BR102015014551B1

BR102015014551B1 - processo de imobilização de lipase b de candida antarctica para obtenção de biocatalisador sólido, biocatalisador sólido e processo de obtenção de biodiesel enriquecido em carbonato de glicerila utilizando o referido biocatalisador sólido

Info

Publication number: BR102015014551B1
Application number: BR102015014551-9A
Authority: BR
Inventors: Rodrigo Octavio Mendonça Alves De Souza; Aline Machado De Castro; Ivaldo Itabaiana Junior; Raquel Ana Capela Leão; Márcio De Figueiredo Portilho; Vitor Loureiro Ximenes
Original assignee: Universidade Federal Do Rio De Janeiro - Ufrj; Petróleo Brasileiro S.A. - Petrobras
Priority date: 2015-06-18
Filing date: 2015-06-18
Publication date: 2021-02-09
Also published as: BR102015014551A2

Abstract

processo de imobilização de lipase b de candida antarctica para obtenção de biocatalisador sólido, biocatalisador sólido e processo de obtenção de biodiesel enriquecido em carbonato de glicerila utilizando o referido biocatalisador sólido. a presente invenção provê um processo de imobilização de lipase b de candida antarctica (6) para obtenção de biocatalisador sólido (8), sob condições de fluxo contínuo, conduzido em reator de leito fixo ou fluidizado (17). a invenção provê ainda os biocatalisadores (8) preparados pelo processo de imobilização e processos em fluxo contínuo e batelada para de obtenção de biodiesel enriquecido em carbonato de glicerila (15), utilizando os referidos biocatalisadores (8).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção está relacionada a um processo de imobilização da lipase B de Candida antarctica em resina polimérica microporosa para obtenção de biocatalisadores sólidos. A invenção se refere também aos biocatalisadores sólidos obtidos e ao processo de obtenção de biodiesel aditivado, enriquecido em carbonato de glicerila, que utiliza tais biocatalisadores sólidos.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] O glicerol é o principal subproduto da síntese do biodiesel, termo utilizado para se referir aos ésteres de ácidos graxos formados a partir da transesterificação de óleos vegetais com álcool. A crescente produção de biocombustíveis e biolubrificantes a partir de biomassa está gerando glicerol em quantidades superiores à demanda atual. Isto implica na diminuição do preço do glicerol e no risco de uma grande quantidade de glicerol ser acumulada como um resíduo. Em vista desse problema, novas utilizações para o glicerol estão sendo amplamente estudadas, dentre as quais se destaca o uso de glicerol para a síntese de carbonato de glicerila.

[003] Da busca por matérias-primas provenientes de fontes renováveis e menos poluentes, e por um crescente aproveitamento de subprodutos gerados por estas, surgiu o interesse em estudar a síntese do carbonato de glicerila a partir do glicerol. Numerosas vias de síntese para esta molécula foram identificadas, algumas delas com resultados promissores, passíveis de aumento de escala para aplicação em escala industrial.

[004] Até recentemente, a origem das matérias-primas não era uma grande preocupação para a indústria química, visto que por um longo tempo, custo e desempenho têm sido os principais motores da inovação. Entretanto, a crescente consciência sustentável acrescentou novas restrições para os processos, que são a origem das matérias-primas utilizadas e sua capacidade de causar danos ao meio ambiente.

[005] Diversas reações, tais como oxidação, hidrólise, desidratação, pirólise, dentre outras, transformam o glicerol em diversos produtos com aplicações interessantes. Dentre estas, podemos destacar a carboxilação, por meio da qual é obtido o carbonato de glicerila.

[006] O carbonato de glicerila (carbonato de glicerol ou 4-hidroximetil- 2-oxo-1,3-dioxolano) é uma molécula promissora que pode ser obtida pela esterificação do glicerol com alquil carbonato na presença de um catalisador químico ou biológico (conforme evidenciado no Esquema I abaixo). Entretanto, essa reação leva à produção de subprodutos, a saber, o dímero do carbonato de glicerila e o carbonato de glicerila formiato de alquila.

Esquema I

[007] O carbonato de glicerila é muito interessante do ponto de vista industrial por duas razões principais: i) devido à sua grande reatividade, possibilitando seu uso em inúmeras aplicações, e ii) por agregar valor ao glicerol, que é o principal subproduto na produção do biodiesel.

[008] Várias rotas foram investigadas para transformar grandes quantidades de resíduos de glicerol em carbonato de glicerila. Essas rotas podem ser vistas no Esquema II abaixo. Algumas rotas promissoras estão se concentrando em reações de baixo custo, base biológica e que utilizam matérias-primas prontamente disponíveis. Os métodos biotecnológicos utilizando enzimas como potenciais sistemas catalíticos também têm sido investigados. Algumas dessas rotas têm sido aplicadas em uma escala industrial e, desta forma, o carbonato de glicerila atualmente é um produto comercialmente disponível produzido por algumas empresas químicas fora do Brasil.

Esquema II

[009] Diversos grupos de pesquisa têm investigado a síntese direta do carbonato de glicerila através da conversão do glicerol com monóxido de carbono (CO) ou dióxido de carbono (CO2) via carbonatação. Entretanto, a rota sintética via monóxido de carbono tem seu uso limitado devido à toxicidade do monóxido de carbono e à dificuldade inerente do mesmo ser manipulado com segurança tanto em laboratório quanto em escalas industriais.

