Produção de biodiesel a partir da transesterificação de óleo de soja ácido por via enzimática

Neste trabalho, foi estudada a transesterificação enzimática do óleo de soja com álcool catalisada por lipase comercial imobilizada. Inicialmente foram investigados os efeitos da temperatura, do tipo de enzima (Novozym 435, Lipozyme RM-IM e Lipozyme TL-IM) e do tipo de álcool (etanol ou butanol) na síntese de biodiesel utilizando óleo de soja refinado. A melhor temperatura observada para as reações empregando Lipozyme TL IM e Lipozyme RM IM foi de 50C, enquanto que para a Novozym 435, a temperatura ótima foi de 70C. O maior teor em biodiesel (~60%) foi obtido na etanólise do óleo de soja a 70C utilizando Novozym 435 a 5% m/m. Também foi avaliada a síntese de biodiesel por via enzimática a partir da etanólise de óleos ácidos com índice de acidez (IA) (de 8,5, 54,4 e 93,7). A conversão do ácido graxo livre foi superior a 90% nas reações conduzidas com Novozym 435 nas reações com os três óleos ácidos testados. O teor em biodiesel foi próximo a 50% na etanólise do óleo de soja com índice de acidez de 8,5 empregando Lipozyme TL IM, porém para índices de acidez maiores este rendimento diminuiu. Para as reações conduzidas com Lipozyme RM-IM, o teor em biodiesel manteve-se em torno de 30% para todos os óleos ácidos investigados. A etanólise do óleo de soja refinado empregando reator de leito fixo em modo contínuo, a 50C, foi investigada variando a velocidade espacial dos reagentes (0,255 e 0,508 h-1), o tipo de lipase (Novozym 435, Lipozyme RM-IM e Lipozyme TL-IM) e a possibilidade de reuso do biocatalisador após lavagem com butanol. Na reação com Novozym 435, o teor em biodiesel foi de aproximadamente 50% e se manteve estável durante 4,5 h para as duas velocidades espaciais testadas. A lipase Lipozyme TL-IM apresentou teor em biodiesel maior do que o obtido nas reações com os outros biocatalisadores (~80%), porém não apresentou a mesma estabilidade. Foi observada uma queda significativa na produção de biodiesel nas reações empregando o reuso do biocatalisador

Catalisadores à base de Mg/La e de Al/La para a produção de biodiesel a partir de óleos refinados e ácidos

A crescente preocupação com a preservação do meio ambiente aliada às perspectivas de esgotamento das fontes de energia obtidas dos combustíveis fósseis tem impulsionado a indústria a desenvolver combustíveis alternativos a partir de recursos renováveis e processos ambientalmente não agressivos. O biodiesel, uma mistura de ésteres de ácidos graxos obtida pela transesterificação catalítica de óleos vegetais com álcoois de cadeia curta (metanol ou etanol) é um combustível alternativo importante, pelo fato das suas propriedades (índice de cetano, conteúdo energético e viscosidade) serem similares às do diesel obtido a partir do petróleo. No presente trabalho, a transesterificação do óleo de soja com metanol para a produção de biodiesel foi estudada em presença de catalisadores sólidos à base de Mg/La e Al/La com propriedades ácido-básicas. Catalisadores de Mg/La com uma relação molar Mg/La igual a 9:1 foram preparados por coprecipitação utilizando três métodos que se diferenciavam quanto ao tipo de agente precipitante e a temperatura de calcinação. O catalisador preparado com (NH4)2CO3/NH4OH como agente precipitante e calcinado a 450 C apresentou as melhores características físico-químicas e catalíticas. Catalisadores à base de Mg/La e Al/La com diferentes composições químicas foram sintetizados nas condições de preparo selecionadas. O comportamento catalítico destes materiais foi investigado frente à reação de transesterificação do óleo de soja com metanol. O catalisador de Al/La com uma relação molar Al/La igual a 9:1 mostrou o melhor desempenho catalítico (rendimento em ésteres metílicos igual a 84 % a 180 C) e pode ser reutilizado por pelo menos três ciclos de reação. Também foram realizados testes catalíticos na presença do óleo de soja com 10 % de ácido oleico verificando-se que os catalisadores utilizados possuem sítios capazes de catalisar as reações de transesterificação e esterificação

Síntese de ésteres derivados do ácido oléico empregando lipases produzidas por Yarrowia lipolytica

