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X Salão de
Iniciação Científica
PUCRS
Otimização da Síntese de Ésteres Catalizada por Lipozyme TL
Imobilizada em Organo-Gel
Maria Alice Cechinel Prado, Jair Juarez João, Everton Skoronski
Universidade do Sul de Santa Catarina – Curso de Engenharia Química – Grupo de Pesquisas em
Catálise Enzimática e Síntese Orgânica. 88.704-900 Tubarão – SC
Resumo
Neste trabalho, foi avaliada a atividade da enzima, lipozyme TL, imobilizada em gel de
gelatina, na esterificação do ácido octanóico com n-butanol. A primeira etapa do trabalho
consistiu na preparação do catalisador (sistema organo-gel+enzima), sendo preparado
utilizando água, n-hexano, gelatina, triton X-100 e solução enzimática. Foi avaliada a
influência de três fatores (tempo de reação, razão molar álcool:ácido e concentração de
enzima) sobre a conversão da reação. Para avaliação dos diversos fatores foi realizado um
delineamento experimental do tipo DCCR. Com relação à reação de esterificação, a melhor
conversão foi obtida quando a reação foi realizada nas seguintes condições: razão molar
álcool:ácido de 2:1, tempo de reação entre 40 e 50 horas e concentração de enzima por volta
de 18 mIUN/30mL. Um modelo relacionando os efeitos lineares e quadráticos dos fatores
estudados sobre a conversão da reação foi aplicado. Foi observado que existem valores que
otimizam a conversão dos substratos.
Introdução
Ésteres são importantes compostos orgânicos, obtidos por síntese química ou extraídos
de alguns produtos, através da utilização de solventes adequados. Dentre suas diversas
aplicações, os ésteres de cadeia curta têm destaque como aromatizantes em produtos
alimentícios, farmacêuticos e cosméticos (Gandhi et al., 1997).
As reações de formação de ésteres geralmente são lentas e necessitam da utilização de
um catalisador adequado a fim de que se tornem viáveis economicamente. Os processos
catalíticos tradicionais envolvem ácidos (como ácido sulfúrico) e bases (como hidróxido de
sódio) como aceleradores da reação (Morrison e Boyd, 1966). Porém, esses catalisadores têm
sido, aos poucos, substituídos por enzimas, visto que essas apresentam como benefícios
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condições suaves de operação (temperatura, pressão e pH), especificidade e poucas perdas na
reação (Gabelan, 1994).
A utilização de lipases (triacilglicerol acil hidrolases, E.C. 3.1.1.3) provenientes do
fungo Thermomyces lanuginosus, comercializadas sob a denominação de Lipozyme TL tem
sido citada em diversos trabalhos relacionados à obtenção de ésteres (Skoronski (2006)) A
motivação para a síntese enzimática de ésteres aromatizantes, em solventes orgânicos, está
relacionada à alta aceitabilidade comercial, pois caracteriza o produto como natural e é mais
específica e viável quando comparada com a produção por via química convencional. (Abbas
et al., 2003).
Na sua forma imobilizada, estas enzimas são mais estáveis no meio orgânico,
facilitando sua recuperação e posterior reutilização. Dessa forma, ainda existe um grande
campo de estudos a ser explorado, relacionado a síntese enzimática de ésteres em sistemas
que empreguem materiais de baixo custo como suportes, gerando resultados que permitam
avaliar a viabiliade técnica da produçao desses compostos.
Neste trabalho, o principal objetivo foi avaliar a atividade da enzima, lipozyme TL,
imobilizada em gel de gelatina, na esterificação do ácido octanóico com n-butanol, que foram
utilizados como substrato padrão para reação e também foi avaliado o comportamento da
enzima sobre a síntese de outros ésteres da mesma série.
Metodologia
A primeira etapa do trabalho consistiu na preparação do catalisador (sistema organogel+enzima). Os compostos empregados foram: água, n-hexano, gelatina, triton X-100 e
solução enzimática. Foram testadas várias combinações entre as quantidades desses
compostos, com o objetivo de avaliar qual a formulação ideal para confecção do suporte com
maior estabilidade frente ao solvente orgânico n-hexano. Após a definição da melhor
condição, o biocatalisador obtido foi utilizado na reação de esterificação. Foi avaliada a
influência de três fatores: tempo de reação, razão molar álcool:ácido e concentração de
enzima, sobre a conversão da reação. As reações foram conduzidas em banho-maria, a
temperatura de 25ºC, utilizando n-hexano como solvente externo. Foram preparadas soluções
contendo n-butanol e ácido octanóico dissolvidos em n-hexano, tendo como base a
concentração de reagente limitante fixada em 0,65 mol.L-1. Para avaliação dos diversos
fatores foi realizado um delineamento experimental do tipo DCCR, com três fatores, dois
níveis e inserção de ponto rotacinal e repetição do ponto central. Ao todo foram realizados 20
experimentos.
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Resultados (ou Resultados e Discussão)
Os resultados demonstram que a formulação de organo-gel que apresenta a melhor
estabilidade, em n-hexano, apresentam a combinação das seguintes concentrações de
reagentes: 4,5 mL de água, 3,5 mL de n-hexano, 3 g de gelatina, 2 mL de Triton X-100
0,24mM e 0,5 mL da enzima lipozyme TL.
Com relação à reação de esterificação, os gráficos apontam níveis para os diversos
fatores avaliados, que conferem os maiores valores de conversão para a reação, quando são
aplicados nela. Para a razão molar, a relação álcool:ácido de 2:1 tende a otimizar a conversão
para a reação, assim como o tempo de reação compreendido entre 40 e 50 horas e a massa de
catalisador igual a 7,0g (concentração de enzima no meio por volta de 18 mIUN/30mL).
Para uma melhor compreensão e visualização dos resultados obtidos, um modelo
relacionando os efeitos lineares, quadráticos e a combinação linear dos fatores estudados
sobre a conversão da reação foi ajustado aos dados obtidos experimentalmente.
Os fatores que se apresentaram como sendo estatisticamente significativos (p<0,05) foram:
razão molar (linear), razão molar (quadrática), tempo de reação (quadrático), massa de
catalisador (quadrática) e o produto entre o tempo de reação (linear) e a massa de catalisador
(linear). O coeficiente de correlação entre os valores apresentou um valor de 0,8976.
Conclusão
Os resultados obtidos demonstraram que a imobilização de Lipozyme em um sistema
organo-gel apresenta boas perspectivas para aplicação em síntese orgânica, principalmente em
reações que envolvem a formação de ésteres. O planejamento experimental aplicado foi
satisfatório para determinação das condições otimizadas de reação. Além de apresentar boa
atividade para o substrato padrão empregado no trabalho, o sistema enzima/organo-gel
apresentou boa atividade para a esterificação de outros substratos da mesma série.
Referências
ABBAS, H.; COMEAU, L., Aroma synthesis by immobilized lipase from Mucor sp. Enzyme Microb.
Technol., vol. 32, (2003), p. 589-595.
GABELAN, A., Bioprocess Production of Flavor, Fragance, and Color Ingredientes. New York: Wiley,
1994.
GANDHI, N. N., Applications of Lipase. Journal of American Chemical Society, vol. 74, n. 6 (1997), p. 621634.
MORRISON, R. T., BOYD, R. N., Organic chemistry. Boston: Allyn and Bacon,. 1996.
SKORONSKI, E., Estudo Cinético da Síntese do Octanoato de n-Pentila Catalisada pela Enzima Lipozyme
TL IM. Florianópolis: UFSC, 2006. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química), Programa de PósGraduação em Engenharia Química, Universidade Federal de Santa Catarina, 2005.
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