Biodiesel (BD) is conventionally produced by the transesterification of vegetable oils or animal fats with a monohydric alcohol and base catalyst, and known for its many technical and environmental advantages over petrodiesel. However, these oils are not economically viable feedstock due to their value as edible oils. Alternative, inexpensive feedstocks with minimal to no food value such as the large quantities of fishery and animal processing by-products which are often discarded as waste were explored in this project. Lipase was investigated as an alternative to chemical catalyst due to the tolerance of the former to a wide variety of feedstocks and simpler post-production processes among other advantages. Approximately 23.32-61.53% (on dry weight basis) of salmon skin oil (SSO) was recovered by the various solvent extraction systems evaluated. The quality of SSO stored at 25, 4, -18, and -80oC were assessed over time (1- 45 days) with respect to changes in the fatty acid profile, free fatty acid (FFA) content, peroxide value, and thiobarbituric acid reactive substances. A Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopic method was assessed as an alternative to the conventional AOCS titrimetric method for the determination of FFA content. With modifications, the new method was found to be capable of responding linearly to oleic acid (0-6.5%) addition, producing a FFA calibration equation with a S.D. of ±0.014% FFA. Based on the results from the initial assessment of the effects of temperature (25-65oC), oil:alcohol molar ratio (1:1-1:6), alcohol type (ethanol/methanol), and time (8-120 h) on Lipozyme®-IM-catalyzed transesterification of the recovered SSO, a commercial blend of yellow grease and rendered animal fat, and olive oil to fatty acid ethyl ester (FAEE) for use as BD, the process was considered for optimization. In three experiments, the linear, quadratic, and bilinear effects of the reaction variables on FAEE yield were assessed with response surface methodology (RSM) based on central composite rotatable design (CCRD). In each experiment, second-order polynomial models fitted to FAEE yield provided response surfaces at the various reaction times (8-48 h). These models were generally significant and produced reliable and stable predictions. The optimum conditions were found to be close to the centre point of the reaction variables. A high performance liquid chromatography unit equipped with a size exclusion column, and a refractive index detector was used for the simultaneous separation, identification, and quantitation of the reaction components; FAEE, unreacted triacylglycerol, residual diacyl- and monoacylglycerol, and alcohol as well as FFA. The transesterified oils were also tested for various fuel properties. To expand the uses of lipase recovered from fish processing discards to include catalyst for BD production, lipase from crude preparations of delipidated grey mullet (Mugil cephalus) viscera were isolated on para-aminobenzamidine agarose and immobilized on octyl Sepharose CL-4B (o-Sep). A signal in the amide I absorption region of the FTIR spectrum was attributed to the protein layer on o-Sep. Immobilized grey mullet lipase (GMLi) had a 10°C higher optimum temperature compared to the free enzyme (GML) for the hydrolysis of para-nitrophenyl palmitate. Immobilization lowered the enthalpy of activation (ΔH*), and free energy of activation (ΔG*) by more than 313 and 1315 cal/mol, respectively, while it enhanced the reusability, thermal, storage, and organic solvent stabilities of GML. / Le biodiesel (BD), ou des esters d'alkyle, est classiquement produit par la transestérification d'huiles végétales ou de graisses animales avec un monoalcool et un catalyseur de base, et est également connu pour ses nombreux avantages techniques et environnementaux par rapport au pétrodiesel. Toutefois, ces huiles BD ne sont pas des matières premières économiquement viables en raison de leur valeur principale en tant qu'huiles comestibles. Ce projet a exploré des matières premières de substitution, peu coûteuses avec peu ou pas de valeur alimentaire telle que les grandes quantités de sous-produits detransformation du poisson et de sous-produits animaux qui sont souvent jetés avec les déchets. La lipase a été étudiée comme une alternative aux catalyseurs chimiques en raison de la tolérance de la lipase à une grande variété de matières premières ainsi que son processus de post-production beaucoup plus simple entre autres avantages. Environ 23,32 et 61,53% (sur la base du poids sec) de l'huile de peau de saumon (SSO) a été récupéré selon les différents systèmes de solvants évalués. Pour la détermination de la teneur en FFA, une méthode de spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) a été évaluée comme une alternative au procédé AOCS conventionnel. Avec des modifications, la nouvelle méthode a été jugée capable de répondre de façon linéaire à l'addition d'acide oléique (0 à 6,5%), avec la production d'une équation d'étalonnage FFA avec une SD de ±0,014% FFA. Sur la base des résultats de l'évaluation initiale des effets de la température de réaction (25-65°C), un rapport l'huile:alcool molaire (1:1-1:6), le type d'alcool (éthanol ou méthanol), et le temps de réaction (8-120 h) sur du la transestérification catalysée Lipozyme®-IM, un mélange commercial de graisse animale jaune et de graisses fondues (RC), et d'huile d'olive (OO) à ester éthylique d'acide gras (EEAG) pour une utilisation comme BD, le procédé a été considéré pour optimisation. Dans trois expériences, les effets linéaires, quadratiques et bilinéaires des variables de la réaction sur le rendement EEAG ont été évalués avec la méthode de réponse de surface (RSM) basée sur la conception centrale composite rotative (CCRD). Dans chaque expérience, des modèles polynomiaux du second ordre équipés d'EEAG ont modelé le rendement des surfaces de réponse fournis aux divers temps de réaction (8-48 h). Ces modèles sont généralement importants et produisent des prévisions fiables et stables. Les conditions optimales ont été trouvées être proche du point de centre des variables de réaction (50°C, charge de l'enzyme 39.06 U, et l'huile:rapport molaire de l'alcool 1:2), et simultanément identifiés, et quantifiés. Les différents composants de la réaction (par exemple: EEAG, triacylglycérol n'ayant pas réagi (TAG), diacyle et résiduelle monoacyle-glycérol (DAG et MAG), et l'alcool ainsi que la FFA), ont été séparés, identifiés et quantifiés en utilisant la chromatographie liquide à haute performance équipé d'unité de colonne d'exclusion de taille, et un détecteur par indice de réfraction. Pour élargir les usages de la lipase récupérée à partir de rejets de transformation du poisson pour inclure un catalyseur pour la production de BD, de la lipase à partir de préparations brutes de délipidé mulet (Mugil cephalus) les viscères ont été isolées sur le para-aminobenzamidine agarose (p-ABA) et immobilisées sur Sepharose CL-octyle 4B (o-Sep). Un signal dans la région d'absorption amide I du spectre FTIR a été attribué à la couche de protéine sur o-Sep. La lipase de mulet immobilisée (GMLi) a eu une température optimale de 10°C plus élevée par rapport à l'enzyme libre (GML) pour l'hydrolyse de para-nitrophényl palmitate (p-NPP). L'immobilisation a abaissé l'enthalpie d'activation (AH*), et l'énergie libre d'activation (AG*) de plus de 313 et 1315 cal/mol, respectivement, alors qu'alla améliorer la capacité thermique, la, réutilisabilité, et la stabilité des solvants des GML.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.110391 |
| Date | January 2012 |
| Creators | Aryee, Alberta |
| Contributors | Benjamin K Simpson (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Food Science and Agricultural Chemistry) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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