Biodiesel é um biocombustível que consiste na mistura de ésteres monoalquílicos de ácidos graxos de cadeia longa. O processo usual de produção deste combustível é a transesterificação de óleos vegetais com álcoois de cadeia curta. Nesse processo, a matéria prima deve conter baixo conteúdo de ácido graxos livres ( ≤ 1%) e água (≤ 0,5%). Como alternativa ao processo de transesterificação, destaca-se o emprego de matérias-primas de baixo custo, com elevado teor de ácidos graxos livres, para a síntese de ésteres alquílicos através de reações de esterificação. As reações de produção do biodiesel podem ser catalisadas por via química (ácida e básica) ou enzimática. Na catálise enzimática, os biocatalisadores empregados são as lipases, que catalisam a hidrólise e síntese de ésteres e podem ser obtidas a partir de microrganismos, plantas ou tecido animal, sendo as de origem microbiana as mais utilizadas. O objetivo principal deste trabalho foi avaliar o potencial da lipase de Yarrowia lipolytica, uma levedura não convencional, na síntese de ésteres do ácido oleico visando à obtenção de ésteres alquílicos (biodiesel). Foram estudados os efeitos da temperatura (25, 30, 35, 40, 50 e 60oC), do teor enzimático (5, 10, 20, 30 e 40% v/v) e do tipo de álcool (metanol, etanol, n-propanol e n-butanol ) nas reações de esterificação do ácido oleico empregando o extrato enzimático líquido produzido por Yarrowia lipolytica. Os resultados obtidos mostraram que as reações conduzidas a 30oC e com 10% v/v do extrato enzimático apresentaram maior taxa inicial de reação. Também foi avaliada a utilização do extrato enzimático liofilizado (5% m/v) e do PES (produto enzimático sólido) (5% m/v) de Yarrowia lipolytica na reação de esterificação do ácido oleico com n-butanol a 30oC. O maior consumo de ácido oleico ocorreu na reação conduzida com o PES. O efeito da temperatura (25, 30, 35, 40 e 50oC) na síntese de oleato de butila foi, então, investigado nas reações empregando PES como biocatalisador e a maior conversão de ácido oleico foi verificada na temperatura de 40oC

Estudo da reação entre o metanol e o acetato de etila em catalisadores Mg/La por espectroscopia no infravermelho acoplada a espectrometria de massas

A transesterificação metílica em meio homogêneo é catalisada por bases, tais como hidróxidos e alcóxidos de sódio ou potássio e se processa em baixa temperatura de reação, mesmo em escala industrial. A utilização de catalisadores formados por sólidos básicos aparece como uma alternativa promissora aos processos homogêneos convencionais, tendo em vista as inúmeras vantagens como a redução da ocorrência das reações indesejáveis de saponificação e redução de custos dos processos pela diminuição do número de operações associadas. Em estudos anteriores realizados pelo grupo, catalisadores a base de Mg/La com diferentes composições químicas (9:1, 1:1 e 1:9) mostraram-se promissores para a obtenção de ésteres metílicos via reação de transesterificação, porém não foi possível fazer uma correlação entre atividade catalítica e as propriedades físico-químicas quando toda a série foi considerada. Assim, a realização de um estudo de caráter fundamental, baseado em reações modelo e uso de moléculas sonda, permite avançar no entendimento das propriedades de superfície destes catalisadores. Portanto, o presente trabalho estuda a reação entre metanol e acetato de etila em catalisadores a base de Mg/La utilizando espectroscopia de reflectância difusa no infravermelho com transformada de Fourier (DRIFTS) acoplada a espectrometria de massas (MS) identificando os intermediários e produtos formados para determinar a rota reacional. As análises de difração de raios X mostram que os precursores são predominantemente compostos por carbonatos hidratados de magnésio (Mg/La 1:1 e 9:1) e de lantânio (Mg/La 1:9). Os perfis de decomposição térmica e difratogramas de raios X obtidos a partir de tratamento térmico in situ indicaram que estes carbonatos se decompõem apenas a partir de 750 C. As análises de Dessorção a Temperatura Programada realizadas com moléculas sonda, metanol e acetato de etila, mostraram a adsorção em maior quantidade do metanol independente da composição química do sólido. A partir dos resultados obtidos por DRIFTS-MS foi proposta uma rota reacional para a reação de transesterificação do acetato de etila e metanol, que ocorre via adsorção do metanol e do acetato de etila na superfície do catalisador, seguida da formação de um intermediário tetraédrico formado pelas moléculas adsorvidas, que sofre um rearranjo formando etanol, acetato de metila, acetona e metano. Simultaneamente, parte do metanol adsorvido como metoxi monodentado é desidrogenado formando formiatos que são dessorvidos na forma de formaldeído e decompostos formando CO2 e H2

