepacia, equilíbrio líquido-líquido, esterificação, lipase, sólido fermentado, modelagem cinética, modelagem termodinâmica / Abstract: Over last decade, interest on biodiesel production catalyzed by lipases has been increased. One of the most important reasons for this is because enzymatic catalysis represents a greener alternative to chemical catalysis used on industry traditionally. However, although enzymatic route yields higher quality product at mild conditions with no side reactions its implementation in large scale is limited yet by high biocatalyst costs. Recently, strategies aiming to reduce production costs of biocatalysts have been studied. One of these strategies is producing lipases by solid state fermentation and consecutively applying these fermented solids in reaction media to catalyze transesterification and esterification reactions. Other strategy to reduce enzymatic biodiesel production costs is performing reactions in solvent-free systems, which allows using smaller reactors and decreasing environmental impact and extraction and recovery steps. Furthermore, the use of cheaper feedstocks, as soapstocks, to enzymatic production of biodiesel offers possibility of reducing process cost significantly, since feedstocks represent around 70-85% of whole production cost. Using fermented solid to produce biodiesel esters from fatty acids from soybean soapstock acid oil has been investigated recently, and it was shown that up to 30% of the total mass of the reaction medium sorbed onto the fermented solids during the process and that this sorbed phase had a composition that was quite different from that of the bulk reaction medium. Composition of sorbed phase, which represents lipase microenvironment into fermented solid, has implications in modeling reaction kinetics. Therefore, the aim of this study was develop a combined sorption-kinetic model capable of describing the reaction profiles in the esterification of fatty acids from soybean soapstock acid oil catalyzed by fermented solid with lipolytic activity in a solvent-free system. The sorption of the medium components onto the fermented solids followed a multicomponent Langmuir isotherm, while the kinetic equation was expressed in terms of the composition of the sorbed phase. With a single set of parameters, the model adjusted well to the experimental results for three different ethanol to fatty acid molar ratios (1:1, 1.5:1 and 3:1), not only for the overall conversion profile, but also for the compositions of the bulk reaction medium and the sorbed phase. Moreover, experimental ternary diagrams of Liquid-Liquid Equilibrium of system "fatty acids + ethanol + water + ethyl esters" were constructed and also thermodynamic modeling was performed to this system. These data could be used further to predict separation of organic and aqueous phases in reaction reservoir, allowing the use of kinetic-sortion model to a system where only organic phase be recycled to the packed bed that contains fermented solid. From this perspective, model would be applied to guide scale-up of enzymatic biodiesel production. Keywords: biodiesel, Burkholderia cepacia, liquid-liquid equilibrium, esterification, lipase, fermented solid, kinetic modeling, thermodynamic modeling

Made available in DSpace on 2014-08-13T14:50:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-02-21Bitstream added on 2014-08-13T17:59:58Z : No. of bitstreams: 1 000768347_20160221.pdf: 161112 bytes, checksum: 81652a09b62d246f4c78fc239ef06ae2 (MD5) Bitstreams deleted on 2016-02-22T11:12:47Z: 000768347_20160221.pdf,. Added 1 bitstream(s) on 2016-02-22T11:13:41Z : No. of bitstreams: 1 000768347.pdf: 885551 bytes, checksum: 3352268d651e4caf0f5c3131e9467935 (MD5) / As lipases, também chamadas de glicerol éster hidrolases, são enzimas que fazem parte do grupo das serina hidrolases, tendo como substrato, triglicerídeos. O modo de ação das lipases assemelha-se ao das esterases, realizando a hidrólise das ligações ésteres-carboxílicas de acilgliceróis, formando ácidos graxos e glicerol. Processos de bioconversão enzimática têm sido bastante utilizados na produção, transformação e valorização de matérias-primas. Avanços na tecnologia enzimática, como a imobilização de enzimas, possibilitaram a modificação das propriedades cinéticas e da estabilidade destas moléculas contribuindo com o aumento no potencial de aplicações das mesmas. O presente trabalho teve por objetivo estudar diferentes métodos de imobilização de lipases em suportes de sílica, bem como os efeitos deste procedimento, visando melhorar a funcionalidade das enzimas e o maior rendimento econômico nos processos industriais. Os métodos de imobilização escolhidos para os estudos foram: adsorção física, ligação covalente e encapsulação. O processo de imobilização de lipase em Celite (adsorção física) foi otimizado levando em conta o pH, porcentagem da concentração enzima:suporte e temperatura ótimos de atividade enzimática. Também se utilizou Celite como suporte para a imobilização de lipase por ligação covalente, onde se obteve os melhores resultados com atividade enzimática 20% a 40 ºC e eficiência de imobilização de 50%. A celite foi ativada com 3-aminopropiltrietoxisilano e glutaraldeído. Por último, foi avaliada a possibilidade de encapsulação da lipase utilizando o precursor tetraetilortossilicato (TEOS). Os resultados obtidos nesta última metodologia não se mostraram satisfatórios. Logo, com os dados obtidos, podemos dizer que uma boa manutenção da atividade catalítica depende do tipo de retenção (química ou física) e da força de interação ... / Lipases, also known as glycerol ester hydrolases , are enzymes that belong to the group of serine hydrolases. The mode of action of lipases is very similar to esterase group, performing the hydrolysis of carboxylic esters of glycerides - forming fatty acids and glycerol. The enzymatic bioconversion processes have been widely used in manufacturing, processing and recovery of raw materials. Advances methodology for immobilization of enzyme have allowed the modification of the kinetic properties and stability of these molecules contributing to the increase in the potential applications of the same. The present work is aimed to study different methods of immobilization of lipases in silica supports, and the effects of this procedure to improve the functionality of enzymes. The immobilization methods chosen for the studies were: physical adsorption, covalent bonding and encapsulation process. The process of immobilization of lipase on Celite (by physical adsorption) was optimized taking into account several parameters such as: pH, the enzyme concentration:support and temperature for enzyme activity. Celite was also used as a support for the immobilization of lipase by covalent bond, where best results were obtained with 20% enzymatic activity at 40 ° C and immobilization efficiency of 50%. The celite was activated with 3-aminopropyltriethoxysilane and glutaraldehyde. Finally, we have studied the possibility of encapsulation of lipase using the precusor tetraethylorthosilicate (TEOS). The results of this last methodology were not satisfactory. These results show that to maintain a good catalytic activity depends on the type of immobilization chose (chemical or physical) and the strength of the interaction between the enzyme and support, which can cause structural distortions in the protein, leading maintenance or a decrease in catalytic activity