Produção, imobilização e aplicação de lipase de Fusarium verticillioides

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Liquid-liquid equilibria for systems composed of rice bran oil and alcohol-rich solvents: Application to extraction and deacidification of oil

The liquid-liquid equilibria of systems composed of rice bran oil, free fatty acids, ethanol and water were investigated at temperatures ranging from 10 to 60 degrees C. The results of the present study indicated that the mutual solubility of the compounds decreased with an increase in the water content of the solvent and a decrease in the temperature of the solution. The experimental data set was correlated by applying the UNIQUAC model. The average variance between the experimental and calculated compositions was 0.35%, indicating that the model can accurately predict behavior of the compounds at different temperatures and degrees of hydration. The adjustment of interaction parameters enables both the simulation of liquid-liquid extractors for deacidification of vegetable oil and the prediction of phase compositions for the oil and alcohol-rich phases that are generated during cooling of the stream exiting the extractor (when using ethanol as the solvent). (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Produção enzimática de biodiesel a partir de resíduos agro-industriais usando a lipase imobilizada de origem microbiana

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica

Produção de lipidios funcionais por ação de lipase fúngica

A modificação estrutural de óleos e gorduras é uma das principais áreas de interesse de pesquisa em diferentes setores industriais. No caso da indústria de alimentos, a interesterificação é empregada para melhorar propriedades nutricionais e funcionais, em que se obtêm compostos diferentes dos que lhes deram origem. As lipases microbianas são os biocatalisadores mais utilizados industrialmente, por serem mais estáveis, específicas e com propriedades bem mais diversificadas que as lipases de outras fontes. Este trabalho objetivou, primeiramente, a caracterização da gordura da pele de frango (GPF) e sua comparação com óleo de soja, como referência, visando a utilização de GPF em reações de interesterificação. Para isto foram caracterizados quanto aos índices de rancidez hidrolítica e oxidativa, bem como de matéria insaponificável, índices de saponificação, refração e iodo. Foi realizado ainda o fracionamento e perfil de ácidos graxos destes lipídios e suas frações, com o cálculo de seus índices nutricionais. Foi verificado que a GPF apresentou qualidade satisfatória devido aos baixos índices de acidez (0,65 g ácido oleico.100 g -1 ), peróxido (2,14 meq.kg-1 ), p-anisidina (0,70 unidades de absorvância.g-1 ), além de fonte de ácidos graxos mono-insaturados (40%), sendo fonte promissora para estudos de interesterificação. Em um segundo momento o objetivo foi produzir lipídios modificados ricos em ácidos graxos essenciais a partir da gordura da pele de frango e ácidos graxos ramificados, utilizando lipase sn-1,3 específica e interesterificação do tipo acidólise. Foram estudados os fatores concentração de enzima, adição de água, proporção de substratos e tempo, segundo um planejamento experimental fatorial completo 2 4 . As separações analíticas foram executadas em placas de cromatografia de camada delgada, sendo as frações posteriormente extraídas, ressuspensas e injetadas no cromatógrafo a gás. Foi verificado que a adição de água ao meio reacional apresentou efeito significativo (p<0,05) para todos ácidos graxos avaliados dos triacilgliceróis, sendo que para o ácido essencial linoleico (C18:2) o efeito do tempo de reação também foi significativo, sendo verificado que quanto maior o tempo de reação, menor a quantidade de água a ser adicionada. Em um terceiro momento, o objetivo foi produzir éster fenólico a partir do DHCA, além de realizar reações de transesterificação deste éster com tricaprilina. Para a reação de transesterificação, foi utilizado um delineamento composto central rotacional (DCCR) variando a quantidade de enzima, tempo de reação e temperatura sobre a resposta (%) dos reagentes consumidos. A lipase Novozym® 435 de Candida antarctica foi utilizada como catalisador de todas reações. Foi verificado que a maior produção de éster (50%) ocorreu em oito dias. Nas reações de transesterificação, as relações molares em que houve maior consumo do éster produzido foram 1:5 e 1:10, sendo obtidos 21,1% e 29,6% de residual de dihidrocafeato de octila, respectivamente em 24 h. Foi observado que em altas temperaturas e tempo superior a 26 h, houve o menor residual de dihidrocafeato de octila (18,2%). Foram identificados três diferentes compostos fenólicos, contendo em sua estrutura dihidrocafeato de octila e ácido caprílico.