Estudo do equilíbrio líquido-líquido e da estabilidade de sistemas envolvendo biodiesel, álcoois e água

O estudo da estabilidade de emulsões de biocombustíveis destaca-se, dentre outros aspectos, pela necessidade de identificação das características destas. Esta necessidade reforça-se pela dificuldade de detecção de biodiesel e suas misturas quando estão fora de especificação, além de se aplicar aos processos de separação e purificação do biodiesel após a transesterificação. O entendimento deste problema poderá ser alcançado a partir de estudos de estabilidade associados aos modelos termodinâmicos de equilíbrio líquido-líquido (modelo NRTL) em sistemas ternários, que serão a base da modelagem proposta neste trabalho. O levantamento de dados envolve técnicas de observação direta em titulação, e ensaios de estabilidade e tensiometria, com algumas alterações das técnicas clássicas. Desta forma, o objetivo principal do trabalho é propor uma maneira de identificar e caracterizar as interfaces das emulsões formadas e estudar a estabilidade das fases envolvidas. Além disso, estuda-se a introdução de alcoóis como agentes tensoativos para viabilizar a utilização de misturas de combustíveis, mesmo na região de mais de uma fase. Para o desenvolvimento do trabalho, emulsões envolvendo os constituintes básicos serão combinadas entre si em diferentes proporções. A etapa inicial constitui-se de um mapeamento das misturas e proporções que formam as emulsões, baseadas nas curvas de equilíbrio. Em seguida, faz-se o estudo de caracterização e estabilidade destes sistemas. Com estas informações é possível mapear o sentido de incremento de tensão na interface e instabilidade da separação de fases das emulsões em relação aos diagramas ternários correspondentes. Por fim, propõe-se uma estratégia para estimar os parâmetros termodinâmicos do NRTL para as espécies presentes nos sistemas estudados e prever o comportamento dos mesmos e de sistemas similares. Este modelo matemático proposto tem como objetivo complementar a técnica experimental adotada para construção das curvas de equilíbrio, sendo bem sucedido

Carboxilesterase na adaptação do metabolismo de lipídios do pacu à hipoxia

Os peixes são vertebrados que vivem em vários habitats. Adaptações de sua fisiologia e de sua bioquímica são estudadas para entender como conseguem sobreviver aos desafios presentes em cada ambiente. A diminuição da concentração de oxigênio dissolvido na água é um fenômeno natural cíclico em águas do Pantanal e da Amazônia. A crescente poluição antrópica dos rios da Amazônia e do Pantanal pode, somada à hipoxia, oferecer ameaça à permanência de muitas espécies de peixes. Ao estudarmos a carboxilesterase (CarbE), enzima importante para a biotransformação de xenobióticos, observamos que sua atividade diminuía em plasma de pacu, um peixe típico do Pantanal, mantido em hipoxia durante 42 horas. As carboxilesterases participam de inúmeras reações químicas no organismo, incluindo uma transesterificação capaz de produzir ésteres etílicos tóxicos de ácido graxo (FAEE, fatty acid ethyl esters) a partir de etanol e ésteres de ácidos graxos. Já que a diminuição da atividade de CarbE poderia ser uma vantagem, pois que o etanol (um produto da glicólise em peixes sob hipoxia) seria menos esterificado, resolvemos saber mais sobre a bioquímica da CarbE do plasma e do fígado de pacus. Os pacus foram submetidos à hipoxia por diminuição da concentração até 0,5 mg O2/L por meio de borbulhamento de nitrogênio na água. Os animais ficaram nessas condições por 42 horas, quando então coletamos sangue e retiramos seus fígados. A atividade de CarbE ensaiada foi 50% menor no soro e 25% menor nos microssomos de fígado se comparada com a de peixes sob 6 mg O2/L. A CarbE isolada do soro dos pacus em normoxia possui massa molecular relativa de 56.000. A eletroforese em gel desnaturante com a fração purificada rendeu três bandas, mas o gel nativo apresentou só duas bandas com atividades sobre α-naftil acetato. Inferimos que mais do que uma isoforma da enzima está no plasma dos pacus. A CarbE isolada do soro não possui atividade de lipase sobre o Tween 20, mas os microssomos dos fígados dos animais em normoxia e hipoxia possuem. No entanto, a CarbE possui atividade sobre acil-CoA assim como o microssomo de fígado. A enzima pura apresenta Vmáx três vezes maior e uma KM quatro vezes maior do que a atividade presente nos microssomos. Além disso, os microssomos do fígado dos pacus em normoxia podem hidrolisar acil-CoA com o dobro da velocidade daqueles em hipoxia. A atividade clássica de CarbE do soro foi inibida por 4-HNE a 4 mM. A atividade de acil-CoA dos microssomos de fígado também foi sensível a 4-HNE a 4 mM, enquanto 2 mM de 4-HNE inibiu metade desta atividade do soro.

