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O presente trabalho teve como objetivo a produção enzimática de um éster com atividade antioxidante (galato de isoamila) por esterificação de ácido gálico e álcool isoamílico em meio de solvente (terc-butanol). Oito lipases comerciais de diferentes fontes (microbianas e animal) foram empregadas na forma livre (extratos brutos) como biocatalisadores. As reações foram conduzidas empregando 0,25 mol L-1 de cada reagente (ácido gálico e álcool isoamílico), agitação mecânica de 240 rpm, 40°C, 4 h de reação e 1000 unidades de atividade enzimática baseada na hidrólise da emulsão de azeite de oliva. Os máximos valores de porcentagem de conversão foram obtidos para as preparações de lipase de Pseudomonas fluorescens – LPF (41,5 ± 5,1%) e de pâncreas suíno – LPP (38,4 ± 2,3%), a preparação de lipase testada com menor custo. A produtividade para estes sistemas de reação foi da ordem de 25 µmoles de ácido gálico consumido h-1 U-1. Estes revelam que a aplicação de uma lipase de baixo custo (LPP) pode ser promissora na produção de ésteres com propriedades antioxidantes, uma importante classe de compostos empregados na área de alimentos e cosméticos.

— The continual search for alternative environmentally cleaner technologies in industrial processes has led to an increase in the use of enzymatic processes globally. However, due to their physical characteristics they require immobilization in order to remain effective. The objective of this study was to investigate the immobilization of the biotechnologically important and commercially available Candida rugosa lipase (CRL) by physical interfacial adsorption onto a number of matrices to act as biocatalysts. Five different types of support were tested: i) macroporous silica (synthetic inorganic), ii) polyhydroxybutyrate (natural organic), iii) polypropylene (synthetic organic), iv) polymethacrylate (synthetic organic), and v) polystyrene-divinylbenzene (synthetic organic). Results generated during this study showed that from the group of materials tested, polystyrene-divinylbenzene gave the best results with the highest amount of immobilized protein (8.10 ± 0.31 mg/g) and a good immobilization yield (90.35% ± 1.53%). The efficiency of protein immobilization was found to be highest when carried out at pH4.5, which is close to the isoelectric point of the enzyme.

O aumento da competitividade na indústria de concretos refratários tem estimulado estudos de engenharia na busca de melhorar o desempenho desses materiais e reduzir custos. Falhas prematuras em refratário causam prejuízos com custo de reparo, mas principalmente com perda da produção, deixando de atender clientes e cumprir com o planejamento de produção. A oxidação do carbono é um dos mecanismos de falha mais complexos, e uma alternativa muito explorada na tentativa de controlar a degradação de concretos refratários é a adição do carbeto de silício (SiC) que é reconhecido como um importante composto, por possuir bom desempenho em altas temperaturas, boa resistência a corrosão e ao choque térmico. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é estudar a influência da adição de carbetos de silício em concreto refratário, entendendo o comportamento mecânico e químico quando exposto a meios alcalinos e alta temperatura. Para isso foram construídos corpos de prova de concreto sem carbeto de silício e com adição de 10, 30 e 60% de SiC (em massa) para análise do seu processo de oxidação. Essas matrizes foram levadas ao forno com diferentes rampas (taxas) de aquecimento e tempo de residência. Todas as amostras foram pesadas antes e após o procedimento no forno, sendo utilizadas as técnicas de difração de raios e microscopia eletrônica de varredura para entendimento das reações. Foi verificado através desses ensaios menor taxa de redução de massa da matriz com 10% de SiC, o que indica maior resistência à oxidação, associada principalmente à formação de mulita Al6Si2O13 através da reação entre SiC e óxido de alumínio Al2O3 presente na composição do concreto, a presença de cinzas volantes e à formação de uma camada de sílica SiO2 sobre a superfície do SiC, sendo que essa deposição atua como um protetor antioxidante e, por consequência, anticorrosivo. The increase in competitiveness in the refractory castable industry has stimulated engineering studies in the search to improve the performance of these materials and reduce costs. Premature failures in refractory cause huge losses with repair costs, but mainly with the loss of production, failing to serve customers and comply with production planning. Carbon oxidation is one of the most complex failure mechanisms. An alternative explored to control the degradation of refractory castable is the addition of silicon carbide (SiC), which is recognized as an essential compound for resistance to high temperatures, good resistance to corrosion and thermal shock. In this context, the objective of this work is to study the influence of the addition of silicon carbides in refractory castable, understanding the mechanical and chemical behavior when exposed to an alkaline environment and high temperature. For this, concrete specimens were constructed without silicon carbide and with the addition of 10, 30 and 60% of SiC for analysis of its oxidation process comparing the results. These matrices were heated with different heating rates and residence time in the kiln. All samples were weighed before and after the kiln procedure, using x-ray diffraction and scanning electron microscopy techniques to understand the reactions. A lower rate of mass reduction of the matrix with 10% SiC was verified through these tests, which indicates greater resistance to oxidation, mainly associated with the formation of mullite Al6Si2O13 through the reaction between SiC and aluminum oxide Al2O3 present in the concrete composition, the presence of fly ash and the formation of a layer of silica SiO2 on the surface of the SiC, and this deposition acts as an antioxidant protector and, consequently, anticorrosion.

CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior O objetivo do presente projeto de mestrado foi a produção um biocatalisador enzimático capaz de sintetizar diésteres com propriedades lubrificantes (biolubricantes) pela hidroesterificação do óleo de fritura. A primeira etapa deste processo consistiu na sequencial produção de ácidos graxos livres (AGL) por hidrólise enzimática do óleo de fritura catalisada pelo extrato enzimático bruto de lipase de Candida rugosa (LCR). Completa hidrólise do óleo foi obtida em 3 h de reação empregando razão mássica óleo:água de 40% m/m, 45°C, agitação mecânica de 1500 rpm e concentração de lipase de 3,2 g/L. Em seguida, os AGL obtidos foram separados do meio de reação, lavados com água destilada e desidratados para serem empregados como matéria-prima na segunda etapa do processo (esterificação). As reações de produção dos diésteres por esterificação foram realizadas em sistemas ambientalmente corretos (isentos de solventes orgânicos). Nesta etapa, uma preparação de lipase de Thermomyces lanuginosus (Eversa® Transform 2.0) imobilizada em partículas de poli(estireno-divinilbenzeno) foi empregada como biocatalisador heterogêneo. A lipase foi imobilizada