BR112012022006B1 - um processo para a síntese enzimática de alquil ésteres de ácido graxo - Google Patents

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Abstract

UM PROCESSO PARA A SÍNTESE ENZIMÁTICA DE ALQUIL ÉSTERES DE ÁCIDO GRAXO. São descritos um processo enzimático em lote ou contínuo para a produção de alquil ésteres de ácido graxo para uso em indústria de biocombustíveis, alimentos e detergente, e um sistema para o mesmo. O processo utiliza enzimas imobilizadas sobre uma resina hidrofóbica mistura com uma fonte de ácido graxo e um álcool ou doador de álcool na presença de um tampão aquoso alcalino ou levemente alcalino, ou na presença de solução de água. O processo de produção para alquil ésteres de ácido graxo é executado pela transesterificação ou esterificação simultaneamente ou sequencialmente. A atividade biocatalisadora é mantida sem perdas de atividade significativas em múltiplos usos e também evita o acúmulo evita o acúmulo de subprodutos de glicerol e água ou outros compostos hidrofilicos no biocatalisador.

Description

Campo da Invenção
É descrito um processo enzimático para a produção de alquil ésteres de ácido 5 graxo para uso nas indústrias de biocombustíveis, alimentos e detergente. Nesse processo, uma fonte de ácido graxo e um álcool ou doador de álcool são reagidos na presença de enzimas imobilizadas sobre uma resina hidrofóbica, na presença de um tampão aquoso alcalino ou água. O processo descrito pode ser operado em lotes ou continuamente utilizando um tanque agitado contínuo ou reatores em coluna de leito 10 recheado.
Fundamentos de Invenção
A imobilização de enzimas vem sendo descrita por um vasto número de técnicas basicamente objetivando a redução da contribuição de custo de enzimas no processo enzimático total; a facilitação da recuperação de enzimas a partir dos produtos; e a 15 permissão de operação contínua do processo.
Técnicas de imobilização em geral são divididas de acordo com o seguinte: 1. Adsorção física de enzimas para suportes sólidos, tais como sílica e polímeros insolúveis. 2. Adsorção em resinas trocadoras de íons. 20 — 3. ~ Ligação co valente de enzimas a um material de suporte sólido, tal como suportes inorgânicos ou poliméricos epoxidados. 4. Aprisionamento de enzimas em um polímero em crescimento. 5. Confmamento de enzimas em um reator de membrana ou em géis semipermeáveis. 25 6. Cristais de enzimas reticuladas (CLECS’s) ou agregadas (CLEAS’s).
Todos os procedimentos de imobilização de enzimas mencionados acima são compreendidos pelas seguintes etapas: 1. Dissolução da enzima em um sistema tampão apropriado em relação ao pH, temperatura, tipo de sais tampão e força iônica. 30 2. Adição do suporte sólido à solução de enzima e a mistura por algum tempo até que as moléculas da enzima sejam imobilizadas no suporte sólido. 3. Filtragem do suporte sólido que contém a enzima imobilizada. 4. Lavagem do suporte com um tampão apropriado para remover moléculas de enzima frouxamente ligadas e, então, a secagem do suporte sólido.
Enzimas interfaciais, principalmente lipases, vêm sendo imobilizadas seguindo as técnicas mencionadas acima. Isso oferece preparações de enzimas imobilizadas possuindo baixa atividade sintética e/ou tempo de meia-vida operacional curto. Em uma tentativa de aumentar a atividade sintética e a estabilidade de lipases imobilizadas e outras enzimas interfaciais, métodos de ativação de diferentes vêm sendo aplicados. Esses métodos incluem: 5 1. Ligação de grupos de enzimas funcionais de superfície com resíduos hidrofóbicos, tais como ácidos graxos ou polietilenoglicol. 2. Revestimento da superfície de enzimas com surfactantes, tais como ésteres de poliol-ácido graxo. 3. Contato de enzimas com suportes hidrofóbicos, tipicamente io polipropileno, que vêm sendo pré-tratados com solventes hidrofílicos, tais como etanol ou isopropanol.
Nenhum dos métodos mencionados acima produziu resultados satisfatórios em relação à estabilização e compensadores quanto ao custo de enzimas interfaciais imobilizadas, a fim de executar conversões enzimáticas reversas em quantidades 15 industriais. Também, foi relatado que a maioria das enzimas, quando imobilizadas de acordo com os procedimentos mencionados acima, perde uma porção significativa de sua atividade sintética ou não exibe todo seu desempenho de atividade devido a certas restrições impostas pelo procedimento de imobilização, ou devido à presença de certos inibidores enzimáticos no meio de reação. 20 ~ Outra desvantagem importante de lipases-e fbsfolipases é_sua baixa tolerância a substratos hidrofílicos, particularmente alcoóis de cadeia curta e ácidos graxos de cadeia curta (abaixo de C4). Observou-se em muitos estudos de pesquisa que alcoóis de cadeia curta e ácidos graxos de cadeia curta, tais como metanol e ácido acético, respectivamente, são responsáveis por destacar moléculas de água essenciais a partir da 25 estrutura quaternária daquelas enzimas, levando à sua desnaturação e consequentemente à perda de sua atividade catalítica. Essa desvantagem tem proibido a aplicação de lipases na produção de quantidades comerciais de “biodiesel” de metil ésteres de ácidos graxos utilizando triglicerídeos de óleo e metanol como substratos.
Uma desvantagem adicional da utilização de lipases imobilizadas para 30 transesterificação/esterificação de uma fonte de ácido graxo com um álcool livre é o acúmulo dos subprodutos de glicerol formado e água no biocatalisador e, portanto, a proibição de acesso livre dos substratos ao local ativo da enzima imobilizada. Tais biocatalisadores geralmente perdem seu desempenho catalítico após poucos ciclos quando o mesmo lote de biocatalisador é utilizado. 35 Os presentes inventores desenvolveram preparações de enzima imobilizada especiais, exibindo boa estabilidade ao longo de atividade persistente de muitos ciclos de produção. Exemplos de tais preparações de enzima são descritos, dentre outros, em WO/2008/084470, WO/2008/139455 e W02009/069116.
As condições sob as quais a reação catalítica é executada podem afetar muito adversamente a estabilidade e eficiência de preparações de enzima imobilizada. E 5 importante se ter preparações de enzima que retenham a estabilidade e a atividade sob condições de reação. Esses e outros objetivos da invenção se tornarão evidentes conforme a descrição procede.
Resumo da Invenção
Em uma modalidade, a invenção refere-se a um processo para a transesterificação/esterificação de uma fonte de ácido graxo com um álcool, para formar alquil ésteres de ácido graxo, compreendendo a reação de uma fonte de ácido graxo e um álcool ou um doador de álcool na presença de uma preparação de lipase imobilizada, em que a preparação de lipase imobilizada compreende pelo menos uma lipase imobilizada 15 sobre um suporte poroso hidrofóbico e o meio de reação contém uma solução tampão alcalina aquosa.