[0010] Em contrapartida, a rota sintética via dióxido de carbono, embora promitente com o uso de determinados catalisadores, possui baixos rendimentos, o que dificulta sua utilização para a produção em massa de carbonato de glicerila. Além disso, algumas condições requerem o uso de solventes orgânicos, tais como nitrobenzenoimetil-sulfóxido (DMSO) ou N,N-dimetil formamida (DMF), metanol, e / ou catalisadores homogêneos, uso de alta pressão e tempo de aquecimento prolongado a temperaturas elevadas, os quais possuem impactos ecológicos negativos.

[0011] Outra via de síntese promissora muito utilizada é a transcarbonação, isto é, a permuta entre os carbonatos e os álcoois como fonte de carbonatos. A conversão de um carbonato a outro se deve ao ataque do nucleófilo no átomo de carbono do grupo carbonato por um átomo de oxigênio do grupo hidroxila do álcool. Assim, o carbonato de glicerila pode ser obtido pela transcarbonação de uma fonte de carbonato com 1,2-diol como glicerol.

[0012] A transcarbonação utilizando fosfogênio é uma maneira muito simples e eficaz para produzir carbonatos orgânicos, entretanto, devido à toxicidade do fosfogênio, seu uso é limitado.

[0013] O carbonato de glicerila também pode ser obtido a partir de glicerol por transcarbonação com carbonatos de alquileno, tais como carbonato de etileno e carbonato de propileno. O cálculo das constantes de equilíbrio mostra que a transcarbonação do glicerol com estes carbonatos cíclicos é termodinamicamente favorável a baixas temperaturas para a preparação do carbonato de glicerila.

[0014] Outra forma de obtenção de carbonato de glicerila é através de glicerol por transcarbonação com carbonatos de dialquila, tais como carbonatos de dimetila (DMC) ou carbonato de dietila (DEC). O carbonato de dimetila pode ser preparado a partir de metanol e uréia, e vem sendo bastante utilizado como fonte de carbonato para preparar carbonato de glicerina em grande escala. Desta forma, o carbonato de dimetila é usado de maneira eficaz como um substituto do fosfogênio.

[0015] Esta rota sintética é uma das mais estudadas para a produção de carbonato de glicerila. Uma grande variedade de catalisadores tem sido utilizada para esta finalidade, dentre os quais podemos citar alquil (brometo de tetra-n-butilamônio), K2CO3, catalisadores de estanho, tais como Sn (di(n-butil) dimetóxido e di(n-butil) de óxido de estanho, catalisadores básicos, tais como CaO, MgO, CaCO3) K2CO3, KOH, NaOH, calcinado hidritalcita Mg-AI, hidroxiapatita (HAP) modificado com KF, catalisadores à base de óxido misto de Mg / Al / Zr e hidrotalcita calcinada - hidromagnesita. Entretanto, todos os catalisadores relatados acima geram subprodutos indesejados e um produto de baixa pureza.

[0016] As enzimas também têm sido investigadas como um potencial sistema catalítico. Dessa forma, a síntese enzimática em meio orgânico vem ganhando crescente atenção devido às condições reacionais brandas e à sua alta seletividade.

[0017] Assim, a problemática apresentada revela a necessidade de buscar novos sistemas catalíticos para a síntese de carbonato de glicerila, sem a produção de subprodutos, em tempos de reação menos longos. A utilização de enzimas comerciais já imobilizadas também é um fator crítico a ser superado, tendo em vista seu preço elevado.

[0018] Um dos primeiros relatos nesse assunto foi descrito por Lee, K. H.; Park, C. H.; Lee, E. Y.; Bioprocess Biosyst. Eng 2010, 33, 1059 - 1065. Os autores relataram a síntese do carbonato de glicerila catalisada por lipase a partir de glicerol e carbonato de dimetila em tetrahidrofurano (THF). A lipase B de Candida antarctica (Novozyme ® 435), apresentou maior atividade catalítica dentre todas as lipases selecionadas e comercialmente disponíveis. A reação catalisada pela Novozyme ® 435 forneceu rendimento quantitativo de carbonato de glicerila sob condições reacionais brandas, quando se utilizou quantidade equimolar 1:2 de glicerol para DMC. No entanto, quando é necessário usar um excesso, a partir da razão 1:3 de glicerol para carbonato de dimetila, foi observada a presença do subproduto indesejável 4-(metóxicarboniloximetil)-1,3- dioxolan-2-ona. O mesmo foi observado na ciclização base-catalisada (K2CO3), relatada por Rokicki, G.; Rakoczy, P.; Parzuchowsky, P.; Sobiecki, M.; Green Chem. 2005, 7, 529 - 539, onde uma quantidade excessiva (3 equivalentes) de DMC foi necessária para converter glicerol em carbonato de glicerila, levando à formação de misturas dos produtos.