via adsorção física (mecanismo de ativação interfacial) no suporte hidrofóbico empregado em tampão acetato de sódio pH 5,0 com baixa força iônica (5 mM), por 18 h de contato a 25°C e em agitação mecânica em banho termostatizado (200 rpm) e a carga enzimática inicialmente oferecida foi de 40 mg/g de suporte. Elevada concentração de proteína imobilizada da ordem de 36 mg/g (que corresponde a um rendimento de imobilização da ordem de 90%) foi obtido devido à alta área superficial e diâmetro de poros do suporte que permite imobilizar alta concentração de lipase. Após a preparação do biocatalisador heterogêneo, foi avaliada a influência do tipo de glicol na sua atividade catalítica. Neste estudo, foram empregados quatro tipos de glicóis como dietieleno glicol (DEG), propileno glicol (PG), neopentil glicol (NPG) e o etileno glicol (EG). Máxima conversão dos AGL de 87% após 90 min de reação foi observada para o EG, então selecionado para estudos de ótimização. O efeito de parâmetros relevantes na produção dos ésteres como temperatura de reação, concentração de biocatalisador e razão molar EG:AGL foi avaliado por um delineamento central composto rotacional (DCCR). Nas condições ótimas de reação, foi avaliado o efeito do tempo para alcançar a máxima conversão da reação. De acordo com os resultados obtidos, a conversão total dos grupos hidroxila do EG foi alcançada em 40 min de reação a 65°C empregando razão molar EG:AGL de 1:3 e 18% m/m do biocatalisador heterogêneo preparado. Nas mesmas condições, o extrato da lipase solúvel proporcionou uma conversão máxima de apenas 32,5%. Esses resultados mostram claramente que o biocatalisador preparado é altamente ativo na produção de ésteres industriais (biolubrificantes) e que a imobilização é de extrema importância, visto que aumenta a atividade catalítica e permite a reutilização da enzima. Testes de reuso foram realizados a fim de analisar a estabilidade do biocatalisador preparado após sucessivas bateladas de esterificação. Após sete ciclos sucessivos de esterificação, máxima conversão dos ácidos foi de 37%. A produção de diésteres foi confirmada por ressonância magnética nuclear de próton (1H RMN). As propriedades físicas dos diésteres de EG produzidos como viscosidade cinemática, índice de viscosidade, e ponto de fluidez foram determinadas por metodologias padrões. Com base nos resultados obtidos, a viscosidade cinemática a 40°C e 100°C dos diésteres preparados foi respectivamente de 27,3 ± 1,6 e 5,7 ± 0,4 mm2/s. O índice de viscosidade determinado foi de 166,2 ± 18,2. Os diésteres produzidos apresentam bom desempenho em baixas temperaturas, pois o seu ponto de fluidez foi de –9 ± 2°C. Suas propriedades físicas foram similares aos diésteres de EG obtidos a partir do óleo de soja descritos na literatura e com lubrificantes comerciais fornecidos pela Emery Oleochemicals (Dehylube® 4016 e Dehylube® 4016 US) e Zschimmer & Schwarz (LEXOLUBE 3JN-310 e LUBRICIT NGDO). Estes resultados mostram que o processo proposto pode ser uma alternativa interessante do ponto de vista industrial devido à alta atividade catalítica do biocatalisador em condições brandas de reação. Além disso, as propriedades físicas dos diésteres produzidos a partir de uma matéria-prima de baixo custo obtida no procesamento de alimentos foram similares aos biolubrificantes disponíveis comercialmente. The aim of this Dissertation (Master of Science) has been the production of na enzimatic biocatalyst capable of synthesizing diesters with lubricant properties (biolubricants) through hydroesterification of used soybean cooking oil – USCO (or waste cooking oil). The first step consisted in FFA production via enzymatic hydrolysis of USCO catalyzed by a crude lipase extract from Candida rugosa (CRL). Complete hydrolysis of the oils were achieved after 3 h of reaction at 40 °C, using 3.2 g/L of CRL, mechanical stirring frequency of 1500 rpm and oil:water mass ratio of 40% m/m. Next, the produced FFA have been separed, washed with distilled water and dehydrated to be used as starting materials in esterification step. In this study, the esters production has been performed in an eco-friendly process (solvent-free systems) and open reactors to eliminate formed water molecules in the reaction. In this step, a liquid lipase preparation from Thermomyces lanuginosus (Eversa® Transform 2.0)has been immobilized on poly(styrene-divinylbenzene) paarticles and it has been used as heterogeneous biocatalyst. The immobilization protocol proceeded by physical adsorption via mechanism of interfacial activation at low ionic strenght (5 mM) buffer sodium acetate pH 5.0 at 25°C, 18 h of contact under continuous mechanical stirring (200 rpm) in a controlled water bath temperature using an initial protein loading of 40 mg protein/g of support. High protein loaded biocatalyst around of 36 mg/g (immobilization of ≈90%) has been obtained due to high surface area and pore size of the support. In this study, four different glycols such as ethylene glycol (EG), propylene glycol (PG), diethylene glycol (DEG) and neopentyl glycol (NPG) were used as reactants in diesters production via esterification of the produce FFA using immobilized Eversa® Transform 2.0 as heterogeneous biocatalyst. Maximum OH conversion of 87% at 90 min of reaction was achieved using EG. Thus, further tests for optimizing the enzymatic esters production using statistical tools were performed with EG. The effect of three relevant parameters such as heterogeneous biocatalyst concentration, reaction temperature and EG:FFA molar ratio was evaluated using a full factorial design in a CCRD mode. Under optimal experimental conditions, the effect of contact time on the esters production hs also been evaluated. According to results, full OH conversion was achieved at 65 °C, EG:FFA molar ratio of 1:3, and biocatalyst concentration of 18% m/m at 40 min of reaction. Maximum OH conversion of only 32.5% was obtained using crude lipase extract under such conditions. The biocatalyst retained ≈37% of its original activity after seven successive esterification batches. The diesters production has been confirmed by proton nuclear magnetic resonance analysis (1H NMR). The physical properties of the produced diesters such as kinematic viscosity, visccosity index and pour point have been determined according to standard methods. Based on these results, kinematic viscosity values at 40°C and 100°C were 27.3 ± 1.6 e 5.7 ± 0.4 mm2/s. In addition, the viscosity index was of 166.2 ± 18.2. They presented good cold temperature properties, since its pour point was –9 ± 2°C. The physical properties of the produced diesters were comparable with EG diesters from soybean oils described in literature and comercial synthetic esters from two companies: Emery Oleochemicals (Dehylube® 4016 and Dehylube®4016 US) and Zschimmer & Schwarz (LEXOLUBE 3JN-310 and LUBRICIT NGDO). These results clearly show that the proposed process can be an interesting option in industrial processes due to its high catalytic activity under mild reaction conditions (65 °C and atmosphere pressure). Moreover, the physical properties of the produced diesters using a low-cost oleaginous feedstock, a waste oil from the food processing, were similar to commercial synthetic esters.

FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Nos últimos anos, os biolubrificantes vêm ganhando destaque em comparação com os lubrificantes convencionais à base de petróleo. Essa tendência é observada em quase todos os setores que contam com esses produtos, independentemente de suas aplicações. Os fatores que contribuem para essa tendência de crescimento são os problemas ambientais causados pelos lubrificantes convencionais e o esgotamento das reservas de petróleo que aumentam a necessidade de lubrificantes renováveis e biodegradáveis. Além disso, os biolubrificantes podem ser produzidos utilizando diversos tipos de matéria-prima oleaginosa e por meio de reações químicas distintas que podem ser eficientemente catalisadas por lipases imobilizadas, o que os torna bastante atrativos no contexto da Química Verde. Assim, suportes iônicos foram preparados via sequencial funcionalização da sílica de casca de arroz com (3- Glicidilóxipropil)trimetóxissilano (GPTMS) (Epx-SiO2) e ativação com glicina (Gli-Epx-SiO2) a fim de imobilizar a lipase de Thermomyces lanuginosus (TLL) por adsorção e posteriormente empregar o biocatalisador obtido na síntese de biolubrificante. A sílica da casca de arroz (RHS) foi selecionada como suporte com o objetivo de comparar o seu desempenho frente ao uso da sílica comercial (Immobead S60S). A sequencial funcionalização/ativação dos suportes à base de SiO2 foram confirmados por análises de MFA, MEV e Fisissorção de N2. A capacidade máxima de adsorção de TLL de 14,8 ± 0,1 mg/g e 16,1 ± 0,6 mg/g usando, respectivamente, RHS e Immobead S60S como suporte foi observada. O modelo de isotermas de Sips foi o que se ajustou melhor aos dados experimentais de adsorção de TLL. As atividades catalíticas da TLL imobilizada nos suportes foram analisadas por hidrólise da emulsão de azeite de oliva e síntese de estearato de butila via reação de esterificação. A atividade hidrolítica do biocatalisador preparado a partir do suporte de sílica comercial (357,6 ± 11,2 IU/g) foi ligeiramente superior ao Gli-Epx-SiO2 preparado com RHS (307,4 ± 7,2 IU/g). Por outro lado, foi similar para ambos os biocatalisadores a atividade catalítica na reação de esterificação (conversão em torno de 90% em 9-10h de reação) e a estabilidade operacional após 6 ciclos consecutivos de síntese de estearato de butila (biolubrificante) em sistemas descontínuos. In recent years, biolubricants have been gaining prominence in comparison with conventional petroleum-based lubricants. This trend is observed in almost all sectors relying on these products, regardless of their applications. The factors that contribute to such growing trend are the environmental problems caused by coventional lubricants and the depletion of oil reserves that have increased the need for renewable and biodegradable lubricants. In addition, biolubricants can be produced using several types of oleaginous feedstock and distinct chemical reactions that can be efficiently catalyzed by lipases, which make them quite attractive in the context of Green Chemistry. Thereby, ion-exchange supports have been prepared via sequential functionalization of silica-based materials with (3-Glycidyloxypropyl)trimethoxysilane (GPTMS) (Epx-SiO2) and activation with glycine (Gly-Epx-SiO2) in order to immobilize lipase from Themomyces lanuginosus (TLL) via adsorption and then use the biocatalyst obtained in the synthesis of biolubricant. Rice husk silica (RHS) was selected as support with the aim of comparing its performance with commercial silica (Immobead S60S). Sequential functionalization/activation of SiO2-based supports has been confirmed by AFM, SEM and N2 adsorption-desorption analyses. Maximum TLL adsorption capacities of 14.8 ± 0.1 mg/g and 16.1 ± 0.6 mg/g using RHS and Immobead S60S as supports, respectively, have been reached. The Sips isotherm model has been used, which was well fitted to experimental data on TLL adsorption. Catalytic activities of immobilized TLL were assayed by olive oil emulsion hydrolysis and butyl stearate synthesis via an esterification reaction. Hydrolytic activity of the biocatalyst prepared with a commercial support (357.6 ± 11.2 IU/g) was slightly higher than that of Gly-Epx-SiO2 prepared with RHS (307.4 ± 7.2 IU/g). On the other hand, both biocatalysts presented similar activity (around 90% conversion within 9-10 h of reaction) and operational stability after 6 consecutive cycles of butyl stearate synthesis in batch systems.

Subprodutos provenientes de biomassas lignocelulósicas contém composição química rica em açúcares, os quais podem ser aproveitados em diferentes processos fermentativos, como na produção biotecnológica de xilitol, um importante insumo para os segmentos industriais alimentício, farmacêutico e odontológico. A despolimerização da parede celular vegetal é uma etapa importante para o aproveitamento destas biomassas em bioprocessos, como para obtenção do hidrolisado hemicelulósico, que tem a hidrólise ácido diluído como um dos principais métodos utilizados. Entretanto, além da solubilização dos açúcares, ocorre a liberação e formação de compostos tóxicos aos microrganismos, principalmente compostos fenólicos. Frente a este problema, metodologias de destoxificação dos hidrolisados vem sendo estudadas, de forma a se obter um método mais econômico, sustentável e rentável. Assim sendo, este trabalho tem o objetivo de aproveitar a biomassa seca de Candida guilliermondii FTI 20037 proveniente da bioprodução de xilitol, como agente destoxificante do hidrolisado hemicelulósico da mistura de bagaço e palha de cana-de-açúcar. Aproveitou-se a biomassa da levedura proveniente do cultivo em hidrolisado hemicelulósico da mistura de bagaço e palha de cana-de-açúcar (1:1) suplementado com nutrientes. Esta biomassa foi autoclavada, seca em estufa a 90°C até peso constante, triturada em gral com pistilo, e empregada na destoxificação do hidrolisado hemicelulósico. Foi empregado planejamento fatorial 24 com triplicata no ponto central, sendo as variáveis avaliadas o pH do hidrolisado, proporção entre a biomassa seca e hidrolisado, tempo de contato e temperatura. Como experimento controle empregou-se a destoxificação com carvão vegetal ativado. Observou-se que o tratamento do hidrolisado com biomassa seca de C. guilliermondii no HHBP reduziu o teor dos compostos tóxicos avaliados, principalmente de compostos fenólicos. Neste caso, a máxima remoção com a biomassa seca foi de 27%, enquanto que com o carvão, esta foi de 40,3%. Ambos procedimentos levaram a uma pequena perda dos açúcares xilose, glicose e arabinose. A condição de destoxificação com a biomassa seca estabelecida no planejamento fatorial que se verificou maior remoção de fenólicos foi empregada para a avaliação da produção de xilitol. Verificou-se que o máximo consumo de xilose (89%) ocorreu com o uso do carvão, enquanto que para a biomassa seca foi de 80,2%. Porém, o fator de conversão de xilose a xilitol foi favorecido com o uso de biomassa seca, enquanto a produtividade volumétrica de xilitol foi favorecida pelo uso do carvão. Estes resultados obtidos são promissores quanto a possibilidade de ser estabelecido um método alternativo de destoxificação de hidrolisados provenientes de biomassas vegetais, a partir do aproveitamento da biomassa microbiana residual do processo fermentativo da produção de xilitol. By-products from lignocellulosic biomass contain a chemical composition rich in sugars, which can be used in different fermentation processes, as in the biotechnological production of xylitol, an important input for the food, pharmaceutical and dental industries. The depolymerization of the plant cell wall is an important step for the utilization of these biomasses in fermentative bioprocesses, such as to obtain the hemicellulosic hydrolysate, which has dilute acid hydrolysis as one of the main methods used. However, besides the solubilization of sugars, this method releases and make toxic compounds to microorganisms, mostly phenolic compounds. In view of this problem, methodologies for detoxification of hydrolysate have been studied in order to obtain a more economical, sustainable and profitable method. Therefore, this work aims to take advantage of the dried biomass of Candida guilliermondii FTI 20037 derived from the bioproduction of xylitol as a detoxifying agent of the hemicellulosic hydrolysate of the sugarcane bagasse and straw (HHSBS) mixture. The yeast biomass cultivated on the hemicellulosic hydrolysate of sugarcane bagasse and straw mixture (1:1) and supplemented with nutrients was used. This biomass was autoclaved, oven dried at 90 °C until constant weight, ground with mortar and pestle, and used on detoxification of the hemicellulosic hydrolysate, by a 24 factorial design with triplicate at the central point. The variables evaluated were pH of HHSBS, ratio between dry biomass and HHSBS, time of contact and temperature. The control experiment was the hydrolysate detoxification by activated charcoal. It was observed that the use of dried biomass of C. guilliermondii in HHSBS reduced the content of all toxic compounds evaluated, mainly phenolic compounds. The phenolic compounds maximum removal by using dried biomass was 27%, although the use of activated charcoal removed 40.3%. Both procedures led to a small loss of sugars (xylose, glucose and arabinose). The condition removed the highest phenolic content was submitted to the fermentability test, aiming the production of xylitol. It was verified that the highest consumption of xylose (89%) occurred with the use of charcoal, whereas for the dried biomass it was 80.2%. However, the conversion factor of xylose to xylitol was favored using dried biomass, while the volumetric productivity of xylitol was favored by using charcoal. The results obtained are promising to establish an alternative method for detoxification of hemicellulosic hydrolysates by using residual microbial biomass from the fermentation process of xylitol production.

