Enzymatic production of dietary TAGs from pataua oil: investigation of intensification strategies in different reactors

A crescente demanda por dietas mais saudáveis tem aumentado o interesse por lipídios funcionais, como os triacilgliceróis dietéticos (dTAGs), que rapidamente fornecem energia e podem contribuir para a prevenção de doenças como obesidade e distúrbios cardiovasculares. Neste estudo, o óleo de patauá (OP), um óleo amazônico nativo rico em ácidos graxos insaturados, foi utilizado como matéria-prima para reações de acidólise enzimática em meio livre de solvente com os ácidos butírico (C4:0) e cáprico (C10:0). Um delineamento do composto central rotacional (DCCR) foi aplicado para otimizar as reações de biotransformação de OP-C4 (incorporação de C4:0 nos TAGs de OP) e OP-C10 (incorporação de C10:0 nos TAGs de OP). Dois modelos polinomiais preditivos foram obtidos: OP-C4 (R² = 90,84%) e OP-C10 (R² = 99,21%). As condições ótimas foram identificadas como C4-MAX (50 °C, 11,7% de carga enzimática, razão molar OP:C4:0 de 1:6,5) e C10-MAX (66,8 °C, 10% de carga enzimática, razão molar OP:C10:0 de 1:6,5), com níveis máximos de incorporação de 20,76 ± 1,46 mol% (C4:0) e 48,87 ± 0,76 mol% (C10:0) após 24 h. O menor desempenho com C4:0 foi atribuído ao seu efeito desidratante no microambiente enzimático, por sua vez, o C10:0 aumentou a atividade catalítica, possivelmente por um efeito semelhante à bioimpressão no sítio ativo. A enzima utilizada (Lipura® Flex) demonstrou estabilidade operacional satisfatória, suportando cinco reações consecutivas (120 h) sem perda de produtividade. As tecnologias de intensificação de processos (ultrassom e micro-ondas) foram avaliadas separadamente. No sistema PO-C4, o ultrassom reduziu o tempo reacional de 24 h para 8 h, mantendo os níveis de incorporação (~20 mol%), enquanto as micro-ondas foram ineficazes. Em contraste, no sistema PO-C10, as micro-ondas reduziram o tempo de reação para 8 h, preservando a alta incorporação (~49 mol%), enquanto o ultrassom não apresentou efeito. Em ambos os casos, a produtividade obtida em 8 h foi equivalente à das reações convencionais em BSTR por 24 h, não apresentando diferença estatística significativa. Esses resultados ressaltam o potencial de aplicação industrial de tecnologias de intensificação na modificação de lipídios, combinando maior produtividade, redução do tempo. Por fim, destaca-se que não foi observada toxicidade para os dTAGs sintetizados no sistema BSTR de 24 h quando avaliados pelo ensaio de toxicidade em HET-CAM, apoiando seu potencial uso nas indústrias farmacêutica e, especialmente, cosmética.

Resumo (inglês)

The growing demand for healthier diets has increased interest in functional lipids such as dietary triacylglycerols (dTAGs), which provide rapid energy and may contribute to the prevention of obesity and cardiovascular diseases. In this study, Patauá oil (PO), a native Amazonian oil rich in unsaturated fatty acids, was used as a raw material for solvent-free enzymatic acidolysis with butyric (C4:0) and capric (C10:0) acids. A central composite rotatable design (CCRD) was applied to optimize the reactions: the biotransformations of PO-C4 (incorporation of C4:0 into the TAGs of PO) and PO-C10 (incorporation of C10:0 into the TAGs of PO). Two polynomial predictive models were obtained: for PO-C4 (R² = 90.84%) and PO-C10 (R² = 99.21%). Optimal conditions were identified as C4-MAX (50 °C, 11.7% enzyme loading, PO:C4:0 molar ratio 1:6.5) and C10-MAX (66.8 °C, 10% enzyme loading, PO:C10:0 molar ratio 1:6.5), with maximum incorporation levels of 20.76 ± 1.46 mol% (C4:0) and 48.87 ± 0.76 mol% (C10:0) after 24 h. The reduced performance with C4:0 is attributed to its dehydrating effect on the enzymatic microenvironment, whereas C10:0 enhanced catalytic activity, likely through a bioimprinting-like effect. Lipura® Flex also demonstrated satisfactory operational stability, supporting five consecutive reactions (120 h) without loss of productivity. Process intensification technologies were evaluated separately. In the PO-C4 system, ultrasound reduced the reaction time from 24 h to 8 h while maintaining incorporation levels (~20 mol%), whereas microwaves were ineffective. Conversely, in the PO-C10 system, microwaves reduced the reaction time to 8 h while preserving high incorporation (~49 mol%), while ultrasound showed no effect. In both cases, productivity achieved in 8 h equaled that of conventional 24 h BSTR reactions. Importantly, no toxicity was observed for the dTAGs synthesized in the 24 h BSTR system when evaluated by the HET-CAM toxicity assay, supporting their potential use in pharmaceutical and, especially, cosmetic formulations.

Palavras-chave

Biotecnologia Indústria, Alimentos Biotecnologia, Enzimas Aplicações industriais, Engenharia bioquimica, Lipase

Idioma

Inglês

Citação

NASCIMENTO, João Francisco Cabral do. Enzymatic production of dietary TAGs from pataua oil: investigation of intensification strategies in different reactors. 2026. Dissertação (Mestrado em Biociências e Biotecnologia Aplicadas à Farmácia) – Faculdade de Ciências Farmacêuticas, Universidade Estadual Paulista (UNESP), Araraquara, 2025.