[0019] Nesse cenário, o documento Kim, S.C. et al., Journal of Molecular catalysis B: Enzymatic 49 (2007) 75 - 78 se refere ao estudo do uso do carbonato de glicerila como solvente, aditivo, monômero e intermediário químico. Neste documento, a síntese enzimática do carbonato de glicerila é realizada através de fontes renováveis, a saber, glicerina e carbonato de dimetila, utilizando a lipase de Candida antarctica imobilizada como biocatalisador.

[0020] Entretanto, este documento não trata de uma reação de síntese simultânea de biodiesel e carbonato de glicerila, em que o glicerol é liberado sequencialmente pela quebra do óleo vegetal no meio reacional. Esta abordagem é similar a um processo de batelada alimentada, evitando assim a inibição da enzima pelo substrato e aumentando a seletividade da reação para o carbonato de interesse. Ao contrário, este documento descreve um processo em que os substratos diretos são utilizados para a síntese do carbonato de glicerila sem contemplar a formação de ésteres de ácidos graxos na faixa do biodiesel.

[0021] O documento Júnior, I. I., Rotas Biotecnológicas para a Síntese de Monoacilgliceróis (2013), por sua vez, se refere ao estudo de rotas biotecnológicas para síntese de monoacilgliceróis. Nas reações de esterificação, a lipase B imobilizada de Candida antarctica apresentou tempos de reação de até 1 hora e conversões da ordem de 77 %. Apesar de utilizar a lipase B de Candida antartida, sua aplicação final é direcionada para a produção de monoacilgliceróis.

[0022] O documento CN103421716A descreve um processo de preparação de biodiesel a partir de catálise enzimática com lipase produzida pelo microrganismo CGMCC N° 7644. A lipase é imobilizada em microesferas de quitosana. O procedimento é simples e de baixo custo, possui alta conversão e a enzima possui um longo tempo de vida, podendo ser reutilizada várias vezes.

[0023] Entretanto, apesar de utilizar uma lipase imobilizada para a síntese de biodiesel, a reação de obtenção de biodiesel não é acoplada à síntese do carbonato de glicerila, o qual pode ser utilizado como aditivo. Ou seja, a enzima deste documento não é capaz de catalisar a transesterificação de triglicerídeos e esterificação de ácidos livres, a fim de que o glicerol liberado seja utilizado pela mesma enzima em outra reação no mesmo sistema reacional.

[0024] O documento US7.473.791 B2, por outro lado, descreve um processo de síntese de biodiesel a partir de óleos renováveis e reação de transesterificação na presença da lipase de Candida antarctica. A reação ocorre entre um éster de ácido graxo de fórmula RCOOR’ e o óleo de fonte renovável. Este documento se refere a um processo de obtenção de biodiesel onde o carbonato de glicerila não é obtido. O documento é silente com relação à combinação de enzima e substrato para obtenção de um biodiesel já aditivado, enriquecido em carbonato de glicerila.

[0025] A produção de biodiesel enriquecido em carbonato de glicerila a partir de óleos vegetais e alquil carbonatos catalisada por lipases tem sido investigada, onde a enzima comercial Novozyme ® 435 tem mostrado ser a mais ativa.

[0026] Nesse sentido, Min, J. Y.; Lee; E. Y. Biotechnol. Lett. 2011, 33, 1789-1796 utilizaram óleo de milho para produzir o biodiesel enriquecido em carbonato de glicerila, com um rendimento de 94 % utilizando Novozyme ® 435 (10 % p/v em relação ao óleo), 0,2 % de água a 60 °C por 15 horas.

[0027] Seong et al., Enzyme Microb. Technol. 2011, 48, 505-509, por sua vez, utilizam óleo de soja na presença de alquil carbonatos sob catálise de enzimas imobilizadas comerciais por 48 horas para obtenção do biodiesel enriquecido em carbonato de glicerila.

[0028] Ambos os documentos conseguem produzir o biodiesel enriquecido com carbonato de glicerila com seletividade > 99 % em reatores operando em batelada. Entretanto, o preço das enzimas comerciais utilizadas e os longos tempos reacionais são pontos desfavoráveis das metodologias desenvolvidas.

[0029] Ainda, a reação de obtenção do carbonato de glicerila a partir de glicerol e alquil carbonato catalisada por catalisadores químicos ou biológicos pode levar à formação subprodutos indesejados, a saber, dímero de carbonato de glicerila e carbonato de glicerila formiato de alquila. Entretanto, apenas o carbonato de glicerila possui interesse comercial, o que faz com que o processo de obtenção usual do produto final possua uma etapa adicional de purificação que envolve a destilação do produto a altas temperaturas.

[0030] A obtenção de carbonato de glicerila a partir da hidrólise de triacilgliceróis na presença de alquil carbonatos é descrita na literatura para alguns óleos vegetais, tais como óleo de soja, óleo de milho e óleo de palma, porém, as reações são demoradas, com tempos que variam de 24 a 48 horas.

[0031] Portanto, é um objetivo da presente invenção propor novas soluções para a obtenção simultânea de biodiesel e carbonato de glicerila, em especial em sistema contínuo e com baixos tempos de residência. O uso de óleos vegetais com elevada acidez é também um objetivo da presente invenção, visto que os referidos óleos apresentam custo relativamente menor que os óleos vegetais refinados necessários para a síntese de biodiesel pela rota química de transesterificação alcalina.