Na presente Tese de Doutorado objetivou-se avaliar a viabilidade técnica da substituição do solvente hexana, de fonte não renovável e industrialmente utilizado na extração de óleos vegetais, por solventes geralmente reconhecidos como seguros (GRAS), tais como álcoois de cadeia curta, etanol ou isopropanol, com diferentes graus de hidratação. Em adição, uma propriedade específica dos álcoois de cadeia curta foi estudada, miscibilidade parcial entre álcoois e óleo, objetivando-se a recuperação do solvente, etapa posterior ao processo de extração de óleo, denominada de dessolventização. Nesse sentido, torta de amêndoas de baru proveniente da prensagem mecânica industrial foi submetida à extração, com etanol ou isopropanol, absoluto ou azeotrópico, nas temperaturas de 60 a 90 °C, em um único estágio de contato. Os resultados mostraram que a adição de água ao solvente alcoólico impactou negativamente na eficiência de extração de óleo, enquanto o aumento da temperatura favoreceu este processo, sendo que com solvente isopropanol absoluto, a 80 °C, foi possível extrair aproximadamente 91 % do óleo disponível. Em temperaturas acima de 80 °C, os solventes utilizados, com exceção do etanol azeotrópico, apresentaram rendimentos de extração de óleo estatisticamente iguais. A composição em ácidos graxos dos óleos obtidos da extração alcoólica sequencial foi característica de óleo de amêndoas de baru, com predominância dos ácidos graxos insaturados oleico e linoleico e do saturado palmítico (aproximadamente 51, 28 e 7 %, respectivamente), independentemente da condição de processo empregada. Ainda, a extração alcoólica sequencial não influenciou nos teores dos isômeros α- e γ- tocoferol e no teor total de tocoferóis. Em relação ao estudo da fração proteica, dos sólidos desengordurados provenientes da extração alcoólica sequencial em três e dois estágios, para as temperaturas 60 e 90 °C, respectivamente, tanto a solubilidade proteica como a estabilidade térmica dos sólidos foram afetadas, sendo o índice de solubilidade de nitrogênio afetado negativamente pela hidratação do solvente alcoólico, temperatura de processo e número de estágios de contato. De uma maneira geral, a extração de óleo com solventes alcoólicos proporcionou a obtenção de um material sólido desengordurado com melhorias na capacidade de absorção de água e de óleo. Adicionalmente, verificou-se que o processo de extração alcoólica exerceu influência negativa na atividade emulsificante e positiva na capacidade de formação e estabilidade de espuma. Ademais, no estudo da recuperação do solvente, dados de equilíbrio de fases determinados para sistemas lipídicos compostos por óleo de torta de amêndoas de baru, obtido da prensagem mecânica industrial, e solventes alcoólicos, na faixa de temperatura de 15 a 60 °C, mostraram que a temperatura exerceu maior influencia na solubilidade mútua dos componentes dos sistemas com solventes absolutos em comparação aos sistemas com solventes azeotrópicos, enquanto a hidratação do solvente levou a diminuição da solubilidade, com consequente redução do coeficiente de partição do óleo. Parâmetros do modelo NRTL ajustados aos dados experimentais apresentaram adequada descrição do comportamento dos sistemas lipídicos, com desvios nas frações mássicas variando de 0,0014 a 0,0086. The aim of this Ph.D. Thesis was to evaluate the technical feasibility of replacing the solvent hexane, from a non-renewable source and industrially used in the extraction of vegetable oils, by solvents generally recognized as safe (GRAS), such as short chain alcohols, ethanol or isopropanol, with different levels of hydration. In addition, a specific property of the short-chain alcohols, the partial miscibility between alcohols and oil, has been studied aiming at recovering the solvent after the oil extraction process, called desolventization. In this sense, baru almond cake from industrial mechanical pressing was subjected to extraction with ethanol or isopropanol, absolute or azeotropic degress, at temperatures from 60 up to 90 °C, in a single contact stage. Results showed that the addition of water to the alcoholic solvent negatively affected the oil extraction efficiency, while the increase in temperature favored this process. It was possible to extract approximately 91 % of the oil with absolute isopropanol solvent at 80 °C. At temperatures above 80 °C, the solvents, with the exception of azeotropic ethanol, showed no statistical differences regarding extraction yields. The fatty acid composition of oils obtained from sequential alcoholic extraction was characteristic of baru almond oil, with predominance of oleic and linoleic unsaturated fatty acids and palmitic saturated fatty acid (approximately 51, 28 and 7%, respectively), regardless of the condition of used. Also, the sequential alcoholic extraction did not influence the contents of the α- and γ-tocopherol isomers and the total content of tocopherols. In relation to the protein fraction study, of the defatted solids from the sequential alcoholic extraction in three and two stages, for the temperatures of 60 and 90 °C, respectively, the protein solubility and the thermal stability of the solids were affected, being the nitrogen solubility index negatively affected by the hydration of the alcoholic solvent, by the process temperature and by the number of contact stages. In general, the extraction of oil with alcoholic solvents provided a defatted solid material with improvements in water and oil absorption capacities. Additionally, it was verified that the process of alcoholic extraction exerted a negative influence on the emulsifying activity and a positive on the capacity of foam formation and stability. Moreover, in the study of solvent recovery, phase equilibrium data determined for lipid systems composed of baru almond cake oil, obtained from industrial mechanical pressing, and alcoholic solvents, in the temperature range from 15 up to 60 °C, showed that the temperature exhibited the higher influence on the mutual solubility of the components of the system with absolute solvents compared to systems with azeotropic solvents, while the hydration of the solvent led to a decrease in solubility, with consequent reduction of the partition coefficient of the oil. NRTL model parameters adjusted to the experimental data presented an adequate description of the behavior of the lipid systems, with deviations in mass fractions varying from 0.0014 to 0.0086.