A referida solução tampão alcalina aquosa pode ser uma solução tampão alcalina levemente aquosa. A referida solução tampão alcalina aquosa pode estar contida na mistura de reação em uma quantidade de até 5% em peso da fonte de ácido graxo. A 20 solução tampão aqiiõsa poderter um pH de-7-a cerca de 11, por-exemplo, qualquer um dentre 7-8,5, 7-9, 7-9,5, 7-10 e 7-11. O pKa do reagente levemente alcalino suplementado compreendendo a solução tampão é maior ou igual ao pKa dos ácidos compreendendo a fonte de ácido graxo.
Em outra modalidade, a invenção refere-se a um processo para 25 transesterificação/esterificação de uma fonte de ácido graxo com um álcool, para formar alquil ésteres de ácido graxo, compreendendo a reação de uma fonte de ácido graxo e um álcool na presença de uma preparação de lipase imobilizada, em que a preparação de lipase imobilizada compreende pelo menos uma lipase imobilizada sobre um suporte poroso hidrofóbico e o meio de reação contém água. A água está na forma de uma 30 solução de água com um pH de 3 a 11. O meio de reação pode conter a água ou solução de água em 5% em peso da fonte de ácido graxo.
Em todas as modalidades e aspectos da invenção, o álcool pode ser um álcool de cadeia curta, por exemplo, álcool de alquila CI-CÔ, mais especificamente álcool de alquila C1-C4, particularmente metanol ou etanol. Onde o referido álcool é metanol, os 35 referidos alquil ésteres de ácido graxo resultantes são metil ésteres de ácido graxo (MEAG - Biodiesel). O álcool também pode ser um álcool graxo de cadeia média (Cé-
Cio) ou alcoóis graxos de cadeia longa (C12-C22). O doador de álcool pode ser um monoalquil éster ou um carbonato de dialquila, tal como carbonato de dimetila ou carbonato de dietila.
Em todas as modalidades e aspectos da invenção, a referida lipase imobilizada é 5 capaz de catalisar a esterificação dos ácidos graxos livres para produzir alquil ésteres de ácido graxo e água como subproduto, e a transesterificação de triglicerídeos e glicerídeos parciais para produzir alquil ésteres de ácido graxo e glicerol como subproduto.
Em todas as modalidades e aspectos da invenção relativos ao uso de um tampão 10 alcalino ou solução alcalina, a quantia do referido tampão ou solução alcalina no meio de reação é de 0,001 a 5% em peso da fonte de ácido graxo.
Em todas as modalidades e aspectos da invenção, a pelo menos uma lipase pode x ser uma lipase derivada de qualquer um dentre Rhizomucor miehei, Pseudomonas sp., Rhizopus niveus, Mucor javanicus, Rhizopus oryzae, Aspergillus niger, Penicillium 15 camembertii, Alcaligenes sp., Acromobacter sp., Burkholderia sp., Thermomyces lanuginosa, Chromobacterium viscosum, Candida antarctica B, Candida rugosa, Candida antarctica A, sementes de papaia e pancreatina. A preparação de lipase pode compreender pelo menos duas lipases que podem ser cada uma imobilizada separadamente sobre um suporte hidrofóbico ou co-imobilizada sobre o mesmo suporte 20 hidrofóbicó? As Teferidas lipases -podem- possuir regioespecificidade idêntica ou diferente. As referidas lipases são capazes de catalisar simultaneamente ou consecutivamente a esterificação de ácidos graxos livres para produzir alquil ésteres de ácido graxo e água como subproduto, e a transesterificação de glicerídeos e glicerídeos parciais para produzir alquil ésteres de ácido graxo e glicerol com subproduto.
Em todas as modalidades e aspectos da invenção, o referido suporte pode ser qualquer um dentre 0 suporte baseado em polímero alifático hidrofóbico e o suporte baseado em polímero aromático hidrofóbico. O referido suporte de polímero hidrofóbico pode ser compreendido por cadeias orgânicas lineares ou ramificadas. O referido suporte pode compreender cadeias de polímero ou copolímero orgânico macro-reticular. O 30 referido suporte pode ser suporte inorgânico poroso ou não poroso, que pode ser hidrofóbico ou é revestido com material orgânico hidrofóbico. O referido material orgânico hidrofóbico pode ser uma cadeia orgânica hidrofóbica linear, ramificada ou funcionalizada.
Em todas as modalidades e aspectos da invenção em que uma solução tampão 35 alcalina é utilizada, a referida solução tampão alcalina aquosa pode ser uma solução de um sal alcalino inorgânico ou uma base orgânica. A referida solução tampão alcalina pode ser uma solução de qualquer um dentre um hidróxido de metal alcalino, carbonato, bicarbonato, fosfato, sulfato, acetato e citrato, uma amina primária, secundária e terciária e qualquer mistura dos mesmos. Em modalidades específicas, a referida solução tampão alcalina pode ser uma solução de uma base fraca selecionada a partir de bicarbonatos e 5 carbonatos de sódio ou potássio. Em algumas modalidades específicas do processo da invenção, a solução tampão alcalina pode ser adicionada à fonte de ácido graxo em um estágio de pré-mistura ou diretamente ao meio de reação.
Em todas as modalidades e aspectos da invenção em que uma solução tampão alcalina é utilizada, o conteúdo da referida solução tampão alcalina no meio de reação de io transesterificação/esterificação pode estar na faixa de 0,001-5% em peso da matéria- prima de óleo, por exemplo, 1 -2% em peso da matéria-prima.
Em algumas modalidades da invenção, a fonte de ácido graxo pode ser primeiramente misturada com a solução tampão alcalina ou com a água ou solução de água e a mistura pode ser, então, tratada com a referida preparação de lipase 15 imobilizada, seguida pela adição do referido álcool e a permissão de que a reação proceda sob condições adequadas até que a referida fonte de ácido graxo seja convertida em ésteres de ácido graxo.
Em todas as modalidades e aspectos da invenção, a referida fonte de ácido graxo pode ser um dentre óleo vegetal, gordura vegetal, óleo de algas, óleo de peixe, óleo de 20 resíduo e ’quaisquer misturas dos—mesmos^ A-referida fonte-de-ácido graxo_pode compreender ácidos graxos livres, mono-, di- e triglicerídeos, suas misturas em qualquer proporção, na ausência ou presença de outros derivados de ácido graxo minoritários, tais como fosfolipídios e ésteres de esterol. A fonte de ácido graxo pode ser não refinada, refinada, branqueada, desodorizada ou qualquer uma de suas combinações.
Em todas as modalidades e aspectos da invenção, a reação pode ser executada a uma temperatura entre 10°C e 100°C, especificamente entre 25-30°C.
Em todas as modalidades e aspectos da invenção, a referida fonte de ácido graxo pode ser pré-misturada com o referido álcool ou doador de álcool e com a referida água ou solução tampão em um recipiente de preparação de pré-reação para formar uma 30 emulsão que pode, então, ser alimentada juntamente com a referida preparação de lipase imobilizada em um recipiente de reação de transesterificação/esterificação.
Em todas as modalidades e aspectos da invenção, a referida lipase pode ser utilizada em reatores em coluna de leito recheado operando em modos em lote ou contínuo.