[0032] Ademais, os processos descritos na literatura empregam enzimas comerciais já imobilizadas de alto custo associado, em especial o produto Novozyme ® 435, sendo um outro objetivo da presente invenção propor uma solução de menor custo e com excelentes resultados em termos de conversão e seletividade.

[0033] Como será melhor detalhado abaixo, a presente invenção visa a solução dos problemas do estado da técnica acima descritos de forma prática e eficiente.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0034] A presente invenção provê um processo de imobilização em fluxo contínuo da lipase B de Candida antarctica em resina polimérica microporosa para obtenção de biocatalisadores sólidos, com elevada eficiência de imobilização, em que os longos tempos usuais de processos de imobilização são reduzidos de 24 a 48 h para 0,5 a 1 h.

[0035] A invenção adicionalmente provê o biocatalisador sólido, obtido pelo processo de imobilização da presente invenção, para posterior utilização na reação de obtenção de biodiesel enriquecido em carbonato de glicerila.

[0036] A presente invenção provê ainda processos de obtenção de um biodiesel aditivado, enriquecido em carbonato de glicerila que utilizam diferentes fontes de triacilglicerídeos e catálise enzimática através de lipase B de Candida antarctica imobilizada em resina polimérica microporosa, gerando um biodiesel aditivado, de excelente qualidade e propriedades anticongelantes apropriadas.

[0037] Os processos de obtenção da presente invenção podem ser conduzidos em fluxo contínuo, em leito fixo ou fluidizado, ou em batelada. BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0038] A descrição detalhada apresentada adiante faz referência às figuras anexas, as quais:

[0039] A figura 1 ilustra o fluxograma de processo de imobilização da lipase B de Candida antarctica em resina polimérica microporosa sob condições de fluxo contínuo.

[0040] A figura 2 ilustra o fluxograma do processo de síntese do biodiesel enriquecido em carbonato de glicerila catalisada por lipase B de Candida antarctica imobilizada em resina polimérica microporosa ou lipase B de Candida antarctica imobilizada, comercial, em reator encamisado.

[0041] A figura 3 é o fluxograma do processo de síntese do biodiesel enriquecido em carbonato de glicerila catalisada por lipase B de Candida antarctica imobilizada em resina polimérica microporosa ou lipase B de Candida antarctica imobilizada, comercial, sob condições de fluxo contínuo.

[0042] A figura 4 ilustra o cromatograma dos produtos da reação em fluxo contínuo catalisada pela lipase imobilizada comercial para obtenção do biodiesel enriquecido em carbonato de glicerila a partir do óleo de soja. Em 3,8 minutos, tem-se o carbonato de glicerila e, em 10,45 e 13,2 minutos, tem-se o biodiesel.

[0043] A figura 5 ilustra o cromatograma dos produtos da reação em fluxo contínuo catalisada pela lipase imobilizada em resina Accurel® para obtenção do biodiesel enriquecido em carbonato de glicerila a partir do óleo de soja. Em 3,8 minutos, tem-se o carbonato de glicerila e, em 10,45 e 13,2 minutos, tem-se o biodiesel.

[0044] A figura 6 ilustra o cromatograma dos produtos da reação em fluxo contínuo catalisada pela lipase imobilizada em resina Accurel® para obtenção do biodiesel enriquecido em carbonato de glicerila a partir do óleo de mamona. Em 3,8 minutos, tem-se o carbonato de glicerila e, em 13 e 17,5 minutos, tem-se o biodiesel.

[0045] A figura 7 ilustra o cromatograma dos produtos da reação em fluxo contínuo catalisada pela lipase imobilizada em resina Accurel® para obtenção do biodiesel enriquecido em carbonato de glicerila a partir do óleo de macaúba. Em 3,8 minutos, tem-se o carbonato de glicerila e, em 10,5 e 13,5 minutos, tem-se o biodiesel.

[0046] A figura 8 ilustra o cromatograma dos produtos da reação em fluxo contínuo catalisada pela lipase imobilizada em resina Accurel® para obtenção do biodiesel enriquecido em carbonato de glicerila a partir do óleo de palma. Em 3,8 minutos, tem-se o carbonato de glicerila e, em 10,45 e 13,2 minutos, tem-se o biodiesel.

[0047] A figura 9 ilustra o cromatograma dos produtos da reação em batelada catalisada pela lipase imobilizada em resina Accurel® para obtenção do biodiesel enriquecido em carbonato de glicerila a partir do óleo de soja. Em 3,8 minutos, tem-se o carbonato de glicerila e, em 10,45 e 13,2 minutos, tem-se o biodiesel.

[0048] A figura 10 ilustra o cromatograma dos produtos da reação em batelada catalisada pela lipase imobilizada em resina Accurel® para obtenção do biodiesel enriquecido em carbonato de glicerila a partir do óleo de palma. Em 3,8 minutos, tem-se o carbonato de glicerila e, em 10,45 e 13,2 minutos, tem-se o biodiesel.

[0049] A figura 11 ilustra o cromatograma dos produtos da reação em batelada catalisada pela lipase imobilizada em resina Accurel® para obtenção do biodiesel enriquecido em carbonato de glicerila a partir do óleo de mamona. Em 3,8 minutos, tem-se o carbonato de glicerila e, em 13 e 17,5 minutos, tem-se o biodiesel.

