O conhecimento de propriedades físicas de sistemas contendo compostos graxos e solventes é de grande relevância, pois essas informações são essenciais no projeto de tubulações e equipamentos, assim como na simulação e otimização de processos. A aquisição de dados em todas as condições de interesse não é viável e métodos para estimar estas propriedades são de grande importância prática. Esta tese de doutorado teve por objetivos a obtenção de dados das propriedades físicas de sistemas contendo compostos graxos; ajuste e obtenção de novos parâmetros do modelo UNIFAC-VISCO, além de realização de testes preditivos com outros modelos para fins de comparação; determinação indireta e correlação dos dados de volume molar de excesso e coeficiente de atividade na diluição infinita. Foram estudados 218 sistemas, totalizando 2404 pontos experimentais para densidade, 2404 dados de viscosidade, e 199 dados de tensão superficial. Além disso, foram obtidos dados indiretos de volume molar em excesso e coeficiente de atividade para sistemas constituídos por ésteres metílicos e acilglicerol parcial. A influência da temperatura e composição foi estudada, sendo que tanto a densidade quanto a viscosidade foram influenciadas pelos parâmetros citados. A estimativa de densidade utilizando regras de mistura apresentou desvio médio relativo (DMR) menor do que 1%, enquanto que a predição utilizando a versão adaptada do modelo GC-VOL resultou em DMR variando na faixa de 5% a 40%. Para a viscosidade, as regras de mistura proporcionaram desvios entre 0,6% a 204%, enquanto que o modelo UNIFAC-VISCO resultou em desvios em torno de 10% para predição. Para a tensão superficial, os parâmetros de um modelo baseado na Equação de Wilson foram ajustados, e a predição de sistemas multicomponentes resultou em desvios menores do que 7%. Uma equação para estimativa de composição residual foi estudada com base nos dados indiretos de volume molar em excesso e coeficiente de atividade na diluição infinita. / The knowledge of physical properties of systems formed by fatty compounds and solvents has great relevance because these information are essential for the design of equipments and optimization of processes. It is not feasible to gather an experimental database thus, prediction models become of great potential and practical value. The objective of this Ph.D. thesis was to form an experimental database of physical properties of fatty compounds systems; data adjust to obtain new parameters of the UNIFAC-VISCO model, besides performing predictive tests with other models for comparison purposes;and indirect determination and correlation of excess molar volume and activity coefficient at infinite dilution. 218 systems were studied, resulting in 2404 density data, 2404 viscosity data, and 199 surface tension data. In addition, indirect data of excess molar volume and activity coefficient were obtained for systems formed by methyl esters and partial acylglycerol. The influence of temperature and composition were studied, and both density and viscosity are influenced by the mentioned parameters. The density estimation by mixing rules resulted in average relative deviation (ARD) lower than 1%, while prediction using the GC-VOL model resulted in an ARD range of 5% - 40%. For viscosity, the mixing rules resulted in deviations from 0.6% to 204%, and the UNIFAC-VISCO model presented ARD around 10% for data prediction. For surface tension, the parameters of a Wilson\'s Equation based model were adjusted, and the prediction of multicomponent systems resulted in deviations lower than 7%. An equation for estimate the residual composition was studied based on indirect data of excess molar volume and coefficient of activity at infinite dilution.

