Orientadora : Profª Drª Nadia Krieger / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química. Defesa: Curitiba, 31/10/2014 / Inclui referências : f. 123-140 / Resumo: A produção do biodiesel em escala industrial é realizada pela transesterificação alcalina em meio homogêneo utilizando alcóxidos metálicos como catalisadores e variando-se o tipo de óleo vegetal de acordo com a região. Neste processo é necessário utilizar óleo com baixo teor de ácidos graxos livres e baixo teor de umidade, o que limita o uso de matérias-primas de baixo custo. Por isto, novos processos têm sido estudados para possibilitar o uso de matérias-primas residuais, como a síntese enzimática de biodiesel tem sido exaustivamente investigada. No entanto, o desenvolvimento e a implantação do processo em escala industrial ainda são dificultados pelo elevado custo da enzima e baixa produtividade do processo enzimático. No presente trabalho, a fermentação em estado sólido (FES) foi utilizada para reduzir o custo das enzimas para a produção de biodiesel. Foram realizados cultivos de Rhizopus microsporus CBPQA 312-07 DRM usando bagaço de cana impregnado de solução nutriente enriquecida com ureia, oligoelementos e óleo de soja. Este sólido fermentado foi seco, caracterizado e utilizado diretamente para catalisar a síntese de biodiesel. Nos estudos de esterificação etílica em presença de n-heptano, conversões em éster de 98% foram obtidas em 4 h e a conversão se manteve após a reutilização do sólido por 23 vezes. Em sistema livre de solventes, o ácido oleico foi inicialmente utilizado como substrato para o estudo de esterificação etílica, onde foram obtidos 98% de conversão em 48 h, com adição de 20% (m/m) de peneira molecular ao meio de reação. Em seguida, foi realizado um delineamento fatorial 22 onde se investigou o efeito da temperatura e da razão molar dos substratos (ácido oleico e mistura de ácidos graxos da borra de soja - AGBS) na esterificação etílica. A reação otimizada, realizada nas condições de razão molar 10:1 (etanol: ácido graxo), a 40 ºC, atingiu conversões de 98% e de 86% em 48 h, para o ácido oleico e AGBS, respectivamente. Os resultados obtidos neste trabalho mostram que foi possível produzir ésteres do biodiesel por esterificação num sistema livre de solventes, utilizando um catalisador produzido por FES a partir de bagaço de cana impregnado com solução nutriente. Essa estratégia minimiza os custos de produção das lipases para aplicação na produção de biodiesel. Palavras-chave: lipases, biodiesel, Rhizopus microsporus, fermentação em estado sólido, esterificação, sistema livre de solventes, síntese enzimática. / Abstract: Industrially, biodiesel is produced by homogeneous alkaline transesterification of vegetable oils with methanol. An important disadvantage of the chemical route is the need to use refined feedstocks, which are costly. These disadvantages have prompted researchers to study the enzymatic route, which allows the use of less costly residual oils. However, the enzymatic route is currently not competitive, due to the high cost of the lipases. In the present work, solid-state fermentation was used to reduce the cost of the enzyme. Rhizopus microsporus CBPQA 312-07 DRM was cultivated on sugarcane bagasse that had been impregnated with a nutrient solution containing urea, mineral salts and soybean oil. The fermented solid produced in this process was dried, characterized and added directly to the reaction medium to catalyze the esterification of oleic acid with ethanol. In the presence of n-heptane, conversions of 98% were obtained at 4 h and the fermented solid maintained this conversion in 23 consecutive batches. In solvent-free system with the addition of 20% (w/w) of molecular sieve, a conversion of 98% was obtained in 48 h. Two 22 factorial experiments were then carried out in solvent-free medium, one using oleic and one using soybean soapstock fatty acids (SSFA) as the fatty acid source. The variables studied were the reaction temperature and the molar ratio of ethanol to fatty acid. The optimum conditions were 40 ºC and a molar ratio of ethanol to fatty acid of 10:1, giving conversions at 48 h of 98% with oleic acid and 86% with SSFA. This work has shown that it is possible to obtain high yields of ethyl esters in a solventfree medium, using a lower cost fatty acid feedstock and a biological catalyst produced by solid-state fermentation of a nutrient-impregnated sugarcane bagasse. This strategy has the potential to reduce the cost of the enzymatic route for biodiesel production. Keywords: lipases, biodiesel, Rhizopus microsporus, solid-state fermentation, esterification, solvent free system, enzymatic synthesis.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:dspace.c3sl.ufpr.br:1884/40541 |
| Date | January 2015 |
| Creators | Botton, Vanderleia |
| Contributors | Universidade Federal do Paraná. Setor de Ciências Exatas. Programa de Pós-Graduação em Química, Krieger, Nadia, 1952- |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | 140 f. : il. algumas color., tabs., application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFPR, instname:Universidade Federal do Paraná, instacron:UFPR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | Disponível em formato digital |
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