A estabilidade à oxidação é uma das propriedades mais importantes do biodiesel pois afeta a sua estabilidade durante o período de estocagem influenciando no desempenho do motor. As pesquisas atuais tendem a desenvolver aditivos antioxidantes para melhorar sua estabilidade. Algumas plantas exibem propriedades antioxidantes devido à sua composição química e que podem auxiliar nessa estabilização. O objetivo deste trabalho foi estudar a estabilidade termo oxidativa do biodiesel de soja e do sebo bovino puro e aditivado com folhas e extrato das folhas de acerola, graviola, manga e pitanga frente à luz, a 60º C e a baixas temperaturas por 0, 168, 504, 1176 e 1848 h de estocagem de forma a avaliar o seu enquadramento dentro das normas ANP, ASTM, EN. As folhas usadas como aditivo antioxidante foram moídas num moinho de facas a 10 mesh e os extratos das folhas foram obtidos pelo processo Soxhlet. O biodiesel de soja foi obtido pela rota etílica e o de sebo bovino pela metílica. A estabilidade termo oxidativa foi monitorada determinando-se o índice de acidez, a viscosidade cinemática, a densidade, por espectroscopia no infravermelho com Transformada de Fourier e por termogravimetria. Os resultados mostraram que o biodiesel de soja e do sebo bovino é estável frente à luz após 1848 h. O efeito antioxidante das folhas sobre o biodiesel de soja após 168 h de estocagem a 60º C segue a seguinte ordem: folhas de graviola > folhas de pitanga > folhas de manga > folhas de acerola, enquanto para o extrato das folhas tem-se: extrato das folhas de acerola> extrato das folhas de graviola>extrato das folhas de manga>extrato das folhas de pitanga, após 504h. Para o biodiesel de sebo bovino as folhas apresentaram a ordem: folhas de pitanga>folhas de acerola >folhas de manga>folhas de graviola, e para os extratos a ordem: extratos da folha de manga > extratos da folha de graviola >extratos da folha de pitanga>extratos da folha de acerola. O butil hidroxitolueno (BHT), antioxidante sintético, apresentou maior efeito antioxidante sobre o biodiesel de soja em relação às aditivações com folhas e seus extratos após 1176h. No biodiesel de sebo bovino, a atividade do BHT foi semelhante aos extratos das folhas de acerola, graviola e pitanga após 504h e o de manga após 1176h. A ordem da estabilidade do biodiesel de soja aditivado frente a baixas temperaturas foi: extrato de pitanga > extrato de manga > extrato de acerola > extrato de graviola. Os resultados dos testes em baixa temperatura indicam que o biodiesel de soja aditivado ou não pode ser usado em qualquer região do país para todas as estações do ano. O efeito dos extratos das folhas na estabilidade do biodiesel frente a baixas temperaturas foi: extratos das folhas de manga>extratos de acerola>extratos de graviola>extratos de pitanga. O biodiesel de sebo bovino puro apresenta menor estabilidade frente a baixas temperaturas em relação ao biodiesel de soja. Os resultados obtidos do IA, viscosidade cinemática, densidade, FTIR e TGA indicam que as folhas e extratos das folhas das frutas estudadas podem atuar como aditivos antioxidantes na estabilidade oxidativa do biodiesel. Oxidation stability is one of the most important properties of biodiesel because it affects their stability during the storage period influence on engine performance. Current research tend to develop antioxidant additives to improve their stability. Some plants have antioxidant properties due to their chemical composition and may assist in this stabilization. The aim of this study was to oxidative term stability of soybean biodiesel and pure beef tallow and spiked with leaves and extracts of the leaves of cherry, soursop, mango and cherry front light, 60 ° C and low temperatures for 0, 168, 504, 1176 and 1848 h of storage in order to evaluate its framework within the ANP, ASTM, EN. The leaves used as an antioxidant additive were ground in a knife mill to 10 mesh and extracts of leaves were obtained by Soxhlet process. Soybean biodiesel was obtained by the ethyl route and beef tallow by methyl. The term oxidative stability was monitored by determining the acid number, kinematic viscosity, density, by infrared spectroscopy with Fourier Transform and thermogravimetry. The results showed that the biodiesel soya and tallow is stable against the light for 1848 h. The antioxidant effect of leaves on soybean biodiesel after 168 h of storage at 60 ° C follows the following order: leaves of soursop> sheets of cherry> mango leaves> acerola leaves while for the leaves of the statement we have: extract leaves acerola> extract of the leaves of soursop> extract of mango leaves> extract of cherry leaves after 504h. For the leaves beef tallow biodiesel showed the order: leaves of cherry> leaves acerola> mango leaves> soursop leaves and extracts the order: Mango leaf extracts> soursop leaf extracts> leaf extracts of cherry> acerola leaf extracts. The butylated hydroxytoluene (BHT), synthetic antioxidant, showed higher antioxidant effect on soybean biodiesel in relation to additivations with leaves and their extracts after 1176h. In beef tallow biodiesel BHT activity was similar to the extracts of the leaves of cherry, soursop and cherry after 504h and the sleeve after 1176h. The order of stability of soy biodiesel additive against low temperatures was: cherry extract> mango extract> acerola extract> soursop extract. The results of the tests indicate that low temperature soybean biodiesel additive or may not be used in any region of the country for all seasons. The effect of the extracts of leaves in front biodiesel stability at low temperatures was: extracts of mango leaves> acerola extracts> soursop extracts> cherry extracts. Biodiesel pure beef tallow has lower stability in low temperatures to soy biodiesel. The results of the AI, kinematic viscosity, density, FTIR and TGA show that the extracts of the leaves and fruits studied sheets can act as antioxidant additives in the oxidative stability of biodiesel.

O processo de transesterificação alcalina para produção de biodiesel não é indicado para óleos de alta acidez, para esta condição, o processo de hidroesterificação atualmente tem sido investigado como alternativa. Este processo consiste em duas etapas associadas, a hidrólise na qual as moléculas de triacilgliceróis são hidrolisadas aos respectivos ácidos graxos, tendo como subproduto o glicerol e, em seguida, a etapa de esterificação na qual os ácidos graxos obtidos e previamente purificados são esterificados com o álcool desejado. Este processo favorece à utilização de matérias-primas com qualquer teor de ácidos graxos livres e umidade, o que pode representar redução do custo de produção. A macaúba (Acronomia aculeata) é uma palmeira de elevada produtividade em óleo (4 mil litros de óleo por hectare por ano) e dos seus frutos são extraídos os óleos da amêndoa (rico em ácido láurico) e da polpa, rico em ácido oleico e palmítico. Devido sua composição, o óleo da polpa se destaca como matéria-prima promissora para a produção de biodiesel. Entretanto, possui uma alta acidez, dificultando seu processamento pela rota convencional de transesterificação. Neste contexto, este trabalho tem como principal objetivo estabelecer o processo de hidroesterificação enzimático/químico para viabilizar a utilização desta matériaprima. Na primeira etapa do processo, a hidrólise, as lipases microbianas provenientes de Rhizophus oryzae e Candida rugosa e o extrato enzimático proveniente de semente de mamona foram testados como catalisadores. Os resultados mostraram bom desempenho das lipases microbianas destacando a lipase proveniente de Candida rugosa que apresentou conversões de 77% resultando em um hidrolisado com 93% ácidos graxos livres (AGL) em 8h de reação utilizando o óleo de amêndoa de macaúba com acidez de 37mgKOH/g nas seguintes condições reacionais: 40ºC, pH 7,0, agitação de 1000rpm e concentração de biocatalisador de 2908 U/g de substrato. O extrato enzimático proveniente de mamona também apresentou bom desempenho fornecendo conversões de 56% na hidrólise de óleo de polpa de macaúba (63 mgKOH/g) resultando em um hidrolisado com 83% de (AGL) em 4h, nas seguintes condições reacionais: temperatura de 35 ºC, pH 4,5, agitação de 1000rpm e concentração de catalisador de 23U/g de substrato. Nesta etapa do trabalho também foi investigado o emprego do ultrassom como potencializador. Os resultados mostraram que o uso do ultrassom proporcionou um aumento na conversão de hidrólise possibilitando o uso de óleo de polpa com acidez mais elevada (72 mgKOH/g). Para a etapa de esterificação o ácido fosfotungístico (HPW) impregnado em óxido de nióbio (Nb2O5) foi utilizado como catalisador. De acordo com as condições de esterificação estabelecidas por planejamento fatorial (250ºC, agitação de 700 rpm, razão molar hidrolisado etanol de 1:40 e 15% de catalisador) conversões médias da ordem de 97% foram obtidas. A caracterização do produto final atendeu às especificações da ANP (Resolução 14/2015) com relação ao teor de ésteres e viscosidade, confirmando o potencial deste processo na produção de biodiesel. The hydroesterification process has been investigated as an alternative to alcaline transesterification. This process consists of two associated steps, the hydrolysis step in which the triacylglycerol molecules are hydrolyzed to the respective acids, resulting in glycerol as a by-product and then the esterification step in which the fatty acids obtained in the first step are esterified with the desired alcohol. This process favors the use of raw materials with any content of free fatty acids and moisture, which may represent the reduction of production cost. The macaw palm(Acronomia aculeata) has a high yield in oil (4000L/ of oil per hectare per year) and from its fruits are extracted oils rich in oleic acid and palmitic . Due to its composition, macaw oil stands out as a promising raw material for biodiesel production. However, its oil presents high acidity and cannot be used feedstock for biodiesel production by a conventional alkaline route In this context, this work has as main objective to establish the hydroesterification process to enable the use of this raw material. In the first step of the hydrolysis process, the microbial lipases from Rhizophus oryzae, Candida rugosa and vegetable lipase extract from castor bean has been studied as catalysts. The results showed good performance of the microbial lipases, highlighting the lipase from Candida rugosa that presented conversions of 77% resulting in a hydrolyzate with 93% free fatty acids (FFA) in 8 hours of reaction using the macaw oil with acidity of 37mgKOH/g under the following reaction conditions: 40°C, pH 7.0, stirring at 1000 rpm and biocatalyst concentration of 2908U/ g of substrate. The enzyme extract from castor seed also showed good results with 56% conversions in the hydrolysis of macaw pulp oil (63mgKOH/g) resulting in a hydrolyzate with 83% (FFA) in 4h, under the following reaction conditions: temperature of 35ºC, pH 4.5, stirring at 1000 rpm and catalyst concentration of 23U/g of substrate. In this stage of the study, the use of ultrasound also was investigated. The results showed that the use of ultrasound provided an increase in hydrolysis conversion, allowing the use of pulp oil with higher acidity (72mgKOH/g). For the esterification step, phosphotungstic acid (HPW) impregnated with niobium oxide (Nb2O5) was studied as the catalyst. The esterification step employing HPW/Nb2O5 showed conversions of 97% under the reaction conditions of 250°C, stirring of 700 rpm, hydrolysed ethanol ratio of 1:40 and 15% of the catalyst. The characterization of the final product was in accordance with the ANP regarding the content of esters and viscosity, confirming the potential of this process in the production of biodiesel.