De acordo com outro aspecto da invenção, é provido um sistema para a transesterificação/esterificação de um ácido graxo com um álcool, para formar alquil ésteres de ácido graxo, compreendendo: um recipiente de reação configurado para reagir um meio de reação incluindo um 5 ácido graxo e pelo menos um dentre um álcool e um doador de álcool na presença de uma preparação de lipase imobilizada, em que a preparação de lipase imobilizada compreende pelo menos uma lipase imobilizada sobre um suporte poroso hidrofóbico e o meio de reação contém pelo menos uma dentre uma solução tampão alcalina aquosa e água. io O sistema pode compreender uma ou mais das seguintes características, em qualquer combinação ou permutação desejada: A. O recipiente de reação pode compreender a preparação de lipase imobilizada, pelo menos durante a operação do referido sistema para a produção dos referidos alquil ésteres de ácido graxo. 15 B. Adicionalmente ou altemativamente à característica A, o recipiente de reação pode compreender o ácido graxo e o pelo menos um dentre um álcool e um doador de álcool, pelo menos durante a operação do referido sistema para a produção dos referidos alquil ésteres de ácido graxo. C. Adicionalmente ou altemativamente às características A ou B, o 20 referido meio de reação compreende uma mistura, o referido-sistema- adicionalmente compreendendo um recipiente de pré-reação em comunicação fluida seletiva com o referido recipiente de reação, o referido recipiente de pré-reação sendo configurado para pré-mistura de pelo menos o ácido graxo e o pelo menos um dentre um álcool e um doador de álcool para formar a referida mistura, e para seletivamente entregar a referida 25 mistura para o referido recipiente de reação pelo menos durante a operação do referido sistema para a produção dos alquil ésteres de ácido graxo. O sistema pode opcionalmente compreender adicionalmente uma fonte de ácido graxo em comunicação fluida seletiva com o referido recipiente de pré-reação e configurado para seletivamente entregar o ácido graxo ao referido recipiente de pré-reação pelo menos durante a referida 30 operação do referido sistema, e uma fonte de álcool em comunicação fluida seletiva com o referido recipiente de pré-reação e configurado para seletivamente entregar o pelo menos um dentre um álcool e um doador de álcool para o referido recipiente de pré- reação pelo menos durante a referida operação do referido sistema. O sistema pode opcionalmente compreender adicionalmente uma fonte tampão em comunicação fluida 35 seletiva com o referido recipiente de pré-reação e configurado para seletivamente entregar o pelo menos um dentre uma solução tampão alcalina aquosa e água para o referido recipiente de pré-reação para ser incluído na referida mistura pelo menos durante a referida operação do referido sistema. D. Adicionalmente ou altemativamente às características A à C, o sistema pode ser configurado para seletivamente entregar um ou mais dentre o ácido graxo e/ou 5 o pelo menos um dentre um álcool e um doador de álcool e/ou o pelo menos um dentre uma solução tampão alcalina aquosa e a água para o referido recipiente de pré-reação cada um de um modo contínuo ou em lotes discretos pelo menos durante a referida operação do referido sistema. E. Adicionalmente ou altemativamente às características A à D, o 10 recipiente de pré-reação pode ser configurado para seletivamente entregar a referida mistura ao referido recipiente de reação de um modo contínuo e/ou em lotes discretos pelo menos durante a referida operação do referido sistema. F. Adicionalmente ou altemativamente às características A à E, o sistema pode ser configurado para seletivamente e diretamente entregar para o referido 15 recipiente de reação pelo menos um dentre o ácido graxo; o pelo menos um dentre um álcool e um doador de álcool; e o pelo menos um dentre uma solução tampão alcalina aquosa e água. G. Adicionalmente ou altemativamente às características A à F, o referido recipiente de reação compreende um sistema de regulação térmica configurado para 20 mãnter~õ~ merer de reação no referido recipiente de reação dentro de uma faixa-de - temperatura selecionada. H. Adicionalmente ou altemativamente às características A à G, o sistema pode opcionalmente compreender adicionalmente uma disposição de retenção configurada para reter a preparação de lipase imobilizada dentro do referido recipiente 25 de reação pelo menos durante a operação do referido sistema. I.Adicionalmente ou alternativamente às características A à H, o sistema adicionalmente compreende um recipiente de separação de produto em comunicação fluida seletiva com o referido recipiente de reação, o referido sistema sendo configurado para seletivamente entregar uma mistura de reação incluindo produtos de reação do 30 referido recipiente de reação para o referido recipiente de separação de produto, e em que o referido recipiente de separação de produto é configurado para seletivamente separar uma produção de alquil ésteres de ácido graxo da mistura de reação entregue ao mesmo. Por exemplo, o recipiente de separação de produto pode ser um dentre um sistema de separação centrífuga e por gravidade. 35 J. Adicionalmente ou altemativamente às características A à I, o recipiente de reação é configurado para seletivamente entregar a referida mistura de reação para o referido recipiente de separação de produto de um modo contínuo e/ou em lotes discretos pelo menos durante a referida operação do referido sistema. K. Adicionalmente ou altemativamente às características I à J, o sistema é configurado para seletivamente entregar a referida produção de alquil ésteres de ácido 5 graxo a partir do referido recipiente de separação de produto. Por exemplo, o sistema é configurado para seletivamente entregar a referida produção de alquil ésteres de ácido graxo a partir do referido recipiente de separação de produto de um modo contínuo e/ou em lotes discretos. L. Adicionalmente ou alternativamente às características A à K, o sistema 10 é configurado para aumentar a referida produção de alquil ésteres de ácido graxo a partir da mistura de reação entregue para o referido recipiente de separação de produto. Em uma configuração do sistema tendo essa característica, o sistema é configurado para seletivamente reencaminhar a referida produção de alquil ésteres de ácido graxo para o referido recipiente de reação para adicionalmente aumentar a referida produção dos 15 alquil ésteres de ácido graxo a partir da mistura de reação subsequentemente entregue para o referido recipiente de separação de produto. Em outra configuração do sistema tendo essa característica, o sistema é configurado para seletivamente reencaminhar a referida produção de alquil ésteres de ácido graxo para um módulo de reator auxiliar, em que o referido módulo de reator auxiliar compreende um recipiente reator auxiliar e um 20 recipiente de separação de produto auxiliar, em-que a referida produção-adicionalmente— aumentada dos alquil ésteres de ácidos graxos é seletivamente entregue subsequentemente através do referido recipiente de separação de produto auxiliar.