Orientador: Vânia Regina Nicoletti / Coorientador: Ana Paula Badan Ribeiro / Coorientador: Yrjö Henrik Roos / Banca: Fábio Yamashita / Banca: Wanderley Pereira de Oliveira / Banca: Maria Aparecida Mauro / Banca: Márcio José Tiera / Resumo: A proposta desse trabalho foi a produção e caracterização de emulsões e microcápsulas de óleo de buriti utilizando isolado proteico de soja e pectina de alta metoxilação como estabilizantes. Os biopolímeros foram caracterizados, individualmente, por meio de análises de solubilização, carga, turbidimetria e microscopia ótica. O complexo isolado proteico de soja-pectina de alta metoxilação foi caracterizado por ensaios de turbidimetria e microscopia ótica. Para caracterizar o óleo de buriti realizaram-se determinações de propriedades físico-químicas e termofísicas, matéria insaponificável, composição em ácidos graxos, classes acilglicerólicas, composição triacilglicerólica, classes triacilglicerólicas e comportamento térmico. As emulsões de óleo de buriti foram caracterizadas por análises de estabilidade, tamanho das gotas, condutividade elétrica, intensidade de cargas, microscopia ótica, microscopia confocal de varredura a laser e microscopia eletrônica de varredura. O comportamento reológico das emulsões foi analisado através de ensaios em cisalhamento constante e cisalhamento oscilatório. Microcápsulas de óleo de buriti foram obtidas por meio da secagem por spray dryer da emulsão de óleo de buriti otimizada e adicionou-se maltodextrina como adjuvante de secagem. As microcápsulas, por sua vez, foram caracterizadas por meio das análises de cor, umidade, rendimento, tamanho de partículas, eficiência de encapsulação e retenção de carotenoides, eficiência de encapsulação e... / Abstract: The aim of this study was the preparation and characterization of buriti oil emulsions and microcapsules using soy protein isolate and high-methoxyl pectin as stabilizers. The biopolymers were characterized individually by analysis of solubilization, charge, turbidity and optical miscrocopy. The soy protein isolate-high-methoxyl pectin complexes were characterized by turbidity and optical microscopy analyses. Characterization of the buriti oil was performed by analyses of physicochemical and thermophysical properties, unsaponifiable matter, fatty acid composition, acylglycerol classes, triacylglycerol composition, triacylglycerol classes, and thermal behavior. The buriti oil emulsions were characterized by analyses of stability, particle size, electric conductivity, zeta potencial, optical microscopy, confocal laser scanning microscopy, and scanning electron microscopy. The rheological behavior of the emulsions was analyzed by constant shear and oscillatory shear tests. The buriti oil microcapsules were produced by spray drying of the optimized conditions for elaborating buriti oil emulsion added with maltodextrin as a drying aid. The microcapsules, in turn, were evaluated by analyses of colour, moisture content, encapsulation yield, particle size distribution, encapsulation efficiency and retention of carotenoids, encapsulation efficiency and retention of oil, water sorption, water plasticization and mechanical relaxation. The microcapsules morphology was analysed by ... / Doutor

O conhecimento de propriedades físicas de sistemas contendo compostos graxos e solventes é de grande relevância, pois essas informações são essenciais no projeto de tubulações e equipamentos, assim como na simulação e otimização de processos. A aquisição de dados em todas as condições de interesse não é viável e métodos para estimar estas propriedades são de grande importância prática. Esta tese de doutorado teve por objetivos a obtenção de dados das propriedades físicas de sistemas contendo compostos graxos; ajuste e obtenção de novos parâmetros do modelo UNIFAC-VISCO, além de realização de testes preditivos com outros modelos para fins de comparação; determinação indireta e correlação dos dados de volume molar de excesso e coeficiente de atividade na diluição infinita. Foram estudados 218 sistemas, totalizando 2404 pontos experimentais para densidade, 2404 dados de viscosidade, e 199 dados de tensão superficial. Além disso, foram obtidos dados indiretos de volume molar em excesso e coeficiente de atividade para sistemas constituídos por ésteres metílicos e acilglicerol parcial. A influência da temperatura e composição foi estudada, sendo que tanto a densidade quanto a viscosidade foram influenciadas pelos parâmetros citados. A estimativa