URI - CAMPUS ERECHIM
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS
PROGRAMA DE MESTRADO EM ENGENHARIA DE ALIMENTOS
PRODUÇÃO ENZIMÁTICA DE MONO E DIGLICERÍDEOS EM PROPANO
PRESSURIZADO
ÂNGELA DE FÁTIMA AQUINO ESMELINDRO
Dissertação de Mestrado submetida ao Programa de
Mestrado em Engenharia de Alimentos da URICampus de Erechim, como requisito parcial à
obtenção do Grau de Mestre em Engenharia de
Alimentos, Área de Concentração: Engenharia de
Alimentos, da Universidade Regional Integrada do Alto
Uruguai e das Missões – URI, Campus de Erechim.
ERECHIM, RS - BRASIL
MARÇO DE 2007
PRODUÇÃO ENZIMÁTICA DE MONO E DIGLICERÍDEOS EM PROPANO
PRESSURIZADO
ÂNGELA DE FÁTIMA AQUINO ESMELINDRO
Dissertação de Mestrado submetida à Comissão Julgadora do Programa de
Mestrado em Engenharia de Alimentos como parte dos requisitos necessários à
obtenção do Grau de Mestre em Engenharia de Alimentos, Área de Concentração:
Engenharia de Alimentos.
Comissão Julgadora:
____________________________________
José Vladimir de Oliveira, D. Sc.
Orientador
____________________________________
Marcos Lúcio Corazza, D. Sc.
Orientador
____________________________________
Cláudio Dariva, D. Sc.
Orientador
____________________________________
Débora de Oliveira, D. Sc.
Membro
____________________________________
Sandra Regina Salvador Ferreira, D. Sc.
Membro
Erechim, 23 de março de 2007.
III
NESTA PÁGINA DEVERÁ SER INCLUÍDA A FICHA CATALOGRÁFICA DA
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO. ESTA FICHA SERÁ ELABORADA DE ACORDO
COM OS PADRÕES DEFINIDOS PELO SETOR DE PROCESSOS TÉCNICOS DA
BIBLIOTECA DA URI – CAMPUS DE ERECHIM.
IV
Dedico este trabalho:
Ao amor da minha vida, Oséias, pelo simples fato
de o ser.
A meus pais, Mauro e Eloisa, que não mediram
esforços e enfrentaram todos os obstáculos para
que eu aqui chegasse.
Aos meus irmãos, André, Aline e Davi, pelo
companheirismo e alegria.
V
AGRADECIMENTOS
A Deus, que jamais me abandona;
Aos meus orientadores José Vladimir de Oliveira, Marcos Lúcio Corazza e
Cláudio Dariva pelo empenho e dedicação;
A professora Sílvia Maria Egues, UNIT, por sua participação no início deste
trabalho;
Aos alunos de iniciação científica, Ariana, Suzimara e Reginaldo, pelo esforço
dispensado a este trabalho;
Aos colegas Lindomar, Ivelize e Aline, que sempre estiveram prontos a
contribuir com este trabalho;
Aos colegas da turma de mestrado porque estivemos juntos “nesse barco”;
Aos demais colegas e amigos do Laboratório de Termodinâmica;
Ao Programa de Mestrado em Engenharia de Alimentos, especialmente à
Aline, secretária do programa, que sempre me ajudou quando precisei;
A CAPES pelo suporte financeiro e concessão de bolsa;
A URI – Campus de Erechim pela estrutura tanto física como profissional
disponibilizada aos alunos do programa de mestrado;
A todos que de alguma forma contribuíram para a realização deste trabalho.
VI
Tudo quanto
te vier à mão para fazer,
faze-o conforme as tuas forças,
porque na sepultura, para onde tu vais,
não há obra, nem indústria, nem ciência, nem sabedoria alguma.
Eclesiastes (9:10)
VII
Resumo da Dissertação apresentada ao Programa de Mestrado em Engenharia de
Alimentos como parte dos requisitos necessários para a obtenção do Grau de
Mestre em Engenharia de Alimentos.