Breve Descrição das Figuras
A fim de compreender a invenção e verificar como pode ser executada em 25 prática, as modalidades serão descritas agora, por meio de exemplo não limitante apenas, com referência às figuras em anexo, em que: Figura 1: A atividade de transesterificação de lipase de Thermomyces lanuginosa (TL) imobilizada sobre Amberlite XAD 1600 (Amb. XAD 1600) como uma resina hidrofóbica e sobre Duolite D568 (Duo D568) como uma resina hidrofílica, e lipase de 30 Pseudomonas sp. (PS) imobilizada sobre Sepabeads SP70 (SB SP70) como uma resina hidrofóbica e sobre sílica porosa (Sil.) como uma resina hidrofílica. Abreviações: Conv. - conversão; Cic. - Ciclo Figura 2: A conversão de óleo de soja em biodiesel e glicerol após 6 horas de reação em níveis diferentes de solução de bicarbonato de sódio de 0,lM utilizando o 35 mesmo lote de biocatalisador em experimentos de lotes múltiplos. O biocatalisador era lipase derivada de Thermomyces lanuginosa imobilizada sobre uma resina baseada em poliestireno-divinilbenzeno porosa e hidrofóbica. Abreviações: Conv. - conversão; Cie. - ciclo Figura 3: A conversão de óleo de soja em biodiesel e glicerol após 6 horas de 5 reação em níveis diferentes de solução de bicarbonato de sódio de O,1M utilizando o mesmo lote de biocatalisador em experimentos de lotes múltiplos. O biocatalisador era lipase derivada de Pseudomonas sp. imobilizada sobre uma resina baseada em poliestireno-divinilbenzeno porosa e hidrofóbica. Abreviações: Conv. - conversão; Cic. - ciclo 10 Figura 4: A conversão de óleo de soja em biodiesel e glicerol após 6 horas de reação sem água e em níveis diferentes de água utilizando o mesmo lote de biocatalisador em experimentos de lotes múltiplos. O biocatalisador foi lipase derivada de Thermomyces lanuginosa imobilizada sobre uma resina baseada em poliestireno- divinilbenzeno porosa e hidrofóbica. 15 Abreviações: Conv. - conversão; Cic. - ciclo; AD - água destilada Figura 5: A conversão de óleo de soja em biodiesel e glicerol após 6 horas de reação em níveis diferentes de água utilizando o mesmo lote de biocatalisador em experimentos de lotes múltiplos. O biocatalisador era lipase derivada de Pseudomonas sp. imobilizada sobre uma resina baseada em poliestireno-divinilbenzeno porosa e 2Õ hidrofóbica. Abreviações: Conv. - conversão; Cic. - ciclo; AD - água destilada Figura 6: A conversão de uma mistura de AGLs e óleo de soja em biodiesel, e subprodutos de glicerol e água após 4 horas de esterificação/transesterificação em níveis diferentes de solução de bicarbonato de sódio de O,1M utilizando o mesmo lote de 25 biocatalisador em experimentos de lotes múltiplos. O biocatalisador era lipase derivada de Pseudomonas sp. imobilizada sobre uma resina baseada em poliestireno- divinilbenzeno porosa e hidrofóbica. Abreviações: Conv. - conversão; Cic. - ciclo; AD - água destilada Figura 7: A esterificação de óleo de soja hidrolisado em biodiesel e água após 4 30 horas de reação na presença de 2% de solução de bicarbonato de sódio de O,1M utilizando o mesmo lote de biocatalisador em experimentos de lotes múltiplos. O biocatalisador era lipase derivada de Pseudomonas sp. imobilizada sobre uma resina baseada em poliestireno-divinilbenzeno porosa e hidrofóbica. Abreviações: Id. Ac. - índice de acidez; Cic. - ciclo 35 Figura 8: A transesterificação de óleo de peixe com etanol após 6 horas de reação na presença de 1% em peso de solução de bicarbonato de sódio de O,1M utilizando o mesmo lote de biocatalisador em experimentos de lotes múltiplos. Os biocatalisadores foram lipases derivadas de Thermomyces lanuginosa (Lip. TL) e Pseudomonas sp. (Lip. PS) imobilizadas sobre Amberlite XAD 1600. Abreviações: Conv. - conversão; Cic. - ciclo 5 Figura 9: A transesterificação de gordura Tallow com etanol após 6 horas de reação na presença de 2% em peso de solução de bicarbonato de sódio de O,1M utilizando o mesmo lote de biocatalisador em experimentos de lotes múltiplos. Os biocatalisadores foram lipases de Thermomyces lanuginose, Pseudomonas sp. (Lip. PS; Lip. TL) imobilizadas sobre Amberlite XAD 1600. 10 Abreviações: Conv. - conversão; Cic. — ciclo Figura 10: O tratamento do meio de reação de transesterificação/esterificação obtido após 4 horas contendo valor de AGL de 7 mg KOH/lg utilizando Pseudomonas sp. ou Thermomyces lanuginosa imobilizada sobre resinas porosas hidrofóbicas com Candida Antarctica imobilizada sobre uma resina porosa hidrofóbica. 15 Abreviações: Id. Ac. - índice de acidez; Cic. - ciclo Fig. 11: ilustra esquematicamente uma primeira modalidade de um sistema para a produção de alquil ésteres de ácido graxo de acordo com um aspecto da invenção. Fig. 12: ilustra esquematicamente uma segunda modalidade de um sistema para a produção de alquil ésteres de ácido graxo de acordo com um aspecto da invenção.
Descrição Detalhada da Invenção
Na procura por melhorias de processos industriais catalisados enzimaticamente, particularmente processos para a transesterificação/esterificação de uma fonte de ácido graxo com um álcool na presença de lipase/s imobilizada/s, os presentes inventores desenvolveram condições específicas sob as quais a estabilidade da lipase/s 25 imobilizada/s é preservada ao longo de contagens de ciclos de produção.
Em uma modalidade da invenção, a invenção refere-se a um processo para a preparação de alquil ésteres de ácidos graxos, especificamente alquil ésteres de cadeia curta de ácidos graxos, tais como metil e etil ésteres de ácido graxo (biodiesel) em um sistema micro-aquoso alcalino livre de solvente. Em modalidades específicas, o sistema 30 micro-aquoso alcalino é um sistema micro-aquoso levemente alcalino. O processo compreende o provimento de uma fonte de ácido graxo e a reação desta com um álcool livre ou um doador de álcool, na presença de uma preparação de lipase imobilizada, sob as referidas condições alcalinas ou levemente alcalinas. Sem ater-se à teoria, o pré- tratamento da fonte de ácido graxo com uma solução tampão alcalina resultaria na 35 neutralização de ácidos que podem ter um efeito inibitório sobre a enzima. A quantidade de álcool requerida para completar a reação até a conversão de 100% pode ser adicionada passo a passo ou em um lote. Adicionalmente, o álcool pode ser álcool de cadeia curta, por exemplo, metanol ou etanol. Outros doadores de álcool podem ser utilizados na reação com a fonte de ácido graxo na presença de uma hidrolase e permitindo-se que a reação proceda sob condições adequadas, até que a referida fonte de 5 ácido graxo seja convertida em alquil ésteres de ácido graxo, especificamente, metil ésteres de ácido graxo (MEAG) ou etil ésteres de ácido graxo, em que a referida preparação de hidrolase compreende uma ou mais lipases, imobilizada separadamente ou em conjunto sobre um suporte baseado em polímero hidrofóbico poroso macro-reticular adequado. 10 Em uma modalidade adicional, a reação de transesterificação/esterificação entre a fonte de ácido graxo e o álcool ou doador de álcool é executada em um microambiente aquoso, com a adição de água à mistura de reação. Em modalidades específicas, a água pode ser adicionada em 0,0001 a 5% em peso da fonte de ácido graxo. Por água conforme utilizado aqui, quer-se dizer água pura ou destilada, e também “soluções de 15 água”, que podem ser, mas não se limitam a, água de torneira, água do mar ou água de qualquer outro recurso ou reservatório de água natural, água dessalinizada, água purificada ou tratada quimicamente ou enzimaticamente, e quaisquer outras soluções aquosas. O pH do sistema de reação ou da solução de água pode variar, ou pode ser, por exemplo, cerca de 3-11, por exemplo, 4-10, 5-10, 5-9, 6-10, 6-9 ou 7-9. 20 O processo da invenção pode ser executado enquanto remove contmuamente o glicerol formado e qualquer excesso de água da mistura de reação. A conversão dos grupos acila de ácidos graxos ou ácidos graxos livres compreendidos na referida fonte de ácido graxo em alquil ácido graxo, especificamente metil ésteres pode ser monitorada em vários pontos de tempo durante a reação. O meio de reação pode ser removido por 25 meios adequados em qualquer ponto de tempo desejado durante a reação, desse modo, parando a reação, e os metil ésteres de ácido graxo formados e opcionalmente o glicerol formado são isolados do meio de reação. A reação pode ser especificamente parada quando conversão dos grupos acila de ácido graxo e ácidos graxos livres compreendidos na referida fonte de ácido graxo em metil ésteres de ácido graxo alcançar no mínimo 30 70%, por exemplo, no mínimo 85% ou no mínimo 90%.