de densidade utilizando regras de mistura apresentou desvio médio relativo (DMR) menor do que 1%, enquanto que a predição utilizando a versão adaptada do modelo GC-VOL resultou em DMR variando na faixa de 5% a 40%. Para a viscosidade, as regras de mistura proporcionaram desvios entre 0,6% a 204%, enquanto que o modelo UNIFAC-VISCO resultou em desvios em torno de 10% para predição. Para a tensão superficial, os parâmetros de um modelo baseado na Equação de Wilson foram ajustados, e a predição de sistemas multicomponentes resultou em desvios menores do que 7%. Uma equação para estimativa de composição residual foi estudada com base nos dados indiretos de volume molar em excesso e coeficiente de atividade na diluição infinita. / The knowledge of physical properties of systems formed by fatty compounds and solvents has great relevance because these information are essential for the design of equipments and optimization of processes. It is not feasible to gather an experimental database thus, prediction models become of great potential and practical value. The objective of this Ph.D. thesis was to form an experimental database of physical properties of fatty compounds systems; data adjust to obtain new parameters of the UNIFAC-VISCO model, besides performing predictive tests with other models for comparison purposes;and indirect determination and correlation of excess molar volume and activity coefficient at infinite dilution. 218 systems were studied, resulting in 2404 density data, 2404 viscosity data, and 199 surface tension data. In addition, indirect data of excess molar volume and activity coefficient were obtained for systems formed by methyl esters and partial acylglycerol. The influence of temperature and composition were studied, and both density and viscosity are influenced by the mentioned parameters. The density estimation by mixing rules resulted in average relative deviation (ARD) lower than 1%, while prediction using the GC-VOL model resulted in an ARD range of 5% - 40%. For viscosity, the mixing rules resulted in deviations from 0.6% to 204%, and the UNIFAC-VISCO model presented ARD around 10% for data prediction. For surface tension, the parameters of a Wilson\'s Equation based model were adjusted, and the prediction of multicomponent systems resulted in deviations lower than 7%. An equation for estimate the residual composition was studied based on indirect data of excess molar volume and coefficient of activity at infinite dilution.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:03Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-07-20Bitstream added on 2014-06-13T19:40:50Z : No. of bitstreams: 1 luzia_dmm_dr_sjrp_parcial.pdf: 73784 bytes, checksum: fd953c88e093fe0b7d61159111728f4a (MD5) Bitstreams deleted on 2014-08-22T14:57:09Z: luzia_dmm_dr_sjrp_parcial.pdf,Bitstream added on 2014-08-22T15:02:10Z : No. of bitstreams: 1 000697095.pdf: 1163686 bytes, checksum: a684d5daece60a282ad48a85448f0d1b (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / A demanda de óleos vegetais com constituintes bioativos vem aumentando nos últimos anos devido à presença de componentes especiais, os quais os caracterizam como alimentos funcionais. Por ser um campo de estudo relativamente recente, há necessidade de um maior número de pesquisas sobre os óleos vegetais que contêm substâncias biologicamente ativas. Este trabalho teve como principal objetivo caracterizar os óleos extraídos de sementes de frutos do cerrado brasileiro a fim de identificar compostos bioativos para avaliar a possível aplicação em alimentos. Nas sementes de araticum, baru, buriti, jatobá, jenipapo, pequi e sapoti foram realizadas a determinação da composição química centesimal (umidade, lipídios, proteínas, cinzas, fibras e carboidratos totais, por diferença) e nutricional, e nos óleos extraídos das sementes foram analisadas as características físico-químicas (ácidos graxos livres, acidez, índices de peróxidos, de refração, de iodo e de saponificação e matéria insaponificável), a determinação do índice de estabilidade oxidativa, a capacidade antioxidante, por meio dos sistemas β-caroteno/ácido linoleico, DPPH•, FRAP e ABTS•+, bem como a composição em fitosteróis, tocoferóis, compostos fenólicos totais, carotenoides totais e ácidos graxos. Os resultados foram submetidos às análises de variância e testes de Tukey para as médias a 5% empregando o programa ESTAT, versão 2.0. As sementes de araticum, baru e pequi foram as que apresentaram maiores porcentagens