PRODUÇÃO ENZIMÁTICA DE MONO E DIGLICERÍDEOS EM
PROPANO PRESSURIZADO
Ângela de Fátima Aquino Esmelindro
Março/2007
Orientadores:
Marcos L. Corazza
José Vladimir de Oliveira
Cláudio Dariva
Monoglicerídeos são emulsificantes amplamente utilizados em alimentos, fármacos e
cosméticos. Industrialmente, são produzidos através da interesterificação de
triglicerídeos com glicerol a altas temperaturas (>200°C) na presença de
catalisadores inorgânicos. Conhecida como glicerólise, esta reação produz misturas
com aproximadamente 50% de monoglicerídeos. Esta concentração é adequada a
diversas aplicações, no entanto, para fabricação de alguns produtos devem ser
utilizados monoglicerídeos de alta concentração (teor mínimo de 90%), os quais são
normalmente obtidos através de um processo subseqüente de destilação molecular,
que pode ocasionar sabor e coloração indesejáveis. Assim, neste trabalho, foram
realizadas reações de glicerólise de óleo de oliva em propano pressurizado
utilizando o surfactante AOT e lipases como catalisadores. Um reator de aço inox
com controle de temperatura e agitação foi utilizado junto a uma bomba de alta
pressão e um cilindro de propano. A metodologia de análise de mono, di e
triglicerídeos foi desenvolvida em HPLC. Um planejamento experimental 22 com as
temperaturas de 30 e 70ºC e pressões de 30 e 150bar com triplicata de ponto
central, foi empregado neste estudo para avaliação dos efeitos destes parâmetros
reacionais sobre a concentração de mono e diglicerídeos, sendo que na melhor
VIII
condição foi realizado um estudo de tempo de reação sobre os rendimentos. Foram
obtidas concentrações de até 80% em mono e diglicerídeos em condições amenas
de temperatura e pressão, onde se destacou a importância da utilização do
surfactante AOT.
IX
Abstract of Dissertation presented to Food Engineering Program as a partial
fulfillment of the requirements for the Master in Food Engineering
ENZYMATIC PRODUCTION OF MONO AND DIGLYCERIDES IN
PROPANE MEDIUM
Ângela de Fátima Aquino Esmelindro
March/2007
Advisors:
Marcos L. Corazza
José Vladimir de Oliveira
Cláudio Dariva
Monoacylglycerols (MAG) are the most important emulsifiers in food, pharmaceutical
and cosmetic industries. Currently, large-scale production of monoacylglycerols has
been performed by chemical glycerolysis of fats and oils at high temperatures,
typically in the range of 170-250oC, in the presence of inorganic alkaline catalysts.
Chemical catalysis process suffers from several drawbacks such as formation of
dark-colored, burn-tasted by-products; it is energy intensive, provides low yields (3040%) and there is the need of product post-purification by molecular distillation.
Attempts to synthesize higher quality monoacylglycerols with higher yield processes,
and to minimize energy costs have been made using lipases as catalysts. Several
studies have shown that many enzyme-catalyzed reactions can be conducted in
compressed solvents, like propane, and, in some cases, rates and selectivities
achieved are greater than those obtained in normal liquid or gas phase reactions.
However, glycerolysis generally requires the use of surface-active agents due to the
usually poor dissolution of both hydrophilic (glycerol) and lipophilic (triglyceride)
substrates. Microemulsion systems offer many advantages as reaction media for
biocatalysis because both hydrophilic and hydrophobic substances can be dissolved
X
in high concentrations. Besides, reverse micelles (or water-in-oil microemulsions)
exhibit relatively ordered structure, are characterized by definite diameter, provide an
enormous interfacial area, which clearly favors lipase-catalyzed reactions, and it has
been shown that lipases demonstrate high interfacial activity in micellar systems. In
this context, the aim of this work was to perform lipase-catalyzed glycerolysis in
propane in the presence of surfactant AOT. For this purpose, a high-pressure
reaction system was employed in the experiments in the temperature range from 30 70 oC, from 30 to 150 bar, AOT concentration fixed at 10 wt% (glycerol/oil free basis),
glycerol to oil molar ratio of 2:1 and solvent to substrates mass ratio of 4:1. Results
show that reaction conversions as high as 80% were obtained in short reaction times.