O sistema de reação pode ser semelhante àquele descrito em co-pendência com W02009/069116. Por exemplo, o sistema de produção pode utilizar um reator de tanque agitado com um filtro de vidro sinterizado ou aço inoxidável de fundo que retém o biocatalisador o reator, no entanto, permite que o meio de reação permeie através do 35 reator. Tal configuração de reator permite que subprodutos, especificamente glicerol e água, que são autodessorvidos a partir da enzima imobilizada, para afundar ao fundo do reator, e permear através do filtro. O resultado é a remoção contínua do glicerol formado dessorvido e também do excesso de água, para fora do meio de reação, levando ao deslocamento da reação em direção à síntese, desse modo, alcançando conversões acima de 98%. O biocatalisador utilizado nesse reator pode ser compreendido de lipases de 5 tipos único ou múltiplos, em consideração de sua especificidade posicionai, bem como sua origem, conforme descrito aqui. Altemativamente, dois reatores de tanque agitado consecutivos com um filtro de fúndo podem ser utilizados. Um tanque de deposição ou centrífuga pode ser utilizado entre os dois reatores. O primeiro reator pode conter um biocatalisador imobilizado compreendido por lipases de tipos único ou múltiplos. A 10 função do tanque de deposição ou centrífuga entre ambos os reatores é remover o glicerol formado e o excesso de água do meio de reação, levando a um aumento na conversão de materiais brutos em seus alquil ésteres de ácido graxo correspondentes para acima de 98% no segundo reator em tempo de reação razoável. Alguns sistemas e métodos de reação específicos são descritos abaixo. 15 Os termos “mistura de reação”, “sistema de reação” e “meio de reação” podem ser utilizados aqui sinonimamente.
O uso de lipases imobilizadas em resinas hidrofóbicas na presença de solução tampão alcalina ou água, como em modalidades do processo da invenção, assegura a alta estabilidade da enzima e também evita o acúmulo de substâncias hidrofílicas, tais como 20 água e o subproduto de glicerol formado, no biocatalisador. Enrmodalidades específieas- do processo da invenção, utiliza-se 0,001-5% de solução tampão alcalina ou levemente alcalina, por exemplo, 0,01-5%, 0,05-5%, 0,1-5%, 0,5-5%, tais como 0,001%, 0,01%, 0,05%, 0,1%, 0,5%, 0,75%, 1%, 1,5%, 2%, 2,5%, 3%, 3,5%, 4%, 4,5% ou 5%. Em modalidades específicas do processo da invenção em que água é utilizada, a água é 25 utilizada em níveis de 0,0001-5% de água, por exemplo, 0.001-5%, 0.01-5%, 0.05-5%, 0.1-5%, 0.5-5%, tal como 0.0001%, 0.001%, 0.01%, 0.05%, 0.1%, 0.5%, 0.75%, 1%, 1.5%, 2%, 2.5%, 3%, 3.5%, 4%, 4.5% ou 5%. Conforme mencionado, quando a solução alcalina é utilizada, pode-se neutralizar ácidos tipicamente presentes na fonte de ácido graxo ou produzir devido à reações laterais. A remoção ativa contínua desses 30 subprodutos pode até mesmo aumentar a eficiência do processo. O glicerol isolado pode ser industrialmente utilizado.
A fonte de ácido graxo utilizada no processo da invenção pode compreender pelo menos um dentre óleo de soja, óleo de canola, óleo de algas, óleo de colza, azeite de oliva, óleo de rícino, óleo de palma, óleo de girassol, óleo de amendoim, óleo de 35 semente de algodão, óleo de jatropha, óleo de milho bruto, óleo de peixe, gordura derivada de animal, óleo de cozinha residual, graxa castanha, triglicerídeos de óleo derivados de fontes vegetais não comestíveis, glicerídeos parciais e ácidos graxos livres derivados desses óleos ou qualquer mistura de pelo menos dois dos mesmos, em qualquer proporção desejada.
Em todos os processos da invenção, os alquil ésteres de ácido graxo de cadeia 5 curta formados pela reação são especificamente metil, etil, isopropil ou butil ésteres de ácido graxo (biodiesel). Outros alcoóis graxos de cadeia média (Cg-Cio) e alcoóis graxos de cadeia longa (C12-C22) podem também ser utilizados no processo de produção dessa invenção. Esses alcoóis mais longos podem ser especificamente adequados na produção de ceras, por exemplo, para produtos cosméticos. 10 As lipases podem ser lipases derivadas de Thermomyces lanuginose, Rhizomucor miehei, Mucor miehei, Pseudomonas sp., Rhizopus sp., Mucor javanicus, Penicillium roqueforti, Aspergillus niger, Chromobacterium viscosum, Acromobacter sp., Burkholderia sp., Candida antarctica A, Candida antarctica B, Candida rugosa, Alcaligenes sp., Penicillium camembertii, sementes de papaia e pancreatina, mas não se 15 limitam aos mesmos.
As lipases podem ser imobilizadas juntamente sobre um suporte adequado, especificamente um suporte baseado em polímero alifático hidrofóbico ou um suporte polimérico aromático hidrofóbico. Cada uma das referidas lipases pode ser imobilizada sobre um suporte adequado, em que os suportes sobre os quais as referidas lipases são 2d imobilizadas são idênticos ou diferentes. As lipases empregadas podem ser regioespecíficas ao seu substrato ou aleatórias. Quando mais de uma lipase é utilizada, as lipases podem ser imobilizadas sobre o mesmo suporte ou sobre suportes hidrofóbicos diferentes. As lipases co-imobilizadas sobre 0 mesmo suporte podem exibir seletividades de substrato idênticas ou diferentes ou regioespecificidades aos seus substratos. 25 As lipases podem ser regioespecíficas (ou específicas ao local), cada uma utilizada isoladamente ou em combinação com lipases de mesma especificidade ao local ou diferente. Quando em referência a posições sn-1, sn-2- ou sn-3, essas são posições sobre o esqueleto de glicerol dos vários glicerídeos. Assim, as lipases utilizadas no processo da invenção podem possuir seletividade em direção à posição sn-2 mais alta 30 que aquela de lipases aleatórias, ou seja, seu favor catalisando a reação entre o álcool e o doador de álcool com o grupo acila graxo da posição sn-2, enquanto as lipases aleatórias exibem a mesma atividade de transesterificação para grupos acila graxos em todas as três posições sobre o esqueleto de glicerol. Algumas lipases exibem unicamente atividade posicionai na posição sn-2, especificamente sob condições específicas 35 determinadas pelos substratos, produtos, etc. Outras lipases utilizadas no processo da invenção são sn-1,3 posicionais específicas. Elas podem ser utilizadas isoladamente ou juntamente com uma lipase aleatória, especificamente a lipase que tenha afinidade com glicerídeos parciais, e opcionalmente uma terceira lipase com uma afinidade alta com a posição sn-2.