Biodiesel production from non-edible beauty leaf (Calophyllum Inophyllum) oil : process optimization using response surface methodology (RSM)

In recent years, the beauty leaf plant (Calophyllum Inophyllum) is being considered as a potential 2nd generation biodiesel source due to high seed oil content, high fruit production rate, simple cultivation and ability to grow in a wide range of climate conditions. However, however, due to the high free fatty acid (FFA) content in this oil, the potential of this biodiesel feedstock is still unrealized, and little research has been undertaken on it. In this study, transesterification of beauty leaf oil to produce biodiesel has been investigated. A two-step biodiesel conversion method consisting of acid catalysed pre-esterification and alkali catalysed transesterification has been utilized. The three main factors that drive the biodiesel (fatty acid methyl ester (FAME)) conversion from vegetable oil (triglycerides) were studied using response surface methodology (RSM) based on a Box-Behnken experimental design. The factors considered in this study were catalyst concentration, methanol to oil molar ratio and reaction temperature. Linear and full quadratic regression models were developed to predict FFA and FAME concentration and to optimize the reaction conditions. The significance of these factors and their interaction in both stages was determined using analysis of variance (ANOVA). The reaction conditions for the largest reduction in FFA concentration for acid catalysed pre-esterification was 30:1 methanol to oil molar ratio, 10% (w/w) sulfuric acid catalyst loading and 75 °C reaction temperature. In the alkali catalysed transesterification process 7.5:1 methanol to oil molar ratio, 1% (w/w) sodium methoxide catalyst loading and 55 °C reaction temperature were found to result in the highest FAME conversion. The good agreement between model outputs and experimental results demonstrated that this methodology may be useful for industrial process optimization for biodiesel production from beauty leaf oil and possibly other industrial processes as well.

Quantification of the Particle Size and Stability of Graphene Oxide in a Variety of Solvents

The exceptional solution processing potential of graphene oxide (GO) is always one of its main advantages over graphene in terms of its industrial relevance in coatings, electronics, and energy storage. However, the presence of a variety of functional groups on the basal plane and edges of GO makes understanding suspension behavior in aqueous and organic solvents, a major challenge. Acoustic spectroscopy can also measure zeta potential to provide unique insight into flocculating, meta-stable, and stable suspensions of GO in deionized water and a variety of organic solvents (including ethanol, ethylene glycol, and mineral oil). As expected, a match between solvent polarity and the polar functional groups on the GO surface favors stable colloidal suspensions accompanied by a smaller aggregate size tending toward disperse individual flakes of GO. This work is significant since it describes the characteristics of GO in solution and its ability to act as a precursor for graphene-based materials.

Produção de biodiesel pela rota heterogênea empregando catalisadores a base de Zn e Al

Nos últimos anos, a busca por fontes de energia renováveis e o desenvolvimento de novas tecnologias para a produção de biocombustíveis têm sido objeto de intensa investigação. O biodiesel é um combustível biodegradável, derivado de fontes renováveis e é obtido em escala industrial principalmente através da reação de transesterificação de óleos vegetais e/ou gorduras animais com metanol na presença de catalisadores homogêneos, como NaOH. Entretanto, a utilização de catalisadores heterogêneos tem sido sugerida por diversos autores, por apresentar vantagens como a eliminação dos problemas de separação e purificação dos produtos obtidos. No presente trabalho foi investigada a produção de biodiesel a partir da transesterificação do óleo de soja com metanol utilizando óxidos mistos de Zn e Al como catalisadores sólidos básicos. A influência das variáveis: temperatura, concentração de catalisador e relação molar metanol/óleo de soja na produção de biodiesel foi avaliada. Os catalisadores preparados apresentaram predominantemente sítios básicos e foram ativos frente à reação estudada, sendo os resultados mais promissores apresentados pelo óxido misto com relação molar Al/(Al+Zn)=0,50, obtido por tratamento térmico à 450C, que apresentou rendimentos em ésteres metílicos de até 98,5% sob condições específicas. A metodologia da superfície de resposta foi utilizada visando estabelecer as condições ótimas para maximizar o rendimento em ésteres metílicos, tendo sido encontradas a temperatura de 165oC e a concentração de catalisador de 5,8% m/m em relação massa de óleo, no caso da relação molar metanol/óleo de soja limitada em 15. Essa limitação teve como objetivo garantir um processo viável em escala comercial

Avaliação das propriedades físico-químicas do biodiesel de soja, algodão e mamona e da mistura de biodiesel de soja e algodão

Uma das maiores atividades humanas que gera impacto ao meio ambiente é o setor de transportes automotores, especialmente veículos que utilizam óleo diesel mineral como forma de combustível. Independente do conforto ou objetivos que levem a utilização deste tipo de transporte, estes produzem emissões que contém diversos tipos de poluentes atmosféricos. A substituição de óleo diesel mineral pelo biodiesel vegetal, vem se apresentando como uma alternativa para este setor, especialmente para o Brasil, que com base em sua imensa biodiversidade com plantas oleaginosas deverá se constituir em um dos maoires produtores mundiais de biodiesel vegetal. Este trabalho apresenta um estudo comparativo entre três tipos de oleaginosas (soja, algodão e mamona) e uma msitura binária v/v soja e algodão. Os resultados obtidos neste estudo foram comparados as especificações definidas pelas normas: Brasileira (RANP 07/2008), Européia (EN/14214) e Americana (ASTM D-6751). Entre todas as amostras estudadas, o óleo de mamona não atende algumas propiedades físico-químicas das normas em questão. As amostras de biodiesel de soja e algodão, individualmente e combinadas, com caracteristicas, aplicações, zoneamento agroclimático e sazonalidade de produção regionalmente diferente apresentam propiedades físico-químicas semelhantes, podendo ser considerada uma fonte renovavél de energia.

