Produção de lipases imobilizadas em fibra de coco para a síntese de biodiesel via transesterificação

dc.contributor.advisorRios, Nathalia Saraiva
dc.contributor.advisor-co1Gonçalves, Luciana Rocha Barros
dc.contributor.advisorIDhttps://orcid.org/0000-0002-5104-1123pt_BR
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/1800467263737484pt_BR
dc.contributor.authorCosta, Isabela Oliveira
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0003-1674-8913pt_BR
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/8046217897767819pt_BR
dc.contributor.referees1Padilha, Carlos Eduardo de Araújo
dc.contributor.referees2Sousa Júnior, Francisco Canindé de
dc.contributor.referees3Albuquerque, Tiago Lima de
dc.date.accessioned2024-11-05T22:31:06Z
dc.date.available2024-11-05T22:31:06Z
dc.date.issued2024-08-23
dc.description.abstractBiodiesel production through lipase-catalyzed transesterification of oils and fats is an alternative to traditional chemical catalysts. The enzymatic route provides conversion efficiency and minimizes side reactions, and can be carried out at temperatures considered mild. An efficient strategy to expand the advantages of using enzymes is their immobilization, which can be applied to improve enzyme stability, facilitating its recovery and reuse, and promoting protection against inhibitory effects. The immobilization support can be from several sources, including lignocellulosic waste, such as green coconut fiber. In addition to being less expensive, alternative supports are often evaluated as ecologically promising options in relation to commercial ones. Therefore, this work developed biocatalysts using green coconut fiber (CF) to support the immobilization of different lipases, aiming at application in the synthesis of biodiesel via transesterification of residual frying oil. Candida antarctica type B lipase (CALB), Pseudomonas fluorescens lipase (PFL), and Eversa lipase (EL) were the enzymes chosen for immobilization. Before this contact, the FC underwent a pretreatment with steam explosion to increase its surface area and facilitate the interaction to achieve immobilization. The immobilization yield (82.01 ± 2.02%, 87.62 ± 4.34% and 77.47 ± 1.88% for FC-PFL and FC-CALB in 24 h, and FC-EL in 48 h, respectively) and recovered activity of the biocatalysts (26.37 ± 2.25%, 49.84 ± 2.30% and 9.48 ± 0.11% for FCCALB, FC-PFL and FC-EL) showed that the individual immobilization of each lipase on coconut fiber was efficient. The obtained biocatalysts were subjected to postimmobilization chemical modifications with glutaraldehyde (GLU) to produce enzymesupport covalent bonds, followed by modification with polyethylenimine (PEI). The modifications were used to improve the thermal and operational resistance. Through the characterization of these three categories of biocatalysts, the results showed that the predominant interactions between enzyme-support are predominantly hydrophobic, the immobilization and coatings with GLU and PEI increased the thermostability at 60 ºC (FC-CALB-GLU-PEI: stability factor (SF) > 154.8; FC-PFL-GLU-PEI: SF > 58.6 and FC-EL-GLU-PEI > 172.6) of the lipases used and the presence of covalent bonding was observed by difference in the band pattern in the electrophoresis gel. For the application of these biocatalysts in the synthesis of biodiesel, the biocatalysts were used after determining the maximum enzyme load that can be immobilized, being 5 mg/g for the CALB biocatalysts, 10 mg/g for PFL and EL. The biocatalysts showed efficiency in reducing the acidity index similar to the soluble enzyme using the residual frying oil. The highest conversion was 13.67% of methyl esters when the reaction was carried out with 1 mmol residual frying oil: 10 mmol methanol and catalyzed by FC-EL-GLU-PEI, present at a concentration of 40% of the reaction medium, after 48 h of reaction. Under the same conditions, FC-CALB-GLUPEI and FC-PFL-GLU-PEI showed conversion of 0.73 and 7.23%. These results suggest the need for combined application of these immobilized enzymes or co-immobilized enzymes, aiming to achieve more competitive productivity.pt_BR