O suporte é especificamente um suporte hidrofóbico macro-reticular e poroso, 5 que pode ser orgânico ou inorgânico. Exemplos de suportes são suportes inorgânicos porosos, tais como, mas não limitados a, sílica hidrofobizada e/ou suportes baseados em alumina, e suportes orgânicos hidrofóbicos, tais como, mas não limitados a, suportes baseados em polímero ou poliméricos. Os suportes podem opcionalmente conter grupos funcionais selecionados de grupos epóxi e/ou aldeídos ou grupos iônicos. 10 O suporte insolúvel utilizado nos processos da invenção é especificamente um suporte baseado em polímero alifático ou aromático hidrofóbico reticular e poroso, tal como AmberliteR XAD 1600 e SepabeadsR SP70, ambos compreendidos por resina micro-reticular porosa preparada a partir de divinilbenzeno ou a partir de uma mistura de divinilbenzeno e poliestireno, AmberliteR XAD 7HP compreendido por polímero 15 acrílico alifático micro-reticular, e polímero alifático poroso, tal como um polipropileno poroso (AccurelR).
O suporte pode ser um polímero hidrofóbico reticular compreendido por divinilbenzeno, ou uma mistura de divinilbenzeno e estireno, e polímero alifático hidrofóbico compreendido por polímeros acrílicos alifáticos ou polialqueno, tal como 2Õ polipropilehõTSupõftes específicos são matrizes porosas, de tamanhcrde poro na faixa~de- 25-1000 Â, e mais especificamente na faixa de 80-200 Â. O suporte também pode ser sílica hidrofóbica porosa granular ou em pó ou outros óxidos inorgânicos. O suporte também pode ser sílica hidrofobilizada porosa granular ou em pó e outros óxidos inorgânicos. Em modalidades específicas, a área de superfície das resinas de suporte é 25 maior que 100m2/g.
A quantia da solução aquosa alcalina ou levemente alcalina a ser suplementada na reação de transesterificação/esterificação catalisada por lipase entre a fonte de ácido graxo e o álcool é geralmente abaixo de 5% em peso do meio de reação. Essa solução alcalina é preparada, por exemplo, a partir de uma base ou sal alcalino inorgânico ou a 30 partir de uma base orgânica. As bases inorgânicas e sais são, por exemplo, hidróxidos de metal alcalinos, carbonatos, bicarbonatos, fosfatos, sulfatos, acetatos e citratos. As bases orgânicas podem ser, por exemplo, aminas primárias, secundárias ou terciárias. As misturas desses agentes alcalinos são também contempladas. No processo de acordo com a invenção, o pH do microambiente da enzima imobilizada é mantido em valores 35 alcalinos ou levemente alcalinos. Enquanto a adição de água destilada ao sistema de reação aumenta o desempenho de lipases imobilizadas sobre o suporte hidrofóbico (resinas), conforme ilustrado nas Figuras 4 e 5, a adição de vários tampões alcalinos, com diferentes valores de pH dependendo do tipo de base utilizada, resultou em estabilização adicional de lipases imobilizadas sobre suportes hidrofóbicos (resinas), conforme mostrado, por exemplo, nas Figuras 2 e 3. Os tampões de carbonato e 5 bicarbonato são exemplos de bases leves que são eficientes no aumento da estabilidade de lipases imobilizadas em suportes hidrofóbicos. Outras bases adequadas são descritas aqui. Geralmente, o pKa do reagente alcalino ou levemente alcalino compreendendo a solução tampão é igual ou maior que o pKa de ácidos compreendendo a fonte de ácido graxo. A solução alcalina conforme utilizada aqui é geralmente uma solução com um pH 10 de 7 a cerca de 11, por exemplo, 7-8,5, 7-9, 7-9,5, 7-10 ou 7-11. Geralmente, a quantia de solução aquosa alcalina ou levemente alcalina utilizada é expressa em percentuais em peso (% em peso) com base na quantia de óleo utilizada na reação.
O uso de lipases imobilizadas sobre suportes baseados em polímeros hidrofóbicos porosos (resinas) na presença de uma solução alcalina ou levemente 15 alcalina, por exemplo, em uma quantia de 0,01-5% em peso, 0,05-5% em peso, 0,05-4% em peso, 1-5% em peso, ou 1-4% em peso, resulta na estabilização da atividade dos biocatalisadores nas reações de transesterificação/esterificação entre a fonte de ácido graxo e o álcool. Isso é também mostrado nos seguintes Exemplos.
A fonte de ácido graxo é pelo menos um dentre triglicerídeos, glicerídeos 20 parciais, ácidos graxos livres, fosfõlipídios, ésteres e amidas de ácidos graxos ou uma mistura compreendida de pelo menos duas das referidas fontes.
A produção de alquil ésteres de ácido graxo é executada pela transesterificação ou esterificação, simultaneamente ou sequencialmente. Sob tal sistema de reação, a atividade biocatalisadora é mantida sem perdas de atividade significativas em usos 25 múltiplos e também evita o acúmulo de subprodutos de glicerol e água ou outros compostos hidrofílicos no biocatalisador.
A invenção provê processos empregando enzimas interfaciais imobilizadas específicas que retêm alta atividade e estabilidade ao longo de muitos ciclos de produção. Especificamente, as preparações de lipases e fosfolipases são utilizadas, em 30 reações de transesterificação/esterificação. Essas reações podem ser empregadas na produção de artigos alimentícios, cosméticos e biocombustíveis (“biodiesel”). De interesse particular, essas enzimas podem ser utilizadas para a síntese de alquil ésteres de ácido graxo de cadeia curta para uso como “biodiesel”.
A presente invenção empregou enzimas interfaciais imobilizadas estáveis, de alta 35 tolerância a alcoóis de cadeia curta, tais como metanol, etanol e glicerol, bem como ácidos graxos de cadeia curta, tais como ácido acético. O uso dessas preparações de enzima também evita o acúmulo no biocatalisador imobilizado de substâncias hidrofílicas, particularmente glicerol e água.
Em uma modalidade da invenção é provido um processo para reações de transesterificação/esterifícação simultâneas ou sequenciais de uma fonte de ácido graxo 5 com um álcool utilizando um ou mais tipos de lipases, imobilizadas sobre um suporte hidrofóbico (resina), na presença de uma solução aquosa alcalina ou levemente alcalina, para obtenção do produto desejado, nomeadamente, alquil ésteres de ácido graxo, próximos a completar conversões durante tempo de reação razoável, tipicamente abaixo de 5 horas. Uma solução levemente alcalina, por exemplo, uma solução de 0,001M, io O,1M, 0,5M ou 1M de bicarbonato de sódio, pode ser apresentada no sistema de reação em uma quantia de menos de cerca de 5% em peso ou cerca de 4% em peso da quantia de óleo utilizada na reação.