[0050] A figura 12 ilustra o cromatograma dos produtos da reação em batelada catalisada pela lipase imobilizada em resina Accurel® para obtenção do biodiesel enriquecido em carbonato de glicerila a partir do óleo de macaúba. Em 3,8 minutos, tem-se o carbonato de glicerila e, em 10,5 e 13,5 minutos, tem-se o biodiesel.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0051] A presente invenção é caracterizada por um novo processo de imobilização da lipase B de Candida antarctica 6 em resina polimérica microporosa 7, em fluxo contínuo através da utilização de um reator de leito fixo ou fluidizado 17, fazendo com que o tempo de imobilização seja reduzido substancialmente em relação ao estado da técnica.

[0052] O processo de imobilização de lipase B de Candida antarctica 6 para obtenção de lipase B de Candida antarctica imobilizada em resina polimérica microporosa (doravante denominada biocatalisador 8) sob condições de fluxo contínuo compreende as etapas de: (i) acondicionar uma resina polimérica microporosa 7 a seco em um reator de leito fixo ou fluidizado 17; (ii) lavar a resina polimérica microporosa com etanol a 95 a 100 % 18, uma mistura de etanol/água 1:1 19 e água 20, a uma vazão de 0,05 a 1,0 L/min completando-se assim um tempo total de lavagem de 1 h, a uma faixa de temperatura de 30 a 70 °C; (iii) após os ciclos de lavagem, lavar a resina polimérica microporosa com solução-tampão fosfato com um pH que varia de 6,5 a 7,5, enquanto o sistema é resfriado até a temperatura na faixa de 20 a 40°C; (iv) bombear a solução da lipase B de Candida antarctica 6 através do reator de leito fixo 17 a uma vazão de 8,33 a 83,3 mL/min/L de reator.

[0053] Preferencialmente, na etapa (ii), a vazão de lavagem da resina polimérica microporosa 7 é 0,1 L/min e a temperatura de lavagem é 50 °C. Na etapa (iii), o pH da solução-tampão fosfato é preferencialmente 7,0 e o sistema é resfriado até a temperatura de 25 °C.

[0054] Ao longo do processo de imobilização, alíquotas da solução enzimática são coletadas para posterior comparação e, após o processo de imobilização, os sobrenadantes são submetidos a ensaios de doseamento de proteínas pelo método Bradford e de atividade de hidrólise para calcular a eficiência da imobilização em diferentes partes da coluna do reator 17.

[0055] O tempo efetivo de imobilização utilizando o processo de imobilização em fluxo contínuo da invenção é de 0,5 a 1 h, enquanto que os tempos de imobilização do estado da técnica são usualmente superiores a 24 h.

[0056] A presente invenção provê ainda um processo de obtenção simultânea de biodiesel e carbonato de glicerila 15, em fluxo contínuo, em reator de leito fixo ou fluidizado, onde são misturados triacilgliceróis, i.e., óleos vegetais 27 e alquil carbonatos 2 em uma proporção que pode variar entre 1:1 e 1:30, a uma temperatura de 40 a 70 °C, com um tempo de residência entre cerca de 6 e 48 horas, sob catálise do biocatalisador 8, estando este presente no meio reacional em uma quantidade que pode variar entre 0,08 a 0,42 g/mL de volume de reator.

[0057] Após o tempo reacional, o biodiesel encontra-se enriquecido em carbonato de glicerila 15, como resultado da obtenção simultânea de biodiesel e carbonato de glicerila, não sendo observada a presença de subprodutos como o dímero do carbonato de glicerila e o carbonato de glicerila formiato de alquila.

[0058] Mais especificamente, o processo em fluxo contínuo de obtenção de biodiesel enriquecido em carbonato de glicerila 15 compreende as etapas de: (i) misturar óleo vegetal 27 ao alquil carbonato 2 em uma razão de 1:10a 1:30; (ii) adicionar de 0,1 a 1,5 % v/v de água 20; (iii) bombear a mistura obtida em (ii) através de uma bomba 16 em vazões de 1 a 150 mL/min/L de reator para o reator de leito fixo ou fluidizado 17 contendo biocatalisador 8; (iv) manter temperatura na faixa de 40 a 70 °C;

[0059] Preferencialmente, o óleo vegetal 27 é misturado ao alquil carbonato 2 em uma razão de 1:10, a temperatura sendo mantida em 60 °C.

[0060] Opcionalmente, um solvente orgânico 13 pode ser adicionado antes da etapa (iii). A adição de um solvente orgânico 13 na mistura reacional tem como objetivo tornar o meio homogêneo. O solvente 13 é selecionado do grupo que consiste em t-butanol, terc-butil metil éter, DMSO, entre outros. Em uma modalidade preferida, terc-butil metil éter é utilizado.

[0061] O processo de obtenção de biodiesel enriquecido com carbonato de glicerila 15 também pode ser realizado em batelada. No processo em batelada, o biocatalisador 8 é adicionado ao meio reacional em uma quantidade que pode variar entre 1 e 30 %.