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

Uso da calibração multivariada para a predição de propriedades físico-químicas de misturas de óleo de soja e biodiesel

O objetivo deste trabalho foi estabelecer um modelo empregando-se ferramentas de regressão multivariada para a previsão do teor em ésteres metílicos e, simultaneamente, de propriedades físico-químicas de misturas de óleo de soja e biodiesel de soja. O modelo foi proposto a partir da correlação das propriedades de interesse com os espectros de reflectância total atenuada no infravermelho médio das misturas. Para a determinação dos teores de ésteres metílicos foi utilizada a cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC), podendo esta ser uma técnica alternativa aos método de referência que utilizam a cromatografia em fase gasosa (EN 14103 e EN 14105). As propriedades físico-químicas selecionadas foram índice de refração, massa específica e viscosidade. Para o estudo, foram preparadas 11 misturas com diferentes proporções de biodiesel de soja e de óleo de soja (0-100 % em massa de biodiesel de soja), em quintuplicata, totalizando 55 amostras. A região do infravermelho estudada foi a faixa de 3801 a 650 cm-1. Os espectros foram submetidos aos pré-tratamentos de correção de sinal multiplicativo (MSC) e, em seguida, à centralização na média (MC). As propriedades de interesse foram submetidas ao autoescalamento. Em seguida foi aplicada análise de componentes principais (PCA) com a finalidade de reduzir a dimensionalidade dos dados e detectar a presença de valores anômalos. Quando estes foram detectados, a amostra era descartada. Os dados originais foram submetidos ao algoritmo de Kennard-Stone dividindo-os em um conjunto de calibração, para a construção do modelo, e um conjunto de validação, para verificar a sua confiabilidade. Os resultados mostraram que o modelo proposto por PLS2 (Mínimos Quadrados Parciais) foi capaz de se ajustar bem os dados de índice de refração e de massa específica, podendo ser observado um comportamento aleatório dos erros, indicando a presença de homocedasticidade nos valores residuais, em outras palavras, o modelo construído apresentou uma capacidade de previsão para as propriedades de massa específica e índice de refração com 95% de confiança. A exatidão do modelo foi também avaliada através da estimativa dos parâmetros de regressão que são a inclinação e o intercepto pela Região Conjunta da Elipse de Confiança (EJCR). Os resultados confirmaram que o modelo MIR-PLS desenvolvido foi capaz de prever, simultaneamente, as propriedades índice de refração e massa específica. Para os teores de éteres metílicos determinados por HPLC, foi também desenvolvido um modelo MIR-PLS para correlacionar estes valores com os espectros de MIR, porém a qualidade do ajuste não foi tão boa. Apesar disso, foi possível mostrar que os dados podem ser modelados e correlacionados com os espectros de infravermelho utilizando calibração multivariada

Heterogeneous catalysts for biodiesel production

The production of biodiesel is greatly increasing due to its enviromental benefits. However, production costs are still rather high, compared to petroleum-based diesel fuel. The introduction of a solid heterogeneous catalyst in biodiesel production could reduce its price, becoming competitive with diesel also from a financial point of view. Therefore, great research efforts have been underway recently to find the right catalysts. This paper will be concerned with reviewing acid and basic heterogeneous catalyst performances for biodiesel production, examining both scientific and patent literature.

Organic phase enzyme electrodes based on organohydrogel

A dimethylformamide-polyhydroxyl cellulose organo-hydrogel has been prepared, and its applications for enzyme immobilization in construction of organic phase biosensors have been exploited. With horseradish peroxidase, tyrosinase, and bilirubin oxidase immobilized in the organohydrogel, enzyme electrodes can be operated in various situations, including aqueous buffer, oil/water mixtures, and anhydrous organic solvents, and even in dimethylformamide, to determine analytes of different solubilities, e.g., organic peroxides, phenolic compounds and bilirubin. Biosensing has no restrictions in terms of measuring media and solubilities of analytes.