O objetivo deste trabalho consistiu na preparação e caracterização de biocatalisadores por ativação interfacial de lipase de Thermomyces lanuginosus (TLL) em partículas hidrofóbicas de poli-(estireno-divinilbenzeno) (PSty-DVB) para a produção de ésteresde cera, compostos de interesse industrial com propriedades lubrificantes, por reação de esterificação. O efeito de certos fatores no processo de imobilização como pH, força iônica, temperatura, tempo de incubação e carregamento de proteína variando de 10 a 200 mg/g de suporte foi avaliado. Nas condições ótimas de adsorção da enzima (tampão acetato de sódio 5 mM, pH 5,0, 25 °C, 15 h de incubação e carregamento inicial de proteína de 150 mg/g de suporte), máxima concentração de proteína imobilizada da ordem de 134 mg/g foi observada. A imobilização da enzima no suporte empregado foitambém confirmada por análise de espectroscopia de infravermelho e microscopia eletrônica de varredura. O biocatalisador obtido com a máxima concentração de proteína imobilizada foi testado na síntese de linoleato de cetila (biolubrificante) em um sistema isento de solventes, um importante éster de cera insaturado, com o intuito de estimar a sua atividade em reação de esterificação. Máxima conversão da ordem de 90% foi observada para 30 min e nas condições experimentais testadas, o biocatalisador foi altamente estável após cinco sucessivos ciclos de reação. Além disso, TLL imobilizada em PSty-DVB foi mais ativo na síntese de linoleato de cetila que Lipozyme TL-IM, um biocatalisador comercial. Em seguida, os biocatalisadores preparados foram também testados na síntese de decanoato de cetila, um éster de cera saturado e de grande aplicação industrial. Neste estudo, a influência de alguns parâmetros foi avaliada com intuito de otimizar a síntese deste éster de cera (decanoato de cetila). Um modelo cinético de reação reversível de 2ª ordem foi proposto a fim de estimar constantes cinéticas e foi observada boa concordância entre os valores obtidos e os dados experimentais (0,9430R20,9938). A reação de esterificação foi espontânea nas condições testadas e mostrou ser um processo endotérmico. O biocatalisador preparado com carregamento inicial de proteína de 115 mg/g de suporte (concentração de proteína imobilizada de 108,7 ± 3,1 mg/g) exibiu o maior valor de velocidade inicial de reação (113,5 mM/min de reação) e então selecionado para a síntese do éster. A reação em meio de heptano exigiu um pequeno excesso de álcool cetílico (razão molar ácido:álcool de 1:1,25) e 7,5% m/m de biocatalisador para atingir a conversão máxima de 92,5% em30 min de reação. Por outro lado, após 50 min de reação foi observada conversão máxima de 85,4% em meio livre de solvente, conduzida com razão ácido:álcool 1:1 e 10% m/m de biocatalisador. A produtividade da reação realizada em meio de heptano foi 2,4 vezes maior que em meio livre de solvente (68,5 e 28,2 mM/min.g de biocatalisador, respectivamente). O biocatalisador preparado foi mais ativo quebiocatalisadores comerciais como IMMTLL-T2-150 e Lipozyme TL-IM que exibiram máxima conversão de 92% após 45 e 75 min de reação, respectivamente. Os ensaios de estabilidade operacional foram realizados em meio de heptano e o biocatalisador não apresentou redução significativa de sua atividade após oito ciclos de reação. The aim of this study was the preparation and characterization of active biocatalysts prepared via interfacial activation of lipase from Thermomyces lanuginosus (TLL) on poly-(styrene-divinylbenzene) resin (PSty-DVB) to produce wax esters, an important class of compounds from the industrial point of view due to their lubricant properties,by esterification reaction. The influence of certain factors on the immobilization process such as pH, ionic strength, temperature, incubation time and initial protein loading varying from 10 to 200 mg/g of resin was evaluated. Under optimal experimental conditions (buffer sodium acetate 5 mM, pH 5.0, 25 °C, 15 h of incubation and initialprotein loading of 150 mg/g of resin), maximum immobilized protein concentration around 134 mg/g was observed. The immobilization of TLL on the support was also confirmed by attenuated total reflection Fourier transform infrared (ATRFTIR) and scanning electronic microscopy (SEM) analyses. The biocatalyst with the highest immobilized protein concentration was tested in the synthesis of cetyl linoleate, animportant unsaturated wax ester, in a solvent-free system in order to estimate its catalytic activity in esterification reaction. Maximum ester conversion around 90% for 30 min of reaction was observed. Moreover, immobilized TLL on PSty-DVB resin was more active in cetyl linoleate synthesis than Lipozyme TL-IM, a commercial biocatalyst. This biocatalyst was highly stable after five consecutive cycles of reaction.In a subsequent study, these prepared biocatalysts were also used to catalyze the synthesis of cetyl decanoate, a saturated wax ester with large industrial application. Here, the influence of some factors on the ester synthesis was succesfully examined in order to optimize the esterification reaction. A second-order reversible reaction kinetic model was proposed to estimate apparent kinetic constants and good agreement withexperimental data was observed (0.9430R20.9938). The reaction was a spontaneous and endothermic process. The biocatalyst prepared with initial protein loading of 115 mg/g of support (immobilized protein concentration of 108.7 ± 3.1 mg/g) yielded the highest value of initial reaction rate (113.5 mM/min of reaction) and chosen for furthertests. The reaction in heptane medium required a slight excess of cetyl alcohol (molar ratio acid:alcohol of 1:1.25) and 7.5% m/m of biocatalyst to attain a maximum conversion of 92.5% for 30 min of reaction. On the other hand, maximum conversion of 85.4% for the reaction performed in a solvent-free system was observed for 50 min of reaction conducted in an equimolar ratio acid:alcohol and 10% m/m of biocatalyst. Theproductivity for the reaction performed in heptane medium was 2.4 times higher than in a solvent-free system 68.5 and 28.2 mM/min.g of biocatalyst, respectively. The prepared biocatalyst more active than commercial biocatalysts such as IMMTLLT2 150 and Lipozyme TLIM that exhibited maximum conversion 92% for 45 and 75 min of reaction, respectively. The biocatalyst could be reused at least eight times without significant decrease of its activity.