[0062] O processo em batelada de obtenção de biodiesel enriquecido com carbonato de glicerila 15 compreende as etapas de: (i) misturar óleo vegetal 27 ao alquil carbonato 2 em uma razão de 1:10 e 1:30 em um reator encamisado 9; (ii) adicionar 1 a 30 % em peso de biocatalisador 8, com relação ao óleo vegetal; (iii) adicionar 0,1 a 1,5 % v/v de água 20; (iv) manter a reação a 40 a 70 °C por 24 ou 48 h, sob constante agitação a 180 rpm em um agitador, particularmente do tipo orbital;

[0063] Preferencialmente, o óleo vegetal 27 é misturado ao alquil carbonato 2 em uma razão de 1:10; após o que 20 % em peso de catalisador 8 é adicionado; na etapa (iii) 0,7 % v/v de água 20 é adicionada; sendo a temperatura mantida em 60 °C.

[0064] A conversão dos reagentes no produto é acompanhada por cromatógrafo a gás acoplado a ionizador de chama 26 (GC-FID).

[0065] Em uma forma de realização preferida, o alquil carbonato 2 é dimetil carbonato.

[0066] Preferencialmente, a resina polimérica microporosa da presente invenção é resina Accurel MP 1000, contendo volume de poros < 50 nm.

[0067] O óleo vegetal 27 utilizado é selecionado do grupo que consiste em óleo de soja, óleo de palma (dendê), óleo de mamona, óleo de macaúba e óleo de soja ácido.

[0068] Nos processos de obtenção descritos acima, o uso de óleos vegetais 27 com elevada acidez foi avaliado com sucesso. Tais óleos vegetais apresentam custos consideravelmente menores que os óleos vegetais refinados de baixa acidez. Adicionalmente, foram usados óleos vegetais não utilizados pelo estado da técnica, tais como óleo de macaúba e de mamona.

[0069] Para fins comparativos, foi também utilizada a lipase B de Candida antartida imobilizada comercial, doravante denominada biocatalisador 22.

[0070] Preliminarmente, ressalta-se que a descrição que se segue partirá de concretizações preferenciais da invenção. Como ficará evidente para qualquer técnico no assunto, no entanto, a invenção não está limitada a essas concretizações particulares. Exemplos Exemplo 01: Imobilização da Lipase B de Candida antarctica 6 em resina Accurel® sob condições de fluxo contínuo

[0071] 1g de resina Accurel®, foi acondicionado a seco em uma coluna de leito fixo 17. A resina foi lavada a 50 °C com os seguintes solventes: Etanol 100 % 18, Etanol/água 1:1 19 e água 20, a uma vazão de 0,1mL/min, completando-se assim um tempo total de lavagem de 1h.

[0072] Após os ciclos de lavagem, o suporte foi lavado com solução- tampão fosfato, pH 7,0, enquanto o sistema foi resfriado até atingir a temperatura de 25 °C.

[0073] Em seguida, soluções da referida lipase, na concentração de 30 mg / mL, foram bombeadas com vazões entre 0,1 -1,0 mL / min.

[0074] Alíquotas da solução enzimática nos tempos iniciais foram coletadas para posterior comparação. Após cada processo de imobilização, os sobrenadantes foram submetidos aos ensaios de doseamento de proteínas pelo método de Bradford e de atividade de hidrólise, para se calcular a eficiência de imobilização nos devidos casos.

[0075] Para avaliar a eficiência da imobilização em diferentes partes da coluna de reator de leito fixo 17, a mesmo foi dividida em parte superior, mediana e inferior e a eficiência de imobilização foi avaliada em diferentes tempos de residência, como pode ser visto a partir da Tabela 1. Tabela 1 - Eficiência da imobilização avaliada em diferentes tempos de residência

[0076] Foi observado que para uma melhor eficiência, na metade do tempo de residência selecionado, a coluna de leito fixo 17 deve ser invertida e o bombeamento da solução de lipase deve ser continuado. Exemplo 02 - Quantificação de lipase através do método de Bradford

[0077] A concentração de lipase restante do sobrenadante foi determinada através do método de Bradford (BRADFORD, M. M. “A rapid and sensitive method for quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding”, Analytical Biochemistry, v. 72, pp. 248-254, 1976), através da absorvância do complexo proteico com o reagente de Bradford a 595nm. O ensaio foi realizado em espectrofotômetro, e as leituras realizadas em cubetas de quartzo, com volumes de 3mL. A proteína utilizada como padrão foi a albumina humana. Exemplo 03 - Quantificação dos produtos de reação enzimática via cromatoqrafia gasosa acoplada à espectrometria de massas (CG-EM) com derivatização da amosta

[0078] A formação do carbonato de glicerila foi monitora via CG-EM. Para tal, amostras dos meios reacionais foram, primeiramente, derivatizadas como segue: • 10 μl_ dos meios reacionais no início e seus correspondentes ao final das reações foram vertidos em criotubos de 2mL contendo 50μL de N-metil-N-(trimetilsilil) trifluoroacetamida (MSTFA); • A mistura foi acondicionada em estufa a 60°C durante 30min para a reação de derivatização em seus correspondentes compostos sililados; • Em seguida, adicionou-se 1mL de clorofórmio à mistura e agitou-se vigorosamente em vórtex; • Verteu-se a mistura final em vials de 1mL e injetou-se no CG-EM.