ORGANIC-PHASE ENZYME ELECTRODE OPERATED IN WATER-FREE SOLVENTS

A new material, polyhydroxyl cellulose, and a refrigerating immobilization method were used to construct HRP-mediator electrode for determination of hydrogen peroxide in water-free organic solvents. Rapid and sensitive response was obtained. The enzyme el

Production of lipase by extractive fermentation with ionic liquids

Novos processos fermentativos, designados por processos de Fermentação Extractiva, são caracterizados por apresentarem etapas de produção e extracção em simultâneo. A extracção líquido-líquido como técnica de separação é amplamente usado na indústria química pela sua simplicidade, baixo custo e facilidade de extrapolação de escala. No entanto o uso de solventes orgânicos nestes processos potencia os riscos ocupacionais e ambientais. Neste contexto, o uso de sistemas de duas fases aquosas baseados em líquidos iónicos, apresenta-se como uma técnica eficaz para a separação e purificação de produtos biológicos. Este trabalho apresenta um estudo integrado sobre o uso de líquidos iónicos não aromáticos foram determinados. A capacidade para a formação de sistemas de duas fases foi estudada para uma vasta gama de líquidos iónicos hidrofílicos com diferentes aniões, catiões e cadeias alqúilicas. A capacidade de separação e purificação de um largo conjunto de líquidos iónicos foi posteriormente investigada, recorrendo-se ao uso de várias biomoléculas modelo de diferentes graus de complexidade, um amino-acido (L-triptofano) e duas enzimas lipolíticas (enzima produzida pela bactéria Bacillus sp. e Candida antarctica lipase B – CaLB). Esta última foi ainda usada para um estudo de biocompatibilidade, tendo sido determinado o efeito de diferentes LIs hidrofílicos na sua actividade enzimática. Este trabalho mostra um estudo ecotoxicológico duma vasta gama de líquidos iónicos e espécies aquáticas, inseridas em diversos níveis tróficos. A bioacumulação foi investigada através do estudo dos coeficientes de distribuição 1-octanol-água (Dow).

Effects of forage source and soybean and marine algal oil supplementation on milk fatty acid composition in ewes

The objective of the present studies was to determine effects of basal dietary forage source on the response of milk fatty acid composition to an oil supplement based (2:1, respectively, w/w) on soybean oil and marine algae biomass oil high in cis-9, cis-12 C18:2n − 3 and C22:6n − 3, respectively. In Study 1, Hampshire × Dorset ewes (48) were randomly assigned to one of four treatments and 12 pens in a completely randomized design blocked on the basis of lambing date and number of lambs suckled. Control rations (60:40 forage:concentrate, dry matter (DM) basis) based on alfalfa pellets (AP) or corn silage (CS) were fed from lambing. Beginning at 22 days postpartum, three pens of ewes fed AP and three pens of ewes fed CS were supplemented with oil (30 g/kg of ration DM) in place of corn meal. Average ewe DM intake (DMI) and average daily gain (ADG) were measured weekly. Milk yield and composition were measured at 42 days postpartum. DMI was lower (P<0.02) for CS and for oil, but milk yield was not affected by forage source or oil supplementation. Milk fat content was higher for oil (P<0.10) and milk protein content was higher for AP (P<0.04). Total CLA concentration (g/100 g fatty acids) increased (P<0.01) with CS and oil, and the response to oil was greater for AP (P<0.04). Similarly, total trans-C18:1 and C22:6ω−3 concentrations were higher for CS and oil, but the response to oil was greater for CS (P<0.06 and P<0.01, respectively). In Study 2, the experiment was repeated using alfalfa haylage (AH) instead of AP. The DMI decreased (P<0.05) with oil feeding, but was not affected by forage source. Milk yield was decreased by feeding oil with AH, but not by feeding oil with CS (P<0.03). Milk fat content tended to be increased by feeding oil with AH, but tended to be decreased by feeding oil with CS (P<0.08). Total CLA concentration was increased (P<0.01) for AH versus CS and by oil, and the response to oil supplementation was greater for AH (P<0.01). In contrast, total trans-C18:1 concentration was higher for CS versus AH, with a greater response to oil for CS (P<0.05). Feeding marine oil increased the C22:6ω−3 (P<0.01) concentration, and the response was greater for AH (P<0.04). To further characterize the response of milk fat composition to dietary oil in ewes, a third study used six pens of three ewes each assigned to either the control CS diet used for Study 2 or the same diet supplemented with 45 g/kg (DM basis) of the oil mixture. Feeding oil had no effect on DMI, milk yield or milk fat concentration, but again increased (P<0.001) total trans-C18:1 and C22:6ω−3 concentrations and numerically increased (114%) total CLA concentration. Milk fatty acid composition responses to supplemental vegetable and marine oils were affected by forage source. Milk trans-C18:1 concentration was higher when CS was fed in Studies 1 and 2, but the effect of forage species on CLA concentration differed between studies, which may reflect differences in diet PUFA content and consumption, as well as amounts of dietary starch and fiber consumed. Despite large increases in trans-C18:1 concentration, milk fat content was not decreased by feeding unsaturated oils to ewes, even at diet levels of 45 g/kg of ration DM.