de lipídios, 28,24, 38,47 e 51,58%, respectivamente, possibilitando a extração de óleo das mesmas como alternativa para o aproveitamento comercial, e ainda, as sementes do cerrado brasileiro apresentaram elevadas porcentagens de fibras insolúveis, assim como quantidades consideráveis de proteínas, carboidratos... / The demand for vegetable oils with bioactive constituents has increased in recent years due to the presence of special components, which characterize them as functional foods. Since it is a relatively new field of study, there is a need for more research on the vegetable oils that contain biologically active substances. This study aimed to characterize the oil extracted from seeds of fruits from the Brazilian cerrado in order to identify bioactive compounds to evaluate possible application in food. The determinations of the proximate (moisture, lipids, protein, ash, fibers and total carbohydrates, by difference) and nutritional compositions were conducted in the seeds, and in oils extracted from the seeds, physicochemical characteristics were analyzed (free fatty acids, acidity, peroxides values, refraction, iodine and saponification and unsaponifiable matter), determining the rate of oxidative stability, the antioxidant capacity, by means of the β-carotene/linoleic acid, DPPH●, FRAP and ABTS●+ systems, as well as the composition in phytosterols, tocopherols, total phenolic compounds, total carotenoids and fatty acids. The results were submitted to analysis of variance and Tukey test for 5% average, using the ESTAT program, version 2.0. The araticum, baru and pequi seeds showed the highest percentage of lipids, 28.24, 38.47 and 51.58%, respectively, enabling the extraction of oil from them as an alternative to commercial use. Also, the seeds of the Brazilian cerrado fruits showed high percentages of insoluble fibers, as well as considerable amounts of protein, total carbohydrates and good caloric sources, besides significant levels of minerals such as Ca, K, Mg, Na and P, which enable them to be used in food and feed. Regarding physicochemical properties, oils presented characteristics that are similar to those of... (Complete abstract click electronic access below)

O presente estudo teve como objetivo avaliar o potencial de diferentes espécies de fungos filamentosos do gênero Penicillium, possuindo elevada expressão de atividade lipolítica (glicerol éster hidrolase - EC 3.1.1.3), para utilização na hidrólise de óleos vegetais. Na primeira etapa foi avaliado o crescimento de dez espécies isoladas de diferentes habitats empregando meio de cultura líquido sintético, contendo azeite de oliva como principal fonte de carbono. Os parâmetros de resposta adotados foram: crescimento de biomassa celular e atividade hidrolítica no micélio e no filtrado (extracelular) e por meio destes ensaios foi possível selecionar três espécies produtoras de lipase retida no micélio com elevada atividade (> 150 U/g), P. italicum AT4421, P. janthinellum CCT3162 e P. purpurogenum AT2008. A atividade ligada ao micélio mais elevada foi obtida para P. italicum (199,3±9,5 U/g) o qual também apresentou a menor atividade no filtrado, resultando em uma relação entre as atividades ligadas ao micélio e extracelular da ordem de 10 vezes. As lipases das outras duas espécies também apresentaram baixas atividades no filtrado, correspondendo a proporções de atividades micélio/extracelular entre 9 a 7, a saber: P. purpurogenum (8,7), P. janthinellum (7,8). A determinação das propriedades bioquímicas e cinéticas das lipases dos fungos selecionados revelou valores similares de atividades máximas, abrangendo a faixa de temperatura e pH de 35-45 °C e 7-7,5, respectivamente. Os valores de Km variaram de 123,6 a 151,3 mM e os valores de Vmax entre 387,6 e 539,1 ?mol/min. Quanto à estabilidade térmica verificou-se que lipase de P. janthinellum foi a menos estável a 50 °C (t1/2 = 0,92 h) e a P. purpurogenum a mais estável (t1/2 = 1,21 h). Testes de hidrólise de óleos vegetais com diferentes composições em ácidos graxos foram efetuados para determinar a especificidade de cada lipase por ácido graxo. Para a lipase da espécie P. purpurogenum a maior porcentagem de hidrólise foi obtida quando utilizado óleo de coco, resultando em 60,6±0,6% em ácidos graxos livres. Ambas as lipases de P. italicum e P. janthinellum, revelaram elevada especificidade para óleos vegetais contendo ácido oleico como componente majoritário, como o óleo de canola, resultando em graus de hidrólise de 