Síntese enzimática de biolubrificantes a partir de óleos vegetais ácidos e/ou resíduos industriais do processamento de óleos vegetais
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Data de Publicação: | 2024 |
Tipo de documento: | Trabalho de conclusão de curso |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSCAR |
Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/19330 |
Resumo: | Given the current scenario of energy transition, biolubricants are an interesting alternative to replace lubricating oils from fossil sources, which are the most used in the market to reduce friction effects between surfaces, among other several applications Biolubricants are composed of fatty acid esters that can be derived from biomass, such as vegetable oils, from transesterification reactions of oils or esterification of fatty acids with long linear and/or branched-chain alcohols. This work aimed at evaluating the enzymatic production of fatty acid esters for biolubricant bases by esterification of commercial fatty acids and isoamyl alcohol using as a biocatalyst a liquid lipase formulation from Novozymes A/S, Eversa Transform®, which was specially formulated to product biodiesel from lipid material with high free acidity. From experimental data of ester yield or substrate conversion over time, as well as data reported in the literature for the synthesis of esters from fatty acids and DDOS (distillate from the deodorization of soybean oil), kinetic modeling were made to determine which models best fit this type of reaction (classic Michaelis-Mentem, Michaelis-Menten with inhibition, Ping Pong Bi-Bi, etc.), thus allowing the obtaining of kinetic (such as Vmax, Km, KI) and thermodynamic (enthalpy and activation energy) parameters. Also, the specificity of the enzyme for different fatty acids was determined, evaluating its affinity in relation to chain size and the presence of unsaturations, showing best results regarding to fatty acids of saturated medium-to-long chains, such as stearic acid. Regarding the solvent used, heptane proved to be more adequate. Conversion profiles over time using lauric acid (C12:0) and coconut oil (mostly composed of ca. 70% of medium-chain saturated fatty acids – C12:0-C16:0) were also evaluated. For lauric acid, a higher conversion was observed in the interval of 12 to 24 h, reaching a maximum conversion of 45%. For coconut oil, the yield of isoamyl esters was evaluated, obtaining a yield lower than 3.5% at the end of 24 h of reaction. |
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Figueiredo, Luiza GambettaTardioli, Paulo Waldirhttp://lattes.cnpq.br/0808991927126468http://lattes.cnpq.br/7500887344686916https://orcid.org/0009-0009-8468-1133https://orcid.org/0000-0002-5011-98812024-02-16T13:45:17Z2024-02-16T13:45:17Z2024-01-22FIGUEIREDO, Luiza Gambetta. Síntese enzimática de biolubrificantes a partir de óleos vegetais ácidos e/ou resíduos industriais do processamento de óleos vegetais. 2024. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/19330.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/19330Given the current scenario of energy transition, biolubricants are an interesting alternative to replace lubricating oils from fossil sources, which are the most used in the market to reduce friction effects between surfaces, among other several applications Biolubricants are composed of fatty acid esters that can be derived from biomass, such as vegetable oils, from transesterification reactions of oils or esterification of fatty acids with long linear and/or branched-chain alcohols. This work aimed at evaluating the enzymatic production of fatty acid esters for biolubricant bases by esterification of commercial fatty acids and isoamyl alcohol using as a biocatalyst a liquid lipase formulation from Novozymes A/S, Eversa Transform®, which was specially formulated to product biodiesel from lipid material with high free acidity. From experimental data of ester yield or substrate conversion over time, as well as data reported in the literature for the synthesis of esters from fatty acids and DDOS (distillate from the deodorization of soybean oil), kinetic modeling were made to determine which models best fit this type of reaction (classic Michaelis-Mentem, Michaelis-Menten with inhibition, Ping Pong Bi-Bi, etc.), thus allowing the obtaining of kinetic (such as Vmax, Km, KI) and thermodynamic (enthalpy and activation energy) parameters. Also, the specificity of the