Conforme mostrado nos Exemplos a seguir, o tempo de vida operacional de lipases pode também ser estendido pela utilização de suporte de resina hidrofóbica para 15 imobilização de lipase em combinação com o uso de uma solução tampão alcalina ou levemente alcalina, por exemplo, na faixa de 0,001-5% em peso no meio de reação de transesterificação/esterificação. Conforme mostrado adicionalmente nos Exemplos a seguir, o conteúdo de água da mistura de reação pode ser aumentado independentemente do valor de pH. Assim, em outra modalidade, a estabilidade do biocatalisador aumenta 20 com o aumento do conteúdo de águardo~sistema de reação pela adição de água, por exemplo, em 0,0001-5% em peso da fonte de ácido graxo, qualquer uma das subfaixas específicas definidas acima. Os resultados mostram que a adição de uma solução alcalina na faixa de 0,0001-5% em peso da fonte de ácido graxo (Figuras 2 e 3) ou água em 0,001-4% da fonte de ácido graxo (Figuras 4 e 5) resulta na manutenção da atividade 25 enzimática e da estabilidade ao longo de muitos ciclos da reação.
O álcool ou doador de álcool empregado nos processos da invenção podem ser um álcool de alquila de cadeia curta, especificamente álcool de alquila Cj-Cé, mais especificamente álcool de alquila C1-C4, e particularmente metanol ou etanol ou o doador de álcool pode ser monoalquil éster ou dialquil carbonato, tal como dimetil 30 carbonato. Um doador de álcool, tal como, por exemplo, dialquil carbonato, pode também servir como uma fonte para a alcalinidade ou alcalinidade leve do sistema de reação.
De acordo com outro aspecto da invenção, é provido um sistema para a produção de alquil ésteres de ácido graxo. Em referência à Fig. 11, uma primeira modalidade de 35 um sistema tal, geralmente designado com o numeral de referência 100, compreende um recipiente reator 120, um recipiente de preparação de pré-reação 140 e um recipiente de separação de produto 160.
O recipiente de preparação de pré-reação 140 é configurado para receber materiais de matéria-prima e tampão (e/ou água), para formar uma emulsão adequada a 5 partir dos mesmos, e para alimentar a emulsão preparada EP (também referida aqui como matéria-prima emulsifícada) para o recipiente reator 120. Particularmente, tais materiais de matéria-prima podem incluir ácido graxo AG (por exemplo, óleo de cozinha residual) a partir de uma fonte de ácido graxo 182, e álcool AL (por exemplo, metanol) a partir da fonte de álcool 184, e tampão (e/ou água) TA a partir da fonte de tampão/água 10 186, provido através de linhas de fornecimento adequadas 152, 154, 156, respectivamente, em comunicação fluida com o referido recipiente de preparação de pré- reação 140 através de entradas de recipiente 172, 174, 176, respectivamente, e válvulas adequadas (não mostradas).
O recipiente de preparação de pré-reação 140 define um volume interno VI em 15 que a mistura de reação, incluindo os materiais de matéria-prima e tampão/água, providos ao mesmo através das entradas de recipiente 172 ,174, 176, são misturadas juntamente por meio de um sistema de agitação adequado 142, acionado por uma fonte de energia (não mostrada), para formar a emulsão EP. O recipiente de preparação de pré- reação 140 compreende um invólucro externo 149 através do qual um fluido de trabalho 20 adequado pode^serdrculado para manter o volume VI em uma-temperatura estacionária desejada. Por exemplo, o fluido de trabalho pode ser óleo ou água, aquecido ou resfriado em um recipiente diferente (não mostrado) e bombeado através do invólucro 149 através de portas de entrada e saída adequadas (não mostradas). Em variações alternativas dessa modalidade, o recipiente de preparação de pré-reação 140 pode compreender um sistema 25 de elementos de aquecimento e/ou resfriamento, por exemplo, elementos de aquecimento e/ou resfriamento alimentados eletricamente, em vez de ou adicionalmente ao invólucro 149.
O recipiente reator 120 é configurado para receber a emulsão preparada EP a partir do recipiente de preparação de pré-reação 140, para reagir os materiais de matéria- 30 prima no mesmo, na presença de um biocatalisador BC adequado para produzir produtos de reação PR, e para alimentar os produtos de reação PR a partir da mistura de reação ao recipiente de separação de produto 160. A linha de saída 148 provê comunicação fluida seletiva entre o recipiente de preparação de pré-reação 140 e o recipiente reator 120 através de válvulas adequadas (não mostradas) e permite que a emulsão preparada EP 35 preparada pelo recipiente de preparação de pré-reação 140 seja alimentada ao recipiente reator 120 conforme desejado.
O recipiente de reação 120 define um volume interno V2 em que a emulsão preparada EP na mistura de reação, provida no mesmo através da entrada de recipiente 122, é reagido, e a mistura de reação pode ser agitada por meio de um sistema de agitação adequado 124, acionado por uma fonte de energia (não mostrada) para formar 5 os produtos de reação PR. O biocatalisador BC pode compreender uma enzima adequada e é provido na forma de feixes de enzimas imobilizadas que permanecem no recipiente reator 120 até que se tornem ineficientes ou não sejam suficientemente eficientes, sobre as quais podem ser removidas com o novo biocatalisador BC. Por exemplo, o biocatalisador BC pode compreender lipase derivada de Thermomyces lanuginosa 10 imobilizada sobre uma resina baseada em poliestireno-divinilbenzeno poroso ou hidrofóbico.
O recipiente reator 120 compreende um sistema de regulação térmica na forma de um invólucro externo 129 através do qual o fluido de trabalho pode ser circulado para manter o volume V2 em uma temperatura estacionária desejada. Por exemplo, o fluido 15 de trabalho pode ser óleo ou água, aquecido ou resfriado em um recipiente diferente (não mostrado) e bombeado através do invólucro 129 através de portas de entrada e saída adequadas 123. Em variações alternativas dessa modalidade, o sistema de regulação térmica compreende um sistema de elementos de aquecimento e/ou resfriamento, por exemplo, elementos de aquecimento e/ou resfriamento alimentados eletricamente, em 20 vez de ou adicionalmente ao invólucro 129;
A parte inferior do recipiente reator 120 compreende uma saída 127 e uma disposição de retenção adequada na forma de filtro 125 é provida a montante da saída 127 configurada para filtragem de mistura de reação, particularmente os produtos de reação PR antes de serem removidos do recipiente reator 120 e evitar que o 25 biocatalisador BC seja removido com os produtos de reação PR.
O recipiente de separação de produto 160 é configurado para separar, a partir dos produtos de reação PR, o produto P desejado (alquil éster de ácido graxo), a partir subprodutos incluindo excesso de água e glicerol G. A linha de saída 147 provê comunicação fluida seletiva entre o recipiente de separação de produto 160 e o 30 recipiente reator 120 através de válvulas adequadas (não mostradas) e permite que os produtos de reação PR sejam alimentados ao recipiente de separação de produto 160 a partir do recipiente reator 120 conforme desejado. Nessa modalidade, o recipiente de separação de produto 160 compreende um sistema de separação centrífuga ou por gravidade para executar a separação supramencionada, e inclui uma primeira saída 162 35 para dar vazão ao produto P, e uma segunda saída 164 para coletar o excesso de água e glicerol G. O produto P pode ser coletado através da torneira 163.