77,1±1,9% e 60,3±1,9% respectivamente. Para todas as lipases testadas, a concentração adequada do substrato foi estabelecida em 25% m/m (3:1 razão água/óleo) e a utilização de ondas ultrassonoras forneceu incrementos de pelo menos 1,2 vezes no grau de hidrólise em curto período de tempo (5 a 8 h). A composição dos hidrolisados por cromatografia gasosa indicam que as lipases das três espécies selecionadas foram capazes de enriquecer o meio com ácidos graxos obedecendo a composição de suas respectivas matérias-primas lipídicas. Para as lipases de P. italicum e P. janthinellum utilizando o óleo de canola, os ácidos graxos liberados foram basicamente insaturados, sendo que aproximadamente 50% desse material foi composto por ácido oleico (C18:1). Para a lipase de P. purpurogenum utilizando o óleo de coco, a composição de seu hidrolisado foi aproximadamente 50% de ácido láurico (C12:0). Potenciais aplicações deste procedimento são as reações de hidrólises de óleos vegetais para obtenção de concentrados de ácidos graxos de alto valor agregado (ômega 6), pré-tratamento de efluentes da indústria alimentícia e uma excelente alternativa na utilização em reações de hidroesterificação para produção de biocombustíveis utilizando matérias-primas de baixa qualidade. / The aim of this study was to evaluate the potential of different species from filamentous fungi the genus Penicillium, with high expression in lipolytic activity (glycerol ester hidrolase EC 3.1.1.3), for using in the hydrolysis of vegetable oils. Ten species of Penicillium genus, isolated from different habitats, were growth in synthetic liquid medium containing olive oil as main carbon source, and the selection was based on the following parameters: biomass growth and hydrolytic activities attained in the mycelium bound and filtrate (extracellular). Under these conditions, three lipases producing species (P. italicum AT4421, P. janthinellum CCT3162 and P. purpurogenum AT2008) were selected by retaining high activity in the mycelium (> 150 U/g) and lower activity in the filtrate. P. italicum was found to have the highest lipase mycelium-bound activity (199.3±9.5 U/g) lower filtrate activity (mycelium-bound and extracellular activity ratio of 10-fold). The other species also showed low filtrate lipolytic with mycelium-bound and extracellular activity ratios of 8.7 and 7.8-fold for P. purpurogenum and P. janthinellum, respectively. The determination of biochemical and kinetic properties of the lipases resulted in similar maximum activities at pH and temperature range of 35-45ºC and 7-7.5, respectively. Values for Km varied from 123.6 to 151.3 mM and Vmax values between 387.6 and 539.1 ?mol/min. The thermal stability assays showed that lipase of P. janthinellum was less stable at 50 °C (t1/2=0.92h) and P. purpurogenum was the most stable (t1/2=1.21h). The selected mycelium-bound lipases were assayed in the hydrolyis of vegetable oils having different fatty acids composition. This allowed determining for each lipase its selectivity for fatty acids. According to the results, P.purpurogenum lipase was found to have the highest hydrolysis percentage with saturated vegetable oils, such as coconut oil attaining 60.6±0.6% of free fatty acids. Both P. italicum and P. janthinellum lipases showed high selectivity for vegetable oil rich in oleic acid, such as canola oil, resulting in hydrolysis degrees of 77.1 ± 1.9% and 60.3±1.9%, respectively. For all tested lipases suitable substrate concentration was established at 25% w/w (3:1 water/oil ratio) and the use of ultrasound irradiations provided increments in the degree of hydrolysis of at least 1.2 fold in short period of time (5 to 8 h). The hydrolysate composition determined by gas chromatography indicated that all the three selected lipases were able to enrich the medium with fatty acids according to their respective lipid raw materials. For the lipase from P. italicum and P. janthinellum using canola oil, the fatty acids released were basically unsaturated, and approximately 50% of this material was composed of oleic acid (C18:1). For the lipase from P. purpurogenum using coconut oil, its composition was approximately 50% hydrolysate of lauric acid (C12:0). Potential applications of this procedure are the hydrolysis of vegetable oils for obtaining high valuable fatty acids (omega 6), pretreatment of wastewater from food industries and an excellent alternative in hidroesterification reactions to biofuel production using low-quality raw materials.