[0079] A técnica de cromatografia à gás acoplada à espectrometria de massa foi realizada em aparelho Shimadzu 2010 com interface GCMS- QP2010 e impacto eletrônico. A coluna cromatográfica utilizada para análise foi a DB-5 (L=30m; d=0.25μm - 100% metilpolisiloxano), o gás de arraste utilizado foi o hélio, e o detector e injetor foram ajustados à temperatura de 250°C. As condições para a corrida cromatográfica estão descritas na Tabela 2 abaixo, adaptadas do método da literatura. As substâncias foram identificadas através de comparação com os espectros de massas da biblioteca NIST05s.LIB. Tabela 2 - Condições para a corrida cromatográfica

[0080] Foram rastreados os seguintes fragmentos (m/z), referentes ao carbonato de glicerila sililado: 190 (M+), 145 (M+ - 3CH3), 131 (M+ - Si(CH3)2), 117 (M+- Si(CH3)3), 101 (M+- OSi(CH3)3+), 89 (OSi(CH3)3+), 73 (Si(CH3)3+). Exemplo 04 - Quantificação da conversão por CG-FID 26

[0081] As amostras foram analisadas em um cromatógrafo de gás equipado com um detector de ionização de chama (FID) e DB-5MS coluna capilar (5 % fenil metil polisiloxano capilar, 30,0 m x 250 mm x 250 mm). O hélio foi utilizado como gás portador. 1 mL de amostra foi injetado a 100 °C. A temperatura do forno foi aumentada de 15 °C / min até 150 °C, em 8 °C / min até 200 °C, em 2 °C / min até 240 °C, e depois mantida durante 4 min. Depois o forno foi aquecido a 15 °C / min até 300 °C. A temperatura do injetor e do detector foi de 280 °C.

[0082] Os resultados de conversão são apresentados nas Figuras 4 a 12. Exemplo 05: Produção de biodiesel enriquecido em carbonato de glicerila 15 a partir de diferentes óleos vegetais 27 e alquil carbonato 2 em reator de leito fixo 17 e comparação entre os biocatalisadores 22 e 8

[0083] O óleo vegetal 27 foi misturado ao alquil carbonato 2 (dimetil carbonato), em uma razão 1:10 (p/p), seguido da adição de 0,7 % v/v de água 20 e 10mL de terc-butil metil éter como solvente 13. Esta mistura foi bombeada em diferentes tempos de residência para um leito fixo 17 contendo biocatalisador 22 ou 8 a uma temperatura de 60 °C e a conversão acompanhada por GC-FID 26 (Fig. 4 a 8).

[0084] Os resultados para as duas lipases estudadas encontram-se na Tabela 3 abaixo. Tabela 3 - Comparação entre os biocatalisadores 22 e 8

Exemplo 06: Produção de biodiesel enriquecido em carbonato de glicerila 15 a partir de diferentes óleos vegetais 27 e alquil carbonato 2 em reator de batelada encamisado 9 e comparação entre os biocatalisador 22 e 8

[0085] O óleo vegetal 27 foi misturado ao alquil carbonato 2, em uma razão 1:10, seguido da adição da lipase 6 (20 % p/p em relação ao óleo de soja 28) e 0,7 % v/v de água 20. O volume total trabalhado foi de aproximadamente 3 ml. A reação foi mantida a 60 °C por 24 ou 48 horas (apenas para o óleo de macaúba), sob constante agitação de 180 rpm, mantida em um agitador do tipo orbital e a conversão acompanhada por GC-FID 26 (Fig. 9 a 12).

[0086] Os resultados para as duas lipases estudadas encontram-se na Tabela 4 abaixo e mostram a maior eficiência do biocatalisador 8 evidenciada pelo alto rendimento em carbonato de glicerila obtido. Tabela 4 - Comparação entre os biocatalisadores 22 e 8

Exemplo 7 - Teste de estabilidade

[0087] A estabilidade do biocatalisador 8 foi comprovada pelo uso na própria reação de obtenção de biodiesel enriquecido em carbonato de glicerila, empregando o óleo de soja ácido 31 do Exemplo 7 (10 % de acidez), com um tempo de residência de 176 minutos para cada ciclo e o reciclo foi avaliado ao longo de 5 dias. A Tabela 5 abaixo mostra os resultados de conversão e seletividade observados nos 5 ciclos. Tabela 5 - Resultados de estabilidade do biocatalisador 8

[0088] A partir da Tabela 5, observa-se que o biocatalisador de 8 se manteve estável por pelo menos 5 ciclos de uso.

[0089] O biocatalisador 8 obtido através do processo de imobilização da lipase 6 apresentou resultados de conversão de óleos vegetais / alquil carbonato a carbonato de glicerila > 99 % para reações em batelada com tempos de residência de 24 a 48h e de 58 a > 99 % para reações em fluxo contínuo com tempos de residência variando entre 88 e 176 min, apresentando resultados de conversão melhores que o biocatalisador 22.

