Hidroesterificação enzimática de óleos de soja e de fritura em sistema de ultrassom

Abstract

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.