dc.description.resumoA produção de biodiesel por transesterificação de óleos e gorduras catalisada por lipase é uma alternativa aos catalisadores químicos tradicionais. A rota enzimática proporciona eficiência de conversão e minimiza reações colaterais, podendo ser conduzida a temperaturas consideradas brandas. Uma estratégia eficiente para ampliar as vantagens do uso de enzimas é sua imobilização, que pode ser aplicada para melhorar a estabilidade da enzima, facilitar sua recuperação e reutilização e promover proteção contra efeitos inibitórios. O suporte de imobilização pode ser de diversas fontes, incluindo resíduos lignocelulósicos, como fibra de coco verde. Além de ter menor custo, os suportes alternativos costumam ser avaliados como opções promissoras ecologicamente em relação aos comerciais. Com isso, este trabalho desenvolveu biocatalisadores utilizando a fibra de coco verde (FC) como suporte para imobilização de diferentes lipases, visando aplicação na síntese de biodiesel via transesterificação de óleo residual de fritura. A lipase de Candida antarctica do tipo B (CALB), de Pseudomonas fluorescens (PFL) e a lipase Eversa (EL) foram as enzimas escolhidas para imobilização. Antes desse processo, a FC foi submetida a um pré-tratamento com explosão de vapor para aumentar sua área superficial e facilitar a interação de imobilização das lipases. O rendimento de imobilização (82,01 ± 2,02 %, 87,62 ± 4,34 % e 77,47 ± 1,88 % para FC-PFL e FC-CALB em 24 h, e FC-EL em 48 h, respectivamente) e atividade recuperada dos biocatalisadores (26,37 ± 2,25 %, 49,84 ± 2,30 % e 9,48 ± 0,11 % para FC-CALB, FC-PFL e FC-EL) mostraram que a imobilização individual de cada lipase na FC foi eficiente. Os biocatalisadores obtidos foram submetidos a modificações químicas pós-imobilização com glutaraldeído (GLU) para a produção de ligações covalentes enzima-suporte, seguida de modificação com polietilenimina (PEI). As modificações foram realizadas visando melhorar resistência térmica e operacional. Por meio da caracterização dessas três categorias de biocatalisadores, os resultados mostraram que as interações predominantes entre enzima-suporte são predominantemente hidrofóbicas, a imobilização e os recobrimentos com GLU e PEI aumentaram a termoestabilidade a 60 ºC (FC-CALBGLU-PEI: fator de estabilidade (FE) > 154,8; FC-PFL-GLU-PEI: FE > 58,6 e FC-ELGLU-PEI > 172,6) das lipases usadas e foi observada a presença da ligação covalente por diferença no padrão de bandas no gel de eletroforese. Para aplicação desses biocatalisadores na síntese do biodiesel, foram utilizados os biocatalisadores após determinação da carga máxima de enzima que pode ser imobilizada, sendo 5 mg/g para os biocatalisadores de CALB, 10 mg/g para PFL e EL. Os biocatalisadores mostraram eficiência de redução do índice de acidez semelhante a enzima solúvel utilizando o óleo residual de fritura. A maior conversão foi de 13,67% de ésteres metílicos quando a reação foi realizada com 1 mmol óleo residual de fritura: 10 mmol metanol e catalisada por FCEL-GLU-PEI, presente na concentração 40% do meio reacional, após 48h de reação. Nas mesmas condições, FC-CALB-GLUPEI e FC-PFL-GLU-PEI revelaram conversão de 0,73 e 7,23%. Esses resultados sugerem a necessidade da aplicação combinada desses imobilizados, por meio de enzimas imobilizadas ou co-imobilizados, visando alcançar uma produtividade mais competitiva.pt_BR
dc.identifier.citationCOSTA, Isabela Oliveira. Produção de lipases imobilizadas em fibra de coco para a síntese de biodiesel via transesterificação. Orientador: Dra. Nathália Saraiva Rios. 2024. 131f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2024.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/60512
dc.languagept_BRpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Nortept_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICApt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectBiodieselpt_BR
dc.subjectLipasespt_BR
dc.subjectImobilizaçãopt_BR
dc.subjectFibra do coco verdept_BR
dc.subjectÓleo residualpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICApt_BR
dc.titleProdução de lipases imobilizadas em fibra de coco para a síntese de biodiesel via transesterificaçãopt_BR
dc.typemasterThesispt_BR

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