Interesterificação enzimática em óleos de baixa qualidade visando a produção de biodiesel

Abstract

Devido à alta demanda por energia, a busca por combustíveis alternativos como o biodiesel é necessária. Trata-se de um biocombustível biodegradável, seguro e de baixa poluição, obtido através de diversas matérias-primas. O método convencional para a produção do biodiesel é a transesterificação química de óleos/gorduras de alta qualidade (em geral, refinados) com metanol na presença de catalisador básico, gerando glicerol como subproduto. Uma alternativa para esse processo é a interesterificação, uma reação que ocorre entre óleos/gorduras e monoésteres de cadeia curta, resultando na formação de biodiesel e triacetina. Esta reação requer uso de catalisadores e se apresenta como alternativa à transesterificação, principalmente, considerando a ausência de glicerol no processo. A triacetina é um coproduto solúvel e não prejudica a qualidade do biodiesel, sendo de grande interesse industrial. Assim, o presente trabalho teve como objetivo a produção do biodiesel por interesterificação enzimática, a partir do óleo residual (OR) e óleo de frango (OF) com acetato de metila, empregando a lipase Candida antarctica (Novozym 435) como biocatalisador. As reações foram realizadas em reator de vidro encamisado em tanque agitado, utilizando a metodologia do planejamento de experimento através do Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR). Foram avaliadas as variáveis razão molar (óleo:acetato de metila) (1:5 – 1:15), concentração enzimática (7% - 13%, em relação á massa de óleo) e temperatura (40ºC – 80ºC), a fim de estimar os efeitos na produção de ésteres metílicos. Para o OF as variáveis significativas foram razão molar, concentração enzimática e temperatura; já para o OR, foram razão molar e concentração enzimática. As condições ótimas obtidas foram 40ºC; RM: 1:18,4 e 14,38% de lipase para OR, sendo que se obteve uma conversão de ~60% m/m em teor de ésteres; para o OF utilizaram-se as condições 80ºC, RM: 1:15 e 13% de enzima, com uma conversão de ~70% m/m. Ambas as matérias-primas tiveram um tempo de reação de 24 h, com a possibilidade de reuso da lipase por cinco ciclos, na reação utilizando a matéria-prima de óleo residual a lipase apresentou um maior rendimento comparado a reação utilizando o óleo de frango. A interesterificação enzimática mostrou-se uma alternativa viável e sustentável para produzir biodiesel, uma vez que permitiu o uso de matérias-primas de baixo valor e a reutilização de óleos e gorduras residuais.

Due to the high demand for energy, the search for alternative fuels such as biodiesel is necessary. It is a biodegradable, safe and low-pollution biofuel, obtained from oils extracted from various raw materials. The conventional method for producing biodiesel is the chemical transesterification of high-quality oils/fats with methanol in the presence of a basic catalyst, generating glycerol as a byproduct. An alternative to this process is interesterification, a reaction that occurs between oils/fats and short-chain monoesters, resulting in the formation of biodiesel and triacetin. This reaction requires the use of catalysts and presents itself as an alternative to transesterification, especially considering the absence of glycerol. Triacetin is a soluble co-product and does not harm the quality of biodiesel, being of great industrial interest. Thus, the present work aimed to produce biodiesel by enzymatic interesterification, from residual oil (RO) and chicken oil (OF) with methyl acetate, using Candida antarctica lipase (Novozym 435) as a biocatalyst. The reactions were carried out in a jacketed glass reactor in a stirred tank, using the experiment planning methodology through the Rotational Central Composite Design (DCCR). The variables molar ratio (oil: methyl acetate) (1:5 – 1:15), enzymatic concentration (7% - 13%, in relation to the mass of oil) and temperature (40ºC – 80ºC) were evaluated, in order to estimate the effects on the production of methyl esters. For OF, the significant variables were molar ratio, enzyme concentration and temperature; for OR, they were molar ratio and enzyme concentration. The optimal conditions obtained were 40ºC; RM: 1:18.4 and 14.38% lipase for OR, with a conversion of ~60% m/m in ester content; for OF, the conditions 80ºC, RM: 1:15 and 13% enzyme were used, with a conversion of ~70% m/m. Both raw materials had a reaction time of 24 h, with the possibility of reusing the lipase for five cycles. In the reaction using the waste oil raw material, the lipase showed a higher yield compared to the reaction using chicken oil. Enzymatic interesterification proved to be a viable and sustainable alternative to produce biodiesel, as it allowed the use of low-value raw materials and the reuse of residual oils and fats.