酸化油固定床酶法合成生物柴油研究

酸化油是油脂工业中以皂脚、油脚经酸化处理得到的产品。它的主要成分是游离脂肪酸及中性油，是生产脂肪酸的重要原料，但生产过程中有水解废水的产生，若将其直接排放，既污染了环境又浪费了资源。生物柴油的主要成分是脂肪酸甲酯（fatty acid methyl ester，FAME）。它具有原料丰富而且可再生、可生物降解、无毒、不含芳香烃、二氧化硫等污染物、燃烧排放低、闪点高、运输储存安全等特点。作为石化柴油的潜在替代能源，生物柴油因其独特的优越性和现实的需求越来越受到关注。利用酸化油生产生物柴油不仅可以缓解生物柴油原料不足问题，还可解决酸化油所带来的环境问题。

The convertion of acid oil to biodiesel by use of immobilized Candida lipase absorbed on textile cloth was studied in a fixed bed reactor, which can not only reduce the environmental pollution of acid oil, but also produce a substitute for petroleum diesel. The acid oil mixed with methanol was pumped into three fixed bed reactors in series, and the methanol was added with the molar flow rate same as the acid oil in each reactor. The effects of enzyme content, solvent content, water content, flow rate of reactant and temperature on the enzymatic reaction were analyzed. The result of orthogonal experiments indicates that the optimal transesterification can be performed under the following conditions： immobilized lipase content in acid oil, 20% ; hexane content in acid oil, 10% ; water content in acid oil, 10%, reaction temperature, 50 ℃ ; and flow rate of reactant, 0.08 g/rain. Under these conditions, the FAME content of 90.18% in the product is obtained. The immobilized lipase can be reused with relatively stable activity after glycerol being removed from the surface. By refining, most of the chemical and physical properties of biodiesel will meet the American and Germany biodiesel standards and exceed the Chinese standard of 0^# petroleum diesel except for carbon residue, density and kinematic viscosity.

酸化油固定床酶法合成生物柴油研究

以固定化的假丝酵母酶为催化剂，在三段式固定床反应器内，醇油摩尔比为1：1，采用分级流加甲醇的方式，将高酸值的酸化油转化为生物柴油，探讨了酶量、溶剂量、水量、温度、反应液流速等与产物中甲酯含量的关系。正交实验结果表明，反应的最适条件为酶用量、溶剂量、水量分别为油重的15％、10％、10％，反应液流速为0.8g·min^-1，温度为45℃，在此条件下，产物中甲酯含量达到了90．18％。

Synthesis of biodiesel from waste cooking oil using immobilized lipase in fixed bed reactor

Waste cooking oil (WCO) is the residue from the kitchen, restaurants, food factories and even human and animal waste which not only harm people's health but also causes environmental pollution. The production of biodiesel from waste cooking oil to partially substitute petroleum diesel is one of the measures for solving the twin problems of environment pollution and energy shortage. In this project, synthesis of biodiesel was catalyzed by immobilized Candida lipase in a three-step fixed bed reactor. The reaction solution was a mixture of WCO, water, methanol and solvent (hexane). The main product was biodiesel consisted of fatty acid methyl ester (FAME), of which methyl oleate was the main component. Effects of lipase, solvent, water, and temperature and flow of the reaction mixture on the synthesis of biodiesel were analyzed. The results indicate that a 91.08% of FAME can be achieved in the end product under optimal conditions. Most of the chemical and physical characters of the biodiesel were superior to the standards for 0(#)diesel (GB/T 19147) and biodiesel (DIN V51606 and ASTM D-6751).

Lipase-catalyzed synthesis of biodiesel from acid oil in fixed bed reactor

Acid oil, which is a by-product in vegetable oil refining, mainly contains free fatty acids (FFAs) and acylglycerols and is a feedstock for production of biodiesel fuel now. The transesterification of acid oil and methanol to biodiesel was catalyzed by immobilized Candida lipase in fixed bed reactors. The reactant solution was a mixture of acid oil, water, methanol and solvent (hexane) and the main product was biodiesel composed of fatty acid methyl ester (FAME) of which the main component was methyl oleate. The effects of lipase content, solvent content, water content temperature and flow velocity of the reactant on the reaction were analyzed. The experimental results indicate that a maximum FAME content of 90.18% can be obtained in the end product under optimum conditions. Most of the chemical and physical properties of the biodiesel were superior to the standards for 0(#) diesel (GB/T 19147) and biodiesel (DIN V51606 and ASTM D6751).

