The objective of this study is to evaluate the batch enzymatic production of biodiesel in solvent-free system under ultrasound using as substrates ethanol, soybean oil and macauba fruit oil. For this purpose, a Plackett & Burman experimental design was carried out for soybean oil while a 2 design was conducted for macauba oil in order to maximize the biodiesel conversion for each system. Good conversions to fatty acid ethyl esters (FAEE), 88% for soybean oil and 75.2% for macauba oil, was obtained thus demonstrating the potential use of ultrasound for this reaction system.

This work shows new and promising experimental data of soybean oil and canola oil glycerolysis using Novozym 435 enzyme as catalyst in a solvent-free system using ultrasound bath for the emulsifier, monoglyceride (MAG), and diacylglycerol (DAG) production. The experiments were conducted in batch mode to study the influence of process variables as temperature (40 to 70 °C), immobilized enzyme content (2.5 to 10 wt%, relative to substrates), molar ratio glycerol/oil (0.8:1 to 3:1), agitation (0 to 1200 rpm) and ultrasound intensity (0 to 132 W cm(-2)). Highest yields of DAG+MAG (75 wt%) were obtained with molar ratio glycerol/canola oil 0.8:1, 70 °C, 900 rpm, 120 min of reaction time, 10 wt% of enzyme concentration, and 52.8 W cm(-2) of ultrasound intensity. When soybean oil was used, the best results in terms of DAG+MAGs (65 wt%) were using molar ratio of glycerol/soybean oil 0.8:1, 70 °C, 900 rpm, 90 min of reaction time, 10 wt% of enzyme content, and 40 % of ultrasound intensity (52.8 W cm(-2)). The results showed that the lipase-catalyzed glycerolysis in a solvent-free system with ultrasound bath can be a potential route for high content production of DAGs and MAGs.

No abstract

RESUMO -Nos últimos anos, a pesquisa de vias alternativas para a clássica síntese alcalina de ésteres alquílicos demonstrou a capacidade das lipases para catalisar. Diante disto o objetivo deste trabalho foi à investigação e comparação do uso das lipases Lipozyme RM IM e TL IM e Novozym 435 na produção de biodiesel em modo contínuo em reator empacotado e banho de ultrassom. Utilizou-se como substrato: óleo de soja, ácido graxo vegetal de soja e etanol. As reações de transesterificação para o óleo de soja foram realizadas a 57 ºC, razão molar (óleo/etanol) 1:3, potência ultrassônica de 154W e vazão de alimentação de substrato (óleo/etanol) de 0,5 mL/min, já para as reações de esterificação com o ácido graxo vegetal utilizou-se a razão molar (carga ácida/ etanol) 1:6, vazão de alimentação de substrato 2,5 mL/min, 65 ºC, potência ultrassônica de 61,60W. Com base nos resultados obtidos comprovou-se que a Novozym 435 é o melhor biocatalisador com conversões em ésteres etílicos de 97% para a reação de esterificação. INTRODUÇÃONos últimos anos, a pesquisa de vias alternativas para a clássica síntese alcalina ou ácida de ésteres alquílicos demonstrou a capacidade das lipases para catalisar a transesterificação de triacilgliceróis (TAN et al., 2010). A eficiência operacional e alta estabilidade de lipases na transesterificação tem sido amplamente relatado (DALLA ROSA et al., 2009;SU et al., 2009), o que demonstra a possibilidade de reciclar o enzima com a utilização de um solvente orgânico (BATISTELLA et al., 2012;YU et al., 2010 ) ou em sistemas sem solventes (OGNJANOVIC et al., 2009). Na catálise enzimática, embora as taxas de conversão em ésteres alquilos serem mais lentas em comparação com a catalise alcalina, tem recebido muita atenção, por ser uma tecnologia mais limpa, apresentar um potencial para a implementação industrial devido à simplicidade do processo de refino do produto e o o uso de menor temperatura de reação. De fato, tal como mencionado por Nielsen et al., ( 2008), a principal vantagem de um processo enzimático de biodiesel é que os triglicéridos, bem como os ácidos graxos livres podem ser eficientemente transformado em biodiesel sob as mesmas condições amenas e o sub-produto, o glicerol, pode ser facilmente recuperados com alta qualidade, sem qualquer processo complexo. Apesar do alto custo de produção de enzimas continua a ser o maior obstáculo para a comercialização de processos catalisados por enzimas, progressos consideráveis, tais

alternativa aos processos de produção de ésteres etílicos. As cavitações geradas pelo sistema aumentam a miscibilidade entre os reagentes e reduzem o tempo de reação. O objetivo deste trabalho foi o estudo comparativo da produção de ésteres etílicos através do processo de transesterificação do óleo de macaúba (Acrocomia aculeata) e do óleo de soja marca (Soya), utilizando o modo continuo catalisador enzimático e empregando sistema de ultrassom em meio livre de solvente orgânico. O sistema experimental utilizado consistiu num reator de polietileno de alta densidade com 1/16 in de diâmetro externo, comprimento de 2m e volume de 27,05mL, empacotado com o catalizador enzimático Novozym 435 e submerso em banho de ultrassom. Foi estudado o efeito da potência do ultrassom para a faixa de 0 e 100W, 65ºC, razão molar (óleo/etanol) 1:6 e vazão de alimentação de substrato de 0,5mL/min. Ao final o óleo de macaúba apresenta um melhor desempenho do que o óleo de soja. INTRODUÇÃOA síntese de biodiesel tornou-se um assunto atualmente de grande interesse comercial, devido à sua compatibilidade com o diesel do petróleo e seu menor impacto ambiental. As principais vantagens da utilização de biodiesel é que ele é biodegradável, pode ser utilizado sem modificar os motores atuais, e produz emissões de gases menos prejudiciais. Quimicamente, o biodiesel é uma mistura de ésteres de alquilo de ácidos gordos de cadeia longa e é normalmente produzido a partir de recursos biológicos, tais como óleos vegetais, gorduras animais (THANH et al., 2010) ou ainda os óleos de cozinha usados (ISSARIYAKUL et al., 2008) . Neste sentido, devido à baixa miscibilidade mútua dos substratos, a aplicação de irradiação ultrassônica pode ser um meio viável para ultrapassar as limitações de transferência de massa, e melhorar as taxas de reação.A literatura apresenta vários trabalhos sobre a produção de biodiesel por meio de irradiação de ultrassom (THANH et al., 2010), mas poucos relatos recentes, foram encontrados sobre a transesterificação catalisada por enzima através da técnica de ultrassom (YU et al., 2010). De fato, tal como mencionado por Yu et al. (2010) pouca pesquisa tem sido feito até à data sobre a produção de biodiesel catalisada por lipase através de irradiação ultrassom e, portanto, a demonstração da utilidade Área temática: Engenharia Ambiental e Tecnologias Limpas 1