enzyme for different fatty acids was determined, evaluating its affinity in relation to chain size and the presence of unsaturations, showing best results regarding to fatty acids of saturated medium-to-long chains, such as stearic acid. Regarding the solvent used, heptane proved to be more adequate. Conversion profiles over time using lauric acid (C12:0) and coconut oil (mostly composed of ca. 70% of medium-chain saturated fatty acids – C12:0-C16:0) were also evaluated. For lauric acid, a higher conversion was observed in the interval of 12 to 24 h, reaching a maximum conversion of 45%. For coconut oil, the yield of isoamyl esters was evaluated, obtaining a yield lower than 3.5% at the end of 24 h of reaction.Em meio ao cenário atual de transição energética, os biolubrificantes são uma alternativa interessante na substituição dos óleos lubrificantes provenientes de fontes fósseis, os quais são os mais utilizados no mercado para reduzir efeitos de atrito entre superfícies, dentre outras inúmeras aplicações. Os biolubrificantes são formados majoritariamente em sua composição por ésteres de ácidos graxos, os quais podem ser derivados de biomassa, como óleos vegetais, a partir de reações de transesterificação de óleos vegetais ou esterificação de ácidos graxos com álcoois de cadeia linear longa ou ramificadas ou ainda polióis. Este trabalho teve como objetivo avaliar a produção enzimática de ésteres bases para biolubrificantes por esterificação de ácidos graxos comerciais e álcool isoamílico utilizando como biocatalisador a formulação de lipase líquida Eversa Transform da Novozymes A/S, a qual foi especialmente formulada para a produção de biodiesel a partir de matéria lipídica com alta acidez livre. A partir de dados experimentais de rendimento em ésteres ou conversão de substrato com o tempo, bem como dados reportados na literatura para a síntese de ésteres a partir de ácidos graxos e DDOS (destilado da desodorização do óleo de soja), foram também realizados ajustes cinéticos para se determinar quais modelos se ajustam melhor a este tipo de reação (Michaelis-Mentem clássico, Michaelis-Menten com inibição, Ping Pong Bi-Bi, etc.), permitindo-se dessa forma a obtenção de parâmetros cinéticos (Vmax, Km, KI) e termodinâmicos (por exemplo, entalpia e energia de ativação). Também, determinou-se a especificidade dessa enzima por diferentes ácidos graxos, avaliando a sua afinidade com relação ao tamanho de cadeia e a presença de insaturações, em que ácidos saturados de cadeia média a longa apresentaram melhores conversões, como o ácido esteárico. Com relação ao solvente usado, o heptano se mostrou mais adequado. Também foram avaliados perfis de longa duração utilizando o ácido láurico (C12:0) e óleo de coco (majoritariamente contendo aproximadamente 70% de ácidos graxos saturados de cadeia média – C12:0-C16:0). Para o ácido láurico observou-se maior conversão no intervalo de 12 a 24 h, atingindo uma conversão máxima de 45%. Já para o óleo de coco, avaliou-se o rendimento dos ésteres isoamílicos, obtendo um rendimento menor que 3,5% ao final de 24 h de reação.OutraAgência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP), Programa de Recursos Humanos da ANP para o Setor de Biocombustíveis (PRH-ANP/FINEP)porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosEngenharia Química - EQUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessBioubrificantesÓleos vegetaisÁcidos graxosLipaseBiolubricantsVegetable oilsFatty acidsLipaseENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICASíntese enzimática de biolubrificantes a partir de óleos vegetais ácidos e/ou resíduos industriais do processamento de óleos vegetaisEnzymatic synthesis of biolubricants from acid vegetable oils and/or industrial residues of the vegetable oil processinginfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTrabalho de Graduação - Luiza G. Figueiredo_vFinal_Entregue.pdfTrabalho de Graduação - Luiza G. Figueiredo_vFinal_Entregue.pdfMain textapplication/pdf1082071https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/19330/1/Trabalho%20de%20Gradua%c3%a7%c3%a3o%20-%20Luiza%20G.%20Figueiredo_vFinal_Entregue.pdfcfecd0b44b4469e7d7101425e32902a8MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/19330/3/license_rdff337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD53TEXTTrabalho de Graduação - Luiza G. Figueiredo_vFinal_Entregue.pdf.txtTrabalho de Graduação - Luiza G. 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