Obtenção e acompanhamento cinético através da transesterificação enzimática utilizando gordura
animal
Ciências Agronômicas/Ciências Biológicas/Matemáticas e Naturais
Jair Juarez João(PQ) e Morgana Silva Stopassole (IC).
PROGRAMA UNISUL DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA .Curso de Engenharia Química, Campus Tubarão.
Introdução
A partir da crise de energia, ocorrida em 1973, diversos combustíveis alternativos têm sido
estudados com o objetivo de substituir o petróleo como o único insumo energético para os
motores de combustão interna, sejam eles automotivos ou industriais.
Os combustíveis a diesel são de vital importância no setor econômico de um país. Centros de
pesquisas em todo o mundo estão trabalhando no desenvolvimento de tecnologias para
substituição de combustíveis fósseis por biocombustíveis (biodiesel). Esta alternativa oferece
a perspectiva de melhorar a qualidade ambiental, em especial nos centros urbanos..
O biodiesel pode ser produzido por pirólise, micro emulsões ou transesterificação. Nesta
trabalho optaremos pela transesterificação utilizando catalisador enzimático.Os estudos de
transesterificação enzimática ainda são muito recentes, mas já demonstram o potencial desta
tecnologia na transesterificação de óleos vegetais e de gorduras animais. As vantagens da
reação enzimática frente às tecnologias químicas são evidentes, facilidade na separação do
catalisador do meio reacional e a obtenção de biodiesel e de glicerol (subproduto) mais
puros. Optar por tecnologia limpa, como enzimas, representa uma nova alternativa para
reduzir o uso de catalisadores químicos no processo de transesterificação, potencializando os
ganhos ambientais.
Resultados
Foram realizadas análises físico-químicas na gordura suína com o intuito de verificar a
qualidade da matéria-prima. Os resultados obtidos nas análises a os desejáveis, segundo
POWLES, para a gordura estão indicados na tabela 1.
Tabela 1 – Comparação da gordura suína quanto aos
Parâmetros
Gordura suína
Desejáveis de gordura suína (máx.)
Umidade (%)
0,45
1
Acidez (AGL), equiv. Ac. Oléico (%)
0,67
1
Índice de Peróxido (mEq/1000g)
1,89
5
Índice de Saponificação (%)
193,09
190-194
Índice de Iodo (%)
63,24
55-68
Pode-se observar que a gordura suína está dentro dos parâmetros analíticos desejáveis.
Foram realizadas reações variando a temperatura de 25 a 60 º C, mantendo a mesma
quantidade de solvente, mesma concentração da enzima Lipozyme TL IM e mesma razão
molar Gord: EtOH, com o intuito de verificar a temperatura ideal para o acompanhamento
cinético. Os resultados encontrados estão indicados na tabela 2.
Tabela 2 – Média do rendimento de 3 reações variando a temperatura e mantendo a concentração da enzima
Lipozyme TL IM 20%, razão molar Gor: EtOH 1:3 e para cada 1g de gordura 40 mL de n-hexano
Experimento
Temperatura (º C)
Rendimento (%)
1
25
0
2
30
56,1
3
35
61,3
4
40
75,7
5
45
76,4
6
50
74,2
7
55
63,0
8
60
59,9
Objetivos
•Obter o biodiesel (ésteres metílicos, etílicos, propílicos, etc.) através de reações de
transesterificação da matéria graxa de origem animal, proveniente de abatedouro de suínos,
utilizando catalisador enzimático;
• Definir das condições cinéticas para obtenção de biodiesel utilizando biocatalizadores;
• Desenvolver uma metodologia adequada para determinar o rendimento do biodiesel obtido
através da catalise enzimática;
• Obter o biodiesel através de reações de transesterificação dos óleos e graxas de origem
animal, com álcoois alifáticos de cadeia curta (metanol e etanol) utilizando catalisadores
enzimáticos;
• Monitorar a cinética e quantificar a conversão dos ésteres (metílicos, etílicos, etc.) de
graxos, utilizando técnicas de Infravermelho e cromatografia gasosa;
Metodologia
Primeiramente foram realizadas análises físico-químicas na matéria-prima, tais como:
umidade, ácidos graxos livres totais, ácidos graxos livres equivalentes, índice de peróxido,
índice de saponificação e índice de iodo, conforme metodologia descrita em LUTZ.