Production and characterization of biodiesel from tung oil

The feasibility of biodiesel production from tung oil was investigated. The esterification reaction of the free fatty acids of tung oil was performed using Amberlyst-15. Optimal molar ratio of methanol to oil was determined to be 7.5:1, and Amberlyst-15 was 20.8wt% of oil by response surface methodology. Under these reaction conditions, the acid value of tung oil was reduced to 0.72mg KOH/g. In the range of the molar equivalents of methanol to oil under 5, the esterification was strongly affected by the amount of methanol but not the catalyst. When the molar ratio of methanol to oil was 4.1:1 and Amberlyst-15 was 29.8wt% of the oil, the acid value decreased to 0.85mg KOH/g. After the transesterification reaction of pretreated tung oil, the purity of tung biodiesel was 90.2wt%. The high viscosity of crude tung oil decreased to 9.8mm(2)/s at 40 degrees C. Because of the presence of eleostearic acid, which is a main component of tung oil, the oxidation stability as determined by the Rancimat method was very low, 0.5h, but the cold filter plugging point, -11 degrees C, was good. The distillation process did not improve the fatty acid methyl ester content and the viscosity.

Conversion of Soybean oil to Biodiesel Fuel with Immobilized Candida Lipase on Textile Cloth

The characteristic of biodiesel fuel production from transesterification of soybean oil is studied. The reactant solution is the mixture of soybean oil, methanol, and solvent. A new lipase immobilization method, textile cloth immobilization, was developed in this study. Immobilized Candida lipase sp. 99-125 was applied as the enzyme catalyst. The effect of flow rate of reaction liquid, solvents, reaction time, and water content on the biodiesel yield is investigated. Products analysis shows that the main components in biodiesel are methyl sterate, methyl hexadecanoate, methyl oleate, methyl linoleate, and methyl linolenate. The test results indicate that the maximum yield of biodiesel of 92% was obtained at the conditions of hexane being the solvent, water content being 20 wt%, and reaction time being 24 h.

Production of biodiesel from soapstock using an ion-exchange resin catalyst

The feasibility of biodiesel production from soapstock containing high water content and fatty matters by a solid acid catalyst was investigated. Soapstock was converted to high-acid acid oil (HAAO) by the hydrolysis by KOH and the acidulation by sulfuric acid. The acid value of soapstock-HAAO increased to 199.1 mg KOH/g but a large amount of potassium sulfate was produced. To resolve the formation of potassium sulfate, acid oil was extracted from soapstock and was converted to HAAO by using sodium dodecyl benzene sulfonate (SDBS). The maximum acid value of acid oil-HAAO was 194.2 mg KOH/g when the mass ratio of acid oil, sulfuric acid, and water was 10:4:10 at 2% of SDBS. In the esterification of HAAO using Amberylst-15, fatty acid methyl ester (FAME) concentration was 91.7 and 81.3% for soapstock and acid oil, respectively. After the distillation, FAME concentration became 98.1% and 96.7% for soapstock and acid oil. The distillation process decreased the total glycerin and the acid value of FAME produced a little.

BIODIESEL PRODUCTION FROM DIFFERENT FEEDSTOCKS IN PILOT SCALE SYSTEM

In this study, the preparations of biodiesel from three different feedstocks, including rapeseed oil, high acidified Chinese wood oil and trap grease, were carried out in a pilot scale of 200 t yr(-1) biodiesel production system. The optimum operating conditions for transesterification of rapeseed oil in plug flow reactor were found to be as follows: the catalyst dosage is 1.2 wt%; the retention time is about 17 min; the bed temperature is 65 degrees C; the oil/methanol ratio is 1:6; the content of methyl ester is 96.33% under these conditions. A kind of ion exchange resin, a solid acid catalyst, filled in the fixed bed reactor was used as the esterification catalyst for the pretreating of high acidified oil. The acid value of Chinese wood oil could be reduced from 7 to 0.8 mg KOH.g(-1) after 88 min, the optimum operating conditions were obtained as follow: molar ratio of methanol to oil is about 6:1, the temperature of the fixed bed, 65 degrees C and the retention time, about 88 min. Also a kind of acidified oil, namely trap grease, with the acid value being 114 mg KOH.g(-1) could be equally converted to a good biodiesel product through this system. Generally, the refined biodiesel product generated through this system could meet China #0 Biodiesel Standard, as well as Germany Biodiesel Standard for most indexes. It indicates that the designed process in this system has a good adaptability for different kinds of oil.