Biodiesel consiste de ésteres alquílicos de ácidos graxos produzidos pela transesterificação de triglicerídeos com álcoois de cadeia curta. Tradicionalmente, a reação ocorre na presença de catalisadores químicos, como álcalis ou ácidos. A utilização alternativa de lipases como biocatalisadores na reação de síntese do biodiesel não gera materiais residuais tóxicos, e o glicerol pode ser facilmente recuperado sem um processamento complexo. Neste trabalho estudou-se a síntese de biodiesel através da transesterificação enzimática de óleos vegetais e álcoois de cadeia curta catalisada pela lipase de Thermomyces lanuginosus (TLL). Primeiramente, as condições da reação de transesterificação, entre óleo de soja e etanol catalisada pela TLL em sua forma livre foram otimizadas através de planejamento experimental e da metodologia de superfície de resposta. A seguir, foram estudadas as condições para a reação catalisada pela TLL imobilizada comercial (Lipozyme TL-IM). Na etapa seguinte foram avaliados diferentes óleos vegetais (óleo de soja, óleo de girassol e óleo de arroz) e álcoois (metanol, etanol, propanol e butanol), na reação de transesterificação catalisada por três derivados enzimáticos comerciais de lipases de diferentes fontes (Lipozyme TL-IM, Novozym 435, Lipozyme RMIM), onde se verificou que cada lipase apresentou uma especificidade diferente em relação ao álcool preferente para a reação de transesterificação. Além disso, a reação utilizando diferentes óleos vegetais apresentou resultados semelhantes, mostrando ser este um fator mais dependente do ponto de vista econômico que processual. Também se estudou diferentes tratamentos para melhorar o reuso da lipase imobilizada, onde a lavagem do derivado com n-hexano, após cada ciclo, manteve a atividade da lipase em torno de 90% da atividade inicial após sete ciclos. Prosseguindo, foi estudada a imobilização e estabilização da TLL através da ligação covalente multipontual em suporte glioxil-agarose. Para obter isto se procedeu a aminação química da superfície da enzima, o que permitiu a obtenção de um derivado com alto grau de imobilização e alta estabilidade quanto à inativação por temperatura e solventes orgânicos. A seguir avaliou-se a possibilidade de reativação de derivados submetidos a processos de inativação. Em um primeiro momento os estudos foram realizados com derivados de TLL imobilizada unipontualmente em agarose ativada com brometo de cianogênio, onde foi possível obter a reativação completa do derivado inativado por solventes orgânicos através de incubação em meio aquoso. Verificou-se também que um dos principais pontos que dificultam a reativação de lipases é a recuperação do mecanismo de abertura do lid, que é facilitado com a presença de detergentes. Logo, estudos de reativação com derivados imobilizados por ligação covalente multipontual, mostraram que este tipo de imobilização auxilia no processo de reativação por oferecer mais pontos de referência no momento da reativação. A etapa final deste trabalho foi a aplicação do derivado de TLL imobilizado multipontualmente em suportes glioxil na reação de síntese de biodiesel. Verificou-se que este derivado foi mais ativo que o derivado comercial (Lipozyme TL-IM) na reação de transesterificação entre etanol e óleo de soja, obtendo 100% de conversão nas condições previamente otimizadas com presença de nhexano no meio de reação. Porém, quando se realizou a reação em dois passos, isto é a adição do etanol em duas etapas, foi possível obter 100% de conversão em 10 h de reação em um meio sem solvente. / Biodiesel consists of fatty acids alkyl esters, produced by transesterification of triglycerides with short-chain alcohols. Traditionally, the reaction occurs in the presence of chemical catalysts, such as acid or alkali. The alternative use of lipases as biocatalysts in the reaction of synthesis of biodiesel does not generate toxic waste material, and the glycerol can easily be recovered without complex processing. In this work it was studied the synthesis of biodiesel by transesterification of vegetable oils and short-chain alcohols catalyzed by lipase from Thermomyces lanuginosus (TLL). First, the conditions of transesterification reaction from soybean oil and ethanol catalyzed by TLL in its free form were optimized by experimental design and response surface methodology. Next, we studied the conditions for the reaction catalyzed by commercial immobilized TLL (Lipozyme TL-IM). In the next stage were evaluated some vegetable oils (soybean oil, sunflower oil and rice bran oil) and alcohols (methanol, ethanol, propanol and butanol) in the transesterification reaction catalyzed by three commercial enzyme preparations of lipases from different sources (Lipozyme TL-IM, Novozymes 435, Lipozyme RM-IM), where it was found that each lipase presented a different specificity in relation to preferred alcohol for the reaction of transesterification. In addition, the reaction using different vegetable oils presented similar results, showing that it is more dependent on the economic than technical aspects. It was also studied different treatments to improve the reuse of immobilized lipase, where washing the derivative with n-hexane after each batch, showed the high stability of the system, with activities of 90 % still remaining after seven cycles. Thus, it was studied the immobilization and stabilization of TLL through covalent multipoint immobilization in glyoxyl-agarose support. For this procedure, a chemical amination of the enzyme surface, allowed obtaining a derivative with a high degree of immobilization and high stability for inactivation by temperature and organic solvents. Then, it was evaluated the possibility of reactivation of derivatives previously inactivated. At first, the studies were carried out for TLL mild immobilized in cyanogen bromide activated agarose, where it was able to fully reactivate the derivative inactivated by organic solvents through incubation in aqueous medium. It was also noted that one of the main points that difficult the reactivation of lipases is the recovery of the mechanism for lid opening, which is helped by the presence of detergents. So, studies of reactivation with derivatives immobilized by multipoint covalent attachment showed that this type of immobilization helps the reactivation process by offering more reference points at the moment of reactivation. The final step of this study was the application of the TLL derivative multipointly immobilized on glyoxyl supports in the reaction of synthesis of biodiesel. It was found that this derivative was more active than the commercial derivative (Lipozyme TL-IM) in the transesterification reaction between ethanol and soybean oil, reaching 100% of yield conversion under the previously optimized conditions with the presence of n-hexane in the reaction medium. However, in the two stepwise ethanolysis it was possible to obtain 100% conversion in 10 h of reaction in a solvent-free system.