O objetivo deste trabalho foi contribuir no desenvolvimento de técnicas para obtenção de biocatalisadores imobilizados de baixo custo e alto poder catalítico para ser empregado na síntese de biodiesel a partir de óleos vegetais pela rota etílica. Baseia-se na utilização de células íntegras de fungos filamentosos com elevada atividade lipolítica (glicerol éster hidrolase - E.C. 3.1.1.3) imobilizadas em suporte adequado. O trabalho experimental foi desenvolvido em diferentes etapas e iniciado pela triagem de linhagens de fungos adquiridas de banco de cultura nacional, com habilidade de produzir lipase intracelular em cultivo submerso. Mediante a avaliação da atividade lipolítica do micélio, foram selecionadas as linhagens dos fungos: Rhizopus oryzae (3231 e 4692), Mucor circinelloides (4140 e 4182) e Penicillium citrinum (4216) e efetuados testes de imobilização por adsorção física (in situ e extra-situ) da biomassa produzida, utilizando os seguintes suportes: espuma de poliuretano, Celite e polihidroxibutirato. Nas condições testadas, o melhor desempenho foi alcançado pela matriz de poliuretano que permitiu a retenção de elevada concentração de biomassa celular para todas as linhagens selecionadas, exceto para fungo de P.citrinum (4216). Testes adicionais de imobilização da biomassa celular na espuma de poliuretano foram efetuados, complementando desta forma, as propriedades físicas e morfológicas desse suporte e do sistema imobilizado. Os resultados indicaram que espumas de poliuretano cortadas em cubos de 6 mm foram mais adequadas para promover completa adsorção da biomassa celular produzida pelos fungos selecionados, em especial do fungo M. circinelloides 4182, que apresentou elevado poder catalítico na reação de transesterificação. Em virtude desse fato, as condições de cultivo dessa linhagem foram estudadas, mediante variação das fontes de carbono e nitrogênio, aeração e inóculo. O biocatalisador obtido nas melhores condições (atividade lipolítica= 65 U/g) foi utilizado na etanólise do óleo de babaçu e o processo foi otimizado por meio de um delineamento fatorial, avaliando-se a influência da temperatura (33 - 47C) e da razão molar entre óleo de babaçu e etanol (1:4,8 - 1:13,2) no rendimento de transesterificação. As condições otimizadas preditas pelo planejamento fatorial foram: temperatura de 35°C e razão molar etanol/óleo de 6:1, obtendo-se rendimento de 90,5% empregando 20% m/m de biocatalisador e terc-butanol como solvente. A estabilidade operacional do biocatalisador foi avaliada em reator operando em regime de bateladas consecutivas e em regime contínuo. Resultados satisfatórios foram obtidos em ambos os sistemas, entretanto o sistema contínuo evitou a dessorção do micélio do suporte, revelando tempo de meia-vida do biocatalisador superior a 20 dias. Finalmente, a influência de óleos vegetais contendo diferentes composições em ácidos graxos (andiroba, macaúba, pinhão manso e palma) foi avaliada na reação de etanólise, sendo constatado a preferência do biocatalisador na transesterificação de ácidos graxos de cadeia média, presentes nos óleos de babaçu e macaúba. De forma geral, os resultados obtidos foram promissores e demonstraram a potencialidade de células íntegras de fungos filamentosos imobilizadas na síntese de biodiesel, com destaque para o desempenho obtido pelo fungo Mucor circinelloides 4182. The objective of this work was contributed in developing techniques to obtain immobilized biocatalysts with low cost and high catalytic activity to be applied in the biodiesel synthesis by ethanol route. It is based on the utilization of filamentous fungi whole cells with high lipase activity (glycerol ester hydrolase - E.C.3.1.1.3) immobilized in suitable support. The experimental work was developed in different ways and started by screening fungi strains acquired from National Culture Collection which has the ability to produce intracellular lipase in submerse cultivation. Through lipase activity the fungi strains: Rhizopus oryzae (3231 and 4692), Mucor circinelloides (4140 e 4182) and Penicillium citrinum (4216) were selected. Tests to evaluate the biomass immobilization by physical adsorption (in situ and extra-situ) using the supports: polyurethane foam, Celite and polyhidroxybutyrate were carried out. The best performance was attained by polyurethane matrix that allowed attain high biomass concentration for all strain fungi, except for P. citrinum (4216). Additional tests were performed to complement the physical and morphological properties of support and immobilized system. Results indicated that polyurethane foam cut in cubes 6-mm were suitable to provide full adsorption of biomass from all selected fungi strains, specially strain of M. circinelloides 4182 displayed high catalytic activity in the transesterification reaction. Consequently, cultivation conditions of this strain were studied, evaluating the carbon and nitrogen sources, aeration and inoculum level. The biocatalyst obtained under the best conditions (lipase activity = 65 U/g) was used in the ethanolysis of babassu oil and the process was optimized by experimental design. The influence of temperature (33 - 47?C) and ethanol to oil molar ratio (4.8:1 - 13.2:1) were investigated in the transesterification yield. Under the optimized conditions (35°C and oil to ethanol molar ratio 6:1) transesterification yield of 90.5% was obtained employing 20% wt. of biocatalyst and tert-butanol as solvent. The biocatalyst operational stability was assessed under consecutive batch runs and continuous system. Satisfactory results were attained in both systems, however, the continuous system avoided cells desorption from support, revealing biocatalyst half life higher than 20 days. Finally, the influence of vegetable oils with different fatty acid compositions (babassu, andiroba, macauba, Jatropha, palm) was studied in the ethanolysis reaction, being evidenced the specificity of the biocatalyst to transesterify medium chain fatty acids as presented in babassu and macauba oils. The results obtained were promise and demonstrated the potential of filamentous fungi whole cells immobilized as biocatalysts in the biodiesel synthesis, with prominence to the performance of Mucor circinelloides 4182 strain.

