Título | IMOBILIZAÇÃO DE LIPASE OBTIDA POR FUNGO ENDOFÍTICO ISOLADO DE PLANTA AMAZÔNICA PARA PRODUÇÃO DE BIODIESEL |
Data da Defesa | 17/12/2024 |
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Banca
Examinador | Instituição | Aprovado | Tipo |
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João Vicente Braga de Souza | INPA | Sim | Membro | Lizandro Manzato | IFAM | Sim | Membro | Nelio Teixeira Machado | UFPA | Sim | Membro | Patrícia Melchionna Albuquerque | UEA | Sim | Presidente | Rafael Lopes e Oliveira | UEA | Sim | Membro |
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Palavras-Chaves | enzima, transesterificação, biocatálise, resíduos, imobilização. |
Resumo | A catálise alcalina é o principal processo de obtenção do biodiesel comercial. Entretanto, esse método gera um efluente alcalino, além de apresentar elevado consumo de água na etapa de purificação e dificuldade na recuperação do glicerol. Como alternativa existe a biocatálise, que ao empregar lipases, facilita a separação das fases pós reação, diminui o custo do tratamento de águas residuais e facilita a recuperação do glicerol. Contudo, do ponto de vista prático, ainda existem dificuldades técnicas quanto ao uso de lipases, principalmente devido ao elevado custo das enzimas comerciais. Uma das formas de reduzir esse custo consiste na imobilização das lipases, permitindo a sua reutilização por vários ciclos da reação de transesterificação. Além disso, a descoberta de novas fontes dessa enzima pode reduzir o custo de produção, como também facilitar sua aplicabilidade, sendo os fungos endofíticos exemplos de fontes lipolíticas promissoras. Assim, o presente estudo teve como objetivo imobilizar lipase produzida por um fungo endofítico amazônico para aplicação na produção de biodiesel. Para a produção da lipase foi utilizado o fungo endofítico Endomelaconiopsis endophytica QAT_7AC. Após a determinação da maior atividade enzimática em fermentação submersa, o extrato lipolítico foi preparado em maior volume e purificado, sendo posteriormente caracterizada quanto ao pH e temperatura ótimos. Foram conduzidos testes de produção de biodiesel para avaliar o rendimento, considerando o uso do óleo de fritura, em comparação com o óleo de soja; o tempo de reação; e o tipo de enzima (comercial ou extrato enzimático). Em seguida, por meio de um delineamento experimental avaliou-se a proporção álcool: óleo, o tempo de reação e o tipo de álcool de cadeia curta. As amostras de biodiesel obtidas foram purificadas, caracterizadas, submetidas à análise por CG-EM e pesadas, para identificação dos ésteres formados e determinação do rendimento. A imobilização das lipases foi realizada em alginato de cálcio e em nanopartículas magnéticas, sendo as enzimas avaliadas quanto à sua estabilidade, capacidade de reutilização, estabilidade de armazenamento e rendimento na produção de biodiesel. O fungo E. endophytica apresentou produção enzimática de 11262 U/mL após 120 h de cultivo. O extrato lipolítico demonstrou maior atividade catalítica a 40 °C e pH 5,5 e foi purificado em Sephadex G-100, obtendo-se atividade específica de 10942,7 U/mg. Ao avaliar o óleo de soja e o resíduo de óleo de fritura como matéria-prima para a produção de biodiesel por transesterificação biocatalítica utilizando etanol, a reação com resíduo de óleo obteve melhor rendimento (90%), com proporção etanol: óleo de 3:1 e 360 minutos de reação. A imobilização enzimática em alginato de cálcio obteve uma eficiência de 92,3%, sendo viável a utilização deste sistema biocatalítico em 4 ciclos de reação. A imobilização em nanopartículas magnéticas apresentou eficiência de 50% e pôde ser utilizada por até 3 ciclos. As amostras de biodiesel, quando produzidas por transesterificação enzimática apresentaram 4 parâmetros dentro dos valores prescritos pela ANP, com índice de acidez acima do estabelecido. Assim, os resultados experimentais obtidos sugerem a viabilidade da aplicação do extrato enzimático fúngico como biocatalisador na produção de ésteres etílicos utilizando resíduo de óleo de fritura como matéria-prima. |
Abstract | Alkaline catalysis is the primary process for producing commercial biodiesel. However, this method generates alkaline effluents, requires significant water consumption during purification, and complicates glycerol recovery. As an alternative, biocatalysis employing lipases facilitates phase separation after the reaction, reduces wastewater treatment costs, and simplifies glycerol recovery. Nonetheless, practical challenges persist, primarily due to the high cost of commercial enzymes. One way to mitigate this cost is through lipase immobilization, enabling their reuse across multiple transesterification reaction cycles. Additionally, discovering new enzyme sources can lower production costs and improve applicability, with endophytic fungi representing promising lipolytic sources. This study aimed to immobilize lipase produced by an Amazonian endophytic fungus for biodiesel production. The fungus Endomelaconiopsis endophytica QAT_7AC was used for lipase production. After determining peak enzymatic activity during submerged fermentation, the lipolytic extract was prepared in larger volumes, purified, and subsequently characterized for optimal pH and temperature. Biodiesel production tests evaluated yield using waste frying oil compared to soybean oil, reaction time, and enzyme type (commercial or enzymatic extract). An experimental design was conducted to assess alcohol-to-oil ratios, reaction time, and types of short-chain alcohols. The biodiesel samples obtained were purified, characterized, analyzed by GC-MS, and weighed to identify the esters formed and determine yield. Lipase immobilization was performed using calcium alginate and magnetic nanoparticles, with enzymes evaluated for stability, reusability, storage stability, and biodiesel production yield. The fungus E. endophytica produced 11,262 U/mL of enzymes after 120 hours of cultivation. The lipolytic extract demonstrated maximum catalytic activity at 40 °C and pH 5.5, and purification using Sephadex G-100 resulted in specific activity of 10,942.7 U/mg. When comparing soybean oil and waste frying oil as feedstocks for biodiesel production via biocatalytic transesterification using ethanol, the reaction with waste oil achieved a higher yield (90%) under a 3:1 ethanol-to-oil ratio and 360 minutes of reaction. Enzyme immobilization in calcium alginate achieved 92.3% efficiency and was viable for use in four reaction cycles. Immobilization in magnetic nanoparticles achieved 50% efficiency and could be reused for up to three cycles. The biodiesel samples produced via enzymatic transesterification met four ANP specifications, with an acidity index exceeding the established limit. These experimental results indicate the feasibility of using fungal enzymatic extract as biocatalyst for producing ethyl esters, employing waste frying oil as a feedstock. |