Na primeira etapa deste trabalho foram sintetizados novos ligantes do tipo N-piridínicos, derivatizados de cadeias de ácidos graxos, a partir dos óleos vegetais de babaçu e canola in natura, aqui denominados ligantes Graxo-Amida (GA). Estes foram caracterizados por espectroscopia na região de infravermelho (IV) e ressonância magnética nuclear de hidrogênio e carbono (RMN 1H e 13C). Os ligantes foram coordenados a centros de rutênio do tipo cis-[RuCl2(LL)2] onde LL = 2,2\'-bipiridina, em que os ligantes cloro foram substituídos por duas unidades do ligante Graxo-Amida. Os íons complexos obtidos do tipo [Ru(bpy)2(GA)2]2+ foram caracterizados por análise elementar (CHN), IV, voltametria cíclica, espectroscopias eletrônicas de absorção e emissão e RMN (1H e 13C). Os voltamogramas obtidos mostraram uma diferença de potencial redox entre o complexo sintetizado com o óleo de canola e o sintetizado com o óleo de babaçu, ao comparar esses resultados com estudos voltamétricos da literatura do íon complexo [Ru(bpy)2(3-Amnpy)2]2+. Observou-se que a composição de ácidos graxos desses óleos vegetais, onde a presença ou não de insaturações, pode influenciar nas propriedades eletrônicas das espécies. O composto mostrou-se estável a presença luz, e não sofreu fotoquímica. A influência do meio em solução foi verificada e os indícios demonstram que os complexos não sofrem solvatocromismo. Os complexos possuem emissão em ~700 nm a 25°C quando excitados em λ480. Numa segunda etapa, monômeros de olefina cíclica do tipo ácido-norborneno foram inseridos nas cadeias de éster metílico, obtidas através da transesterificação do óleo de canola. Essa inserção foi realizada através de anéis oxiranos gerados nas insaturações das cadeias do éster. Reações de polimerização via ROMP foram realizadas com précatalisadores do Grupo, e estes monômeros mostraram alguma atividade frente à polimerização. / In the first stage of this work new N-pyridinic kind of ligands were synthesized, as fatty acids chain derivatized, from babaçu and canola vegetable oils, called fatty-amide ligands (GA). They were characterized by infrared spectroscopy (IR) and hydrogen and carbon nuclear magnetic resonance (1H and 13C NMR). The ligands were coordinated to cis-[RuCl2(LL)2] ruthenium center kind, where LL = 2,2\'-bipyridine, in which chlorine ligands where replaced by two fatty-amide ligand units. The obtained [Ru(bpy)2(GA)2]2+ complex kind were characterized by elemental analysis (CHN), IR, cyclic voltammetry, electronic absorption and emission spectroscopy and 1H and 13C NMR. The obtained voltammograms showed redox potential difference between the canola oil synthesized complex and the babaçu oil synthesized complex, when compared to the complex ion [Ru(bpy)2(3-Amnpy)2]2+ voltammetrics studies present in literature. It was observed that the vegetable oil fatty acids composition, in terms of insaturations presence or absence, have electronic influence on the species. The compound was stable at presence of light and suffered no photochemistry. The solution solvent was verified and there were no signs of solvatochromism. The complexes exhibited ~700 nm emission at 25 °C. In a second stage, norbonene acid cyclic olefin monomers kind were inserted in the methylic ester chains, obtained through canola oil transesterification. ROMP polymerization reactions were performed with our research group\'s precatalyst and these monomers showed some activity due to the polymerization.