O objetivo deste trabalho foi desenvolver um processo efetivo de síntese enzimática de biodiesel em reator de leito fixo, conectados em série, a partir de óleos vegetais operando em modo contínuo. Para o desenvolvimento do projeto, foram selecionados óleos vegetais de baixo impacto na cadeia alimentícia, tais como óleos de babaçu, macaúba e coco que apresentam composição predominantemente láurica (35-47%). A enzima selecionada para condução dos experimentos foi a lipase microbiana de Burkholderia cepacia imobilizada covalentemente em matriz híbrida sílica-PVA com comprovada eficiência na síntese de biodiesel a partir de diferentes matérias-primas lipídicas. Todos os experimentos foram efetuados na ausência de solventes a 50?C utilizando etanol como doador do grupo acila. Foram testados reatores de leito fixo (um estágio) e em série (dois estágios). A etapa inicial do trabalho consistiu em testes de desempenho do reator (um estágio) verificando a influência das propriedades dos óleos vegetais no rendimento do processo e atividade do biocatalisador. Apesar do biocatalisador ter apresentado elevado tempo de meia- vida > 373 h, nas condições testadas, independente do óleo usado a concentração máxima de ésteres esperada não foi alcançada (68,2%) limitando os rendimentos para valores máximos de 87,5%. Para contornar as restrições identificadas foi adotada uma configuração de reator de leito fixo dois estágios incorporando uma coluna recheada com resina catiônica (Lewatit GF 202) para adsorção do glicerol formado como subproduto. O desempenho do reator foi avaliado para substratos constituídos de óleos láuricos na razão molar óleo: etanol de 1:12, definindo os limites de operação em termos de vazão do substrato. Foi quantificado o desempenho do sistema para 4 diferentes vazões volumétricas correspondendo a tempos espaciais entre 7 a 17h e determinadas para cada condição a influência do tempo espacial na concentração de ésteres de etila formados, rendimentos de transesterificação e produtividade. O funcionamento do sistema foi comprovado quantitativamente para tempos espaciais no reator de 14h, fornecendo rendimentos de transesterificação médios de 95,9 ± 4,1% e valores médios de produtividade de 41,5 ± 1,5 mg.g-1.h-1. As amostras de biodiesel purificadas apresentaram viscosidade cinemática média de 5,5 ± 0,3 mm2.s-1, valor que atende a norma americana ASTM (D6751) e a brasileira pela resolução ANP n°14/2012. A lipase imobilizada em SiO2-PVA foi estável quanto à suas características morfológicas e catalíticas revelando tempo médio de meia-vida (t1/2) superior a 500 h. O emprego da configuração de reatores de leito fixo (PBR) em duplo estágio pode elevar os níveis de rendimento de transesterificação, aumentar a produtividade de biodiesel, por consequência reduzir o custo global do processo. As características globais do desempenho do sistema contínuo proposto torna atrativa a continuidade dos estudos em escala ampliada de processo. The aim of this study was to develop an effective enzymatic continuous process to obtain biodiesel from vegetable oils in two-stage packed bed reactors. For this, non- edible vegetable oils (babassu, macaw palm and coconut) having predominant lauric acid (35-47%) composition were assessed. The selected enzyme was the microbial lipase from Burkholderia cepacia covalent immobilized on hybrid matrix silica-PVA (SiO2-PVA) which showed already satisfactory performance in the biodiesel synthesis from different lipid feedstocks. All experiments were carried out in solvent free system at 50°C using ethanol as acyl acceptor. Packed bed reactors (simple and two-stages) were tested. Preliminary work was focused on the determination of the influence of the properties of the vegetable oils on the process yield and biocatalyst activity using simple packed bed reactor. Under the conditions used, the biocatalyst was found to have high half-life time > 373 h and independent of the used oil the maximum concentration expected esters was not reached (68.2%) limiting the maximum yield to 87.5%. To overcome such constraints a two-stage packed bed reactor incorporating a column with cationic resins (Lewatit GF 202) to remove the glycerol formed as by-product was proposed. The reactor performance was evaluated for substrates consisting of lauric oils at molar ratio of oil-to-ethanol of 1:12, determining its operation limits in terms of substrate flow rate. The system performance was quantified for four different flow rates corresponded to spatial times from 7 to 17 h. For each condition, the influence of spatial times in the ethyl esters formation, transesterification yields and productivities were determined. The reactor operation was demonstrated for spatial time of 14 h, attaining transesterification yields of 95.9 ? 4.1% and productivities of 41.5 ? 1.5 mg.g-1.h-1.The immobilized lipase on SiO2-PVA was found to be stable regarding its morphological and catalytic characteristics, showing half-life time (t1/2) higher than 500 h. Biodiesel purified samples showed average kinematic viscosity of 5.5 ± 0.3 mm2.s-1, value that meets the criteria established by the American National Standard ASTM (D6751) and Brazilian ANP resolution No. 14/2012. Therefore, the continuous packed-bed reactor connected in series and glycerol separation system has a great potential for achieving high level of transesterification yields, raising biodiesel productivity, consequently decreasing industrial process cost. The performance characteristics of the proposed continuous system made attractive to develop further studies aiming at scaling up the process.

O presente trabalho teve como objetivo estudar o efeito do ultrassom em diferentes etapas: no pré-tratamento da lipase de Burkholderia cepacia (lipase PS), na preparação do derivado imobilizado desta enzima em um suporte híbrido composto por sílica e ?-ciclodextrina e na síntese de biodiesel utilizando o óleo de babaçu e etanol como matérias primas. Na primeira parte do trabalho foi realizada a caracterização do suporte híbrido polissiloxano-?-ciclodextrina (SiO2-?CD). Os resultados foram comparados com os dados de caracterização do suporte híbrido polissiloxano-álcool polivinílico (SiO2-PVA). Os derivados imobilizados e a lipase PS na sua forma livre foram caracterizados quanto aos seus parâmetros cinéticos (Km e Vmax) e estabilidade térmica (Kd) a 60 ?C e quanto às suas propriedades morfológicas por meio das seguintes análises: microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de difração de raio-X (DRX), área superficial, tamanho e volume de poro (método BET) e termogravimetria (TGA). De um modo geral, o derivado imobilizado PS/SiO2-?CD apresentou um desempenho similar ao do PS/SiO2-PVA quanto a morfologia, propriedades cinéticas e térmicas e aplicação na etanólise do óleo de babaçu. Na segunda parte do trabalho estudou-se a influência do ultrassom na atividade hidrolítica da lipase livre, na preparação do derivado imobilizado e na reação de transesterificação. A atividade hidrolítica da solução enzimática (lipase PS) sonicada durante 2 h diminuiu em cerca de 40%. Os derivados imobilizados preparados tanto pelo método convencional (somente agitação magnética), como pela influência do ultrassom tiveram preservadas as suas características morfológicas e atividades hidrolíticas. Foi observada a possibilidade de redução nos tempos envolvidos nas etapas de preparação do derivado imobilizado. Na síntese de biodiesel, utilizando óleo de babaçu e etanol catalisada por PS/SiO2-?CD, na razão de 1:7 a 45°C o rendimento de transesterificação sob efeito de ondas ultrassonoras, teve uma redução de 67% no tempo de reação para um rendimento de 80% em relação a reação realizada por agitação magnética. A variação na razão molar não alterou significativamente o rendimento, pois em 8 h de reação no ultrassom, nas mesmas condições, o rendimento na razão de 1:4 e 1:10 foram respectivamente 68% e 55%. The present work aimed at studying the effect of ultrasound as pre-treatment of Burkholderia cepacia lipase (lipase PS), in preparation of this enzyme immobilized on a hybrid support composed by silica and ?-cyclodextrin and in the synthesis of biodiesel using babassu oil and ethanol as raw materials. In the first step of the work was developed the characterization of the hybrid support polysiloxane-?cyclodextrin (?CD-SiO2). Such results were compared with the polysiloxane-polyvinyl alcohol (SiO2-PVA) results. The free and immobilized lipase PS were characterized regarding their kinetic parameters (Km and Vmax) and thermal stability at 60°C and regarding their morphological properties by the following analysis: scanning electron microscopy (SEM), spectroscopy of x-ray diffraction (XRD), surface area, size and volume pore (BET) and thermogravimetric analysis (TGA). In general, the derivative PS/SiO2-?CD showed similar performance to PS/SiO2-PVA regarding morphology, kinetic and thermal proprieties and application in the ethanolysis of babassu oil. In the second step of the work was studied the influence of ultrasound on hydrolytic activities of free enzyme, immobilized derivative preparation and transesterification reaction. The hydrolytic activities of enzyme solution (lipase PS) sonicated for 2 h decreased by about 35 %. Both immobilized derivatives prepared by the convention method (just magnetic stirring), as the influence of ultrasound had preserved their morphological characteristics and hydrolytic activities. It was observed the possibility of time reducing involved in the steps of immobilized derivative preparation. In the synthesis of biodiesel using babassu oil and ethanol catalyzed by PS/SiO2-?CD, at a ratio of 1:7 at 45°C the yield of transesterification under influence of ultrasound waves, had time reduction of 67% (when yield was 80%) in relation to reaction carried out by magnetic stirring. The variation in molar ratio didn\'t alter the yield, sifnificantly, because in 8 h of ultrasound reaction under the same conditions, the yield in the molar ratio of 1:4 and 1:10 were respectively 68% and 55%.