[0090] Adicionalmente, a estabilidade do biocatalisador 8 foi comprovada pelo uso na reação de síntese simultânea de biodiesel e carbonato de glicerila 15, empregando óleo de soja ácido (10 % de acidez), com um tempo de residência de 176 min para cada ciclo. O reciclo foi avaliado ao longo de 5 dias e observou-se que o biocatalisador 8 se manteve estável por pelo menos 5 ciclos de uso.

[0091] A obtenção do carbonato de glicerila diretamente a partir do óleo vegetal representa uma vantagem econômica devido à facilidade de se obter um produto de maior valor agregado quando comparado ao glicerol. Além disso, como o carbonato de glicerila pode ser utilizado como aditivo anticongelante para biocombustíveis, a sua presença na corrente de biodiesel obtida representa vantagens econômicas e de desempenho do produto formulado final, isto é, o biodiesel aditivado.

[0092] O processo de imobilização enzimático descrito representa como vantagem frente às técnicas convencionais de obtenção de biocatalisadores imobilizados a economia de tempo sem perdas na eficiência. Além de apresentar excelentes resultados nos testes realizados, o biocatalisador 8 apresenta um custo cerca de 5 vezes inferior ao do biocatalisador 22.

[0093] O biocatalisador 8 do presente pedido se mostrou eficiente na conversão de óleos ácidos, que em geral apresentam menor custo que os de baixa acidez, sinalizando grande potencial econômico do processo.

Claims

1. Processo de imobilização de lipase B de Candida antarctica (6) para obtenção de biocatalisador sólido (8), sob condições de fluxo contínuo, caracterizado por compreender as etapas de: (i) acondicionar uma resina polimérica microporosa (7) a seco em um reator de leito fixo ou fluidizado (17); (ii) lavar a resina polimérica microporosa (7) com etanol a 95 a 100% (18), uma mistura de etanol/água 1:1 (19) e água (20) a uma vazão de 0,05 a 1,0 L/ min completando-se assim um tempo total de lavagem de 1 h, a uma faixa de temperatura de 30 a 70°C; (iii) após os ciclos de lavagem, lavar a resina polimérica microporosa (7) com solução-tampão fosfato com pH que varia de 6,5 a 7,5, enquanto o sistema é resfriado até a temperatura na faixa de 20 a 40°C; (iv) bombear a solução da referida lipase B de Candida antarctica (6) através do reator de leito fixo ou fluidizado (17), em que a referida lipase (6) é bombeada a uma vazão na faixa de 8,33 a 83,3 mL/min/L de reator (17).

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a resina polimérica microporosa ser Accurel®.

3. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado por na etapa (ii), a vazão de lavagem da resina polimérica microporosa (7) ser 8,33 mL/min/L de reator e a temperatura de lavagem ser 50°C; e na etapa (iii), o pH da solução-tampão fosfato ser 7,0 e o sistema ser resfriado até a temperatura de 25°C.

4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por o tempo efetivo de imobilização ser de 0,5 a 1 h.

5. Biocatalisador (8), caracterizado por ser obtido pelo processo como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 4.

6. Processo em fluxo contínuo de obtenção de biodiesel enriquecido em carbonato de glicerila (15), caracterizado por compreender as etapas de: (i) misturar óleo vegetal (27) a alquil carbonato (2) em uma razão de 1:10 a 1:30; (ii) adicionar de 0,1 a 1,5 % v/v de água (20); (iii) bombear a mistura obtida em (ii) em vazões de 1 a 150 mL/min/L de reator para o reator de leito fixo ou fluidizado (17) contendo o biocatalisador (8), como definido na reivindicação 4; (iv) manter temperatura na faixa de 40 a 70°C;

7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por na etapa (i) óleo vegetal (27) ser misturado ao alquil carbonato (2) em uma razão de 1:10; e na etapa (iv) a temperatura ser mantida em 60°C.

8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 e 7, caracterizado por um solvente orgânico (13) ser adicionado antes da etapa (iii).

9. Processo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por o solvente (13) ser selecionado do grupo que consiste em t-butanol, terc-butil metil éter, DMSO.

10. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o solvente (13) ser terc-butil metil éter.

11. Processo em batelada de obtenção de biodiesel enriquecido em carbonato de glicerila (15), caracterizado por compreender as etapas de: (i) misturar óleo vegetal (27) a alquil carbonato (2) em uma razão de 1:10 a 1:30; (ii) adicionar 1 a 30% em peso de biocatalisador (8), conforme definido na reivindicação 5, com relação ao óleo vegetal (27); (iii) adicionar 0,1 a 1,5% v/v de água (20); (iv) manter a reação de 40 a 70°C por 48 ou 24 h, sob constante agitação em um agitador;

12. Processo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por etapa (i), óleo vegetal (27) ser misturado ao alquil carbonato (2) em uma razão de 1:10; na etapa (ii) 20% em peso de catalisador (8) ser adicionado; e na etapa (iv) a temperatura ser mantida em 60°C.

13. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 12, caracterizado por o óleo vegetal (27) utilizado na etapa (i) ser selecionado do grupo que consiste em óleo de soja, óleo de palma, óleo de mamona, óleo de macaúba e óleo de soja ácido.

14. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 13, caracterizado por o alquil carbonato (2) ser dimetil carbonato.