Hydrotreating reaction of vegetable oil is an alternative method for the production of renewable biodiesel fuel. This reaction involves conversion of triglycerides into normal alkanes, leads to a deoxygenated and stable product, which is fully compatible with petroleum derived diesel fuel. The hydrotreating process uses hydrogen to remove oxygen from triglyceride molecules at elevated temperature in the presence of a solid catalyst. This work focused on the development of microtechnology-based chemical reaction process for liquid biofuel production from oil-based biofuel feedstock. A hydrotreating reaction of oleic acid and triolein as model compounds and jatropha oil as real feedstock was studied in a continuous flow microchannel reactor of inner diameter 500 ��m and of varied length; 1.5 - 5 m. The microchannel reactor was fabricated from SS-316. The walls of the microreactor were coated with a thin Al���O��� film, which was then impregnated with Ni-Mo catalyst containing phosphorus as promoter. The reactions were carried out in the temperature range of 275-325 ��C, residence time in the range of 11-40 s and at constant system pressure of 500 psig. The results showed that the microchannel reactor was suitable for the hydrotreating process. Complete conversion of the fatty acid hydrotreating reaction was achieved at a reaction temperature of 325 ��C. Hydrotreating of fatty acids occurred primarily via hydrodeoxygenation and the main liquid products were octadecane and heptadecane. Fatty alcohol, fatty acid and long chain esters were formed as reaction intermediates. Hydrotreating of triglycerides proceeded via the hydrocracking of triglycerides into diglycerides, monoglycerides and fatty acids. Then fatty acids were subsequently deoxygenated to hydrocarbons. The conversion of fatty acids and triglycerides increased with increasing temperatures. A detailed mathematical model was developed to represent this two-phase chemical reaction process. The mathematical model was entirely based on first principles, i.e. no adjustable or correlation parameters were used. Kinetic parameter estimation was performed and the predicted results were in good agreement with experimental results. / Graduation date: 2013 / Access restricted to the OSU Community, at author's request, from Sept. 17, 2012 - Sept. 17, 2013

Thesis (Ph. D.)--University of Hong Kong, 2006. / Title proper from title frame. Also available in printed format.

Alternative fuels are becoming important due to diminishing fossil fuel reserves and the environmental hazards associated with exhaust gases. Biodiesel is an attractive alternative fuel because it is environmentally friendly and can be synthesized from edible/non-edible oils. Though several methods are available for synthesis, transesterification is the preferred route for biodiesel synthesis. The current techniques for transesterification of the oils to biodiesel are based on acid/alkali catalysis. However, these methods do not work for oils with high free fatty acid content and also require an additional downstream step for separation of catalyst from the product. In this work, we investigate the synthesis of biodiesel by two techniques: in supercritical methanol and ethanol without any catalyst; in supercritical carbon dioxide using enzyme as catalyst. In the first technique, the transesterification of refined grade edible oil like sunflower oil, palm oil and groundnut oil, and crude non-edible oils like Pongamia pinnata and Jatropha curcas was investigated in supercritical methanol and ethanol without using any catalyst from 200 oC to 400 oC at 200 bar. The variables affecting the conversion during transesterification, such as molar ratio of alcohol to oil, temperature and time were investigated in supercritical methanol and ethanol. The conversion to biodiesel increased from 30-40% at a molar ratio of 10 to 80-85% at a molar ratio of 45 to 50. Very high conversions (96-97%) were obtained in supercritical methanol and ethanol within 30 minutes at 350 oC. The kinetics of the reaction was modeled, the rate coefficients and activation energies were determined. As an enzymatic transesterification in organic solvents is mass transfer limited, supercritical fluids are found to be a better alternative because of their gas like diffusivity. Among potentially interesting solvents for enzymatic synthesis, carbon dioxide is the most obvious choice in supercritical fluids, because it is non-toxic, nonflammable and easily available. Because the products and the enzyme do not dissolve in carbon dioxide at room conditions, separation can easily be achieved by reduction of pressure Thus, the enzymatic transesterification for production of biodiesel in supercritical fluids under mild conditions is of commercial interest. Therefore, biodiesel was synthesized using immobilized enzyme (Lipase, Novozym-435) in supercritical carbon dioxide. The effect of reaction variables like temperature, molar ratio, enzyme loading and kinetics of the reaction was investigated. The conversion to biodiesel was found to be lower in supercritical carbon dioxide than that in supercritical alcohol.