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Previous issue date: 2014-05-05 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Astrocaryum aculeatum G. F. W. Meyer popularly known as tucumã (do Amazonas)is an
Arecaceae species, an Amazon palm tree, which is considered an oilseed species with high
potential for the production of biofuels. Biofuels have many advantages over fossil fuels such
as the reduced toxicity and lower emission of greenhouse gases, due to the carbon cycling.
This has stimulated its use and study so far. In large scale, is normally produced from
vegetable oils or animal fats and methanol through the transesterification process by the
homogenous alkalis catalysis. However this process is possible only to oils of fats with low
contents of free fatty acids, which is not observed for most of oil sources available in the
Amazon. This works aimed to study the production of biodiesel by an alternative process
based on two-steps process of hydrolysis-esterification, with focus on the hydrolysis step
performed by enzyme catalysis. Two lots of tucumã kernel oil were studied. The physicalchemical
parameters from both lots were determined. Lot 01 has acid value of 55.06 mg
NaOH/gand lot 02 11.09 mg NaOH/g. The fatty acid composition was determined by FAME
(Fatty Acid Methyl Ester) conversion and GC-FID analysis and showed that tucumã oil has
lauric, myristic and palmitic acid as major constituents. The use of lipases was initially
studied by the determination of hydrolytic capacity of 11 different commercial lipases using
tricaprylin as substrate. Considering the observed results and the costs of acquisition of each
enzyme, two enzymes were selected for further studies, Candida rugosa (free enzyme) and
Thermomyces lanuginosus (immobilized). The quantification of enzyme conversion of oil into
free fatty acids was determined by two methods. The first, was developed in this work, and
was based on TLC-densitometry and the other RP-HPLC was used to validate the results
obtained by TLC-densitometry. This analytical method showed accuracy, precision and
linearity to quantify the lipid conversion and was used to determine the enzyme activity in
different experiments performed to determine the best catalytic conditions. The best
conditions observed for de Candida rugosa lipase were 0.3 % of enzyme, 1 % of surfactant,
phosphate buffer at pH 7.50, oil:buffer ratio of 1:1 (V:V), temperature of 40 ºC, stirring at 700
rpm for 10 hours. Then, the hydrolysis was performed in larger scale in a glass reactor and the
products of both lots were converted into biodiesel by heterogeneous catalysis with ferric
sulfate, in separate experiments using methanol and ethanol. Overall the best conversion was
observed for the ethylic biodiesel, whose composition showed high purity that was confirmed
by GC-MS analysis. The studied process based on enzymatic hydrolysis followed by
esterification by heterogeneous catalysis showed very promising results that could, in
theory,be applied in the conversion ofany oil source with high free fatty acid content, which is
one of the most important challenges in the production of biodiesel. / Astrocaryum aculeatum G. F. W. Meyer é conhecido popularmente como tucumã do
Amazonas e pertence à família Arecaceae. Uma palmeira, cujas amêndoas dos seus frutos
possuem grande potencial de óleo, podendo ser utilizado como matéria-prima na produção de
biodiesel. O biodiesel apresenta grandes vantagens frente aos combustíveis fósseis, como a
ciclagem de carbono, baixa toxicidade e o seu uso contribui para a diminuição do efeito
estufa, proporcionando um ganho ambiental para todo o planeta pela diminuição da poluição
atmosférica entre outras características que justificam sua utilização. Comercialmente é
produzido pela reação de transesterificação por catálise básica com álcoois de cadeia curta.
Contudo para que esse processo seja utilizado com rendimentos satisfatórios é fundamental
que os óleos possuam baixos teores de ácidos graxos livres, o que para a maior parte dos óleos
e gorduras, extraídos de espécies amazônicas, não é possível. Este trabalho teve como
objetivo estudar o processo alternativo à transesterificação, dehidrólise seguida de
esterificação, com especial ênfase a etapa de hidrólise, que foi realizada pela catálise
enzimática. Foram utilizados dois lotes de óleos extraídos das amêndoas de tucumã.
Inicialmente realizou-se a caracterização físico-química do óleo, onde o lote 01 apresentou
índice de acidez de 55,06 mg NaOH/g e o lote 02 de 11,09 mg NaOH/g. Foi realizada também
a determinação da composição da cadeia graxa por CG-FID. De acordo com essa análise os
ácidos graxos majoritário foram: ácido láurico, mirístico e palmítico. Foi realizada uma
triagem com 11 lipases comerciais livres para definir a atividade catalítica de cada enzima
utilizando o mesmo substrato, a tricaprilina (C8:0). Considerando a atividade observada e o
custo de aquisição das enzimas, foram selecionadas para as reações de hidrólise a lipase de
Candida rugosa (livre) e a lipase Thermomyces lanuginosus (imobilizada). Os ácidos graxos
produzidos nas reações de hidrólise foram quantificados por um método desenvolvido por
CCD-densitometria. Os ácidos graxos também foram quantificados por CLAE em fase
reversa para comparar os resultados e validar os resultados. A técnica de CCD-densitometria
mostrou ser rápida, eficaz e precisa na quantificação de lipídios. Todas as reações foram
monitoradas e quantificadas por essa técnica, com o intuito de estabelecer as melhores
condições da atividade catalítica e o melhor resultado foi obtido utilizando a lipase de
Candida rugosa nas seguintes: 0,3% do biocatalisador, tensoativo 1%, tampão fosfato de
sódio pH 7,50; 0,1M, proporção óleo:tampão1:1, temperatura de 40 ºC, agitação 700 rpm em
10 horas de reação. Os dois lotes de óleo foram hidrolisados enzimaticamente em
quantidades maiores num reator de vidro com as duas enzimas e em seguida foram
esterificados empregando o catalisador heterogêneo de sulfato férrico, tanto pela via metílica
como etílica. Pelas análises realizadas, o biodiesel etílico apresentou melhoresconversões
frente ao biodiesel metílico. As amostras de biodiesel foram analisadas também por CG-EM
para confirmar a formação do produto etílico. O processo de hidrólise enzimática associada à
esterificação por catálise heterogênea apresentou resultados bastante promissores, que podem
permitir o uso de matérias-primas com elevado índice de acidez, que é um dos principais
desafios atuais na produção desse biocombustível.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:http://localhost:tede/4486 |
| Date | 05 May 2014 |
| Creators | Carvalho, Kethellin Miranda Galeno de |
| Contributors | Nunomura, Sergio Massayoshi, Pohlit, Adrian Martins |
| Publisher | Universidade Federal do Amazonas, Programa de Pós-graduação em Química, UFAM, Brasil, Instituto de Ciências Exatas |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFAM, instname:Universidade Federal do Amazonas, instacron:UFAM |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 45413454253692039, 600 |
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