Para a catálise enzimática as reações foram realizadas em Erlenmeyers de 125 mL. A enzima
(lípases) foi adicionada à mistura gordura-álcool-solvente (1g de gordura e 40 mL de nhexano) e os frascos foram incubados em banho-maria tipo Dubnoff variando-se a
temperatura de 25-60 ºC, mantendo a razão molar gordura:etanol de 1:3 e concentração de
enzima 20%. Com as mesma condições acompanhou-se a cinética da reação, com retiradas
de pontos de 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 , e 8 horas em uma temperatura de 45 ºC.
Para avaliar a influência da concentração inicial de substratos na velocidade da reação, foram
realizados experimentos variando a concentração inicial de gordura no meio reacional (5, 10,
15, 20 e 25 g.L-1), sendo mantidos constantes para os vários experimentos outros
parâmetros como temperatura (45ºC), razão molar de gordura:álcool (1:3) e concentração de
enzima lipozyme TL IM (20% em relação à massa de gordura) utilizando n-hexano como
solvente externo. Para os vários experimentos foram acompanhadas à diminuição da
concentração de gordura ao longo do tempo. A velocidade inicial da reação foi determinada
através da tangente ao gráfico de concentração de gordura ao longo do tempo traçada nos
instantes iniciais da reação em questão.
O biodiesel obtido foi analisado qualitativamente por espectrofotômetro de infravermelho e
cromatógrafo gasoso.
Pode-se observar que os melhores rendimentos foram obtidos com as temperaturas de
40, 45 e 50 ºC .Como a temperatura de 45ºC foi a que obteve o melhor rendimento
optou-se por acompanhar a cinética da reação de biodiesel da enzima lipozyme TL IM
nesta temperatura. Foram feitos experimentos variando o tempo de reação, que serão
representados na tabela abaixo.
Tabela 3 – Rendimento do biodiesel obtido com a temperatura de 45 ºC, concentração de enzima 20%
razão molar Gor: EtOH 1:3 e para cada 1g de gordura 40 mL de n-hexano, variando o tempo de reação.
Experimento
Tempo de Reação (horas)
Rendimento (%)
1
0
0,00
2
1
32,7
3
2
45,5
4
3
51,3
5
4
57,3
6
5
62,2
7
6
66,2
8
7
70,1
9
8
76,1
Analisando a tabela 3 podemos observar que quanto maior o tempo, maior é o
rendimento da reação. A velocidade inicial da reação foi determinada através da tangente
ao gráfico de concentração de gordura ao longo do tempo, traçada nos instantes iniciais
da reação em questão.
A figura 1 representa a influência da concentração na velocidade da reação, que mostra
o consumo da matéria graxa (gordura) ao longo do tempo com um decaimento
exponencial da concentração do substrato (gordura) com o passar do tempo da reação,
caracterizando assim uma cinética de primeira ordem. Na figura 2, podemos observar
que dentro da faixa de estudo considerado, a velocidade inicial da reação aumenta de
maneira linear com o aumento da concentração do substrato (gordura).
Conclusões
Através dos resultados obtidos para a catálise utilizando a enzima lipozyme TL IM, esta se
mostra mais eficiente em temperaturas acima de 40 ºC e abaixo de 50 ºC, comprovando
que esta enzima apresenta sua maior atividade nesta faixa de temperatura.
Com relação à influência da concentração na velocidade da reação, onde foi observado
um decréscimo exponencial da concentração de gordura com o passar do tempo,
podemos concluir que esta se trata de uma cinética de primeira ordem.
Bibliografia
• Instituto Adolfo Lutz, Métodos Químicos e Físicos para análises de Alimentos. São Paulo,
2ª ed., 1986.
• CAMPOS F, O,.:”Estudos de Solubilidade da Mistura Álcool & Diesel”. Universidade
Federal de Minas Gerais, Belo horizonte, Brasil, 1998.
Apoio Financeiro: UNISUL