Obtenção e acompanhamento cinético através da transesterificação enzimática utilizando gordura animal Ciências Agronômicas/Ciências Biológicas/Matemáticas.

Apresentação em tema: "Obtenção e acompanhamento cinético através da transesterificação enzimática utilizando gordura animal Ciências Agronômicas/Ciências Biológicas/Matemáticas."— Transcrição da apresentação:

1 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. 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 n-hexano) e os frascos foram incubados em banho-maria tipo Dubnoff variando-se a temperatura de 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. 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 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 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. 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 Parâmetros Gordura suína Desejáveis de gordura suína (máx.) Umidade (%) 0,45 1 Acidez (AGL), equiv. Ac. Oléico (%) 0,67 Índice de Peróxido (mEq/1000g) 1,89 5 Índice de Saponificação (%) 193,09 Índice de Iodo (%) 63,24 55-68