O sistema pode, assim, ser operado em um modo de produção contínuo, em que a emulsão preparada EP é alimentada ao recipiente reator 120, e o produto desejado P coletado de um modo contínuo através da torneira 163. A emulsão EP pode ser preparada e entregue de um modo contínuo para o recipiente reator 120 compensar o volume de reagente no mesmo na mesma taxa conforme os produtos de reação PR são removidos a partir da saída 127. Alternativamente, a emulsão EP pode ser preparada e entregue em lotes ao recipiente reator 120 para compensar o volume de reagente na mistura de reação em intervalos discretos sempre que o nível de reagentes no recipiente reator 120 cair para um nível mínimo particular segundo a remoção contínua de produtos de reação PR através da saída 127. Obviamente, é também possível operar o sistema 100 para prover o produto P desejado em lotes em vez de continuamente.
Altemativamente, o sistema 100 pode ser operado para melhorar o modo de produção, em que o produto P é, em vez de ser imediatamente coletado através da torneira 163, reencaminhado ao recipiente reator 120 através de um sistema de reencaminhamento, incluindo a linha 165, a entrada de recipiente 121 e a válvula 166, em que a válvula 166 pode ser seletivamente operada para desviar o produto P da torneira 163. Quando reencaminhado para o recipiente reator 120, o produto P pode ser adicionalmente reagido no mesmo com o álcool AL, provido através de uma linha separada (não mostrada) a partir da fonte 184, a partir de uma fonte de álcool diferente (não mostrada), ou a partir da fonte 184 através do recipiente de preparação de pré- reação, para produzir uma produção maior de produto P, que novamente pode ser separada dos subprodutos utilizando o recipiente de separação de produto 160. Quando o álcool é provido através do recipiente de preparação 140, este é primeiramente esvaziado da emulsão preparada EP, e válvulas adequadas evitam que os ácidos graxos AG e opcionalmente o tampão/água sejam providos pelas fontes respectivas 182 e 186. Bombas adequadas ou alimentação gravitacional e válvulas controláveis podem ser providas para seletivamente transportar os respectivos materiais através das respectivas linhas 152, 154, 156, 148, 147, 165, e um controlador adequado (não mostrado) monitora e controla a operação do sistema.
Em pelo menos algumas variações alternativas da primeira modalidade, o recipiente de preparação de pré-reação 140 pode ser integral com o recipiente reator 120. Por exemplo, os respectivos volumes internos VI e V2 podem ser separados por uma parede contendo uma disposição de abertura correspondendo à linha 148. Altemativamente, os respectivos volumes internos VI e V2 podem ser contíguos, mas o volume interno VI é suficientemente espaçado a partir do biocatalisador BC para prover tempo suficiente para a emulsão EP se formar antes de alcançar o biocatalisador BC.
Em variações alternativas da primeira modalidade, um, dois ou todos dentre o ácido graxo AG, o álcool AL e o tampão/água TA podem ser providos diretamente ao recipiente reator 120, evitando o recipiente de preparação de pré-reação 140. Por exemplo, uma ou mais fontes de ácido graxo 182, fonte de álcool 184 e fonte de 5 tampão/água 186, podem estar em comunicação fluida seletiva diretamente com o recipiente reator 120, através de linhas de fornecimento adequadas (não mostradas) evitando o recipiente de preparação de pré-reação 140.
É apreciado que todos os componentes do sistema 100 de acordo com a primeira modalidade, ou variações alternativas do mesmo, são de uma forma adequada e feitos a 10 partir de materiais adequados conforme conhecido na técnica, de modo a permitir que cada componente execute as respectivas funções nas respectivas condições, incluindo temperatura, pressão, pH e assim consecutivamente.
Em referência à Fig. 12, uma segunda modalidade do sistema, designado com o número de referência 200, compreende todos os elementos e características da primeira 15 modalidade, incluindo variações alternativas dos mesmos, incluindo todos os componentes numerados de modo semelhante à Fig. 11, mutatis mutandis, com algumas diferenças. Por exemplo, o sistema 200 também compreende: um recipiente reator 120, um recipiente de preparação de pré-reação 140, um recipiente de separação de produto 160, uma fonte de ácido graxo 182, fonte de álcool 184, fonte de tampão/água 186, 2Õ linhas de fornecimento 152, 154, 156, entradas de recipiente 172, 174, 176, sistema de agitação 142, invólucro externo 149, linha de saída 148, entrada de recipiente 122, sistema de agitação 124, biocatalisador BC, invólucro externo 129, portas de entrada e saída 123, saída 127, filtro 125, linha de saída 147, primeira saída 162, segunda saída 164; conforme descrito para a primeira modalidade, mutatis mutandis. 25 No entanto, na segunda modalidade, a linha 165, a torneira 163 e a válvula 166 da primeira modalidade são omitidas e, em vez disso, um módulo de reator auxiliar 300 é operativamente conectado à primeira saída 162 do recipiente de separação de produto 160.
O módulo de reator auxiliar 300 compreende um recipiente reator auxiliar 220 e 30 um recipiente de separação de produto auxiliar 260, que nessa modalidade são respectivamente substancialmente semelhantes ao recipiente reator 120 e o recipiente de separação de produto 160, mutatis mutandis. Em operação, o produto P desejado a partir do recipiente de separação de produto 160 é encaminhado ao recipiente reator auxiliar 220 através da linha 266, válvula 267 e entrada de recipiente 221. Quando encaminhado 35 ao recipiente reator auxiliar 220, o produto P pode ser adicionalmente reagido no mesmo com o álcool AL, provido através de uma linha separada (não mostrada) da fonte 184 ou de uma fonte de álcool diferente (não mostrada), para produzir produtos reagidos adicionais PRA. A linha 249 permite que os produtos reagidos PRA sejam transportados ao recipiente de separação de produto auxiliar 260, que então opera para separar uma produção mais alta de produto P’ dos subprodutos. 5 O sistema 200 pode ser operado de um modo semelhante ao sistema 100, mutatis mutandis.
Descrita e exposta, deve-se compreender que essa invenção não é limitada aos exemplos particulares, etapas de processo, e materiais descritos aqui, uma vez que as etapas de processo e materiais podem variar de algum modo. Deve-se compreender 10 também que a terminologia utilizada aqui é utilizada para o propósito de expor algumas modalidades apenas e não se pretende limitante uma vez que o escopo da presente invenção será limitado apenas pelas reivindicações e equivalentes das mesmas.
Deve-se notar que, conforme utilizado nessa especificação e nas reivindicações em anexo, as formas singulares “um”, “uma” e “o/a” incluem referentes plurais, a menos 15 que o conteúdo indique claramente o contrário.
Ao longo dessa especificação e das reivindicações que se seguem, a menos que o contexto requeria de outro modo, a palavra “compreender”, e variações tais como “compreende” e “compreendendo”, serão compreendidas como implicando a inclusão de um inteiro afirmado ou etapa ou grupo de inteiros ou etapas, mas não a exclusão de 20 qualquer outro inteiro ou etapa ou grupo de inteiros ou etapas;
Os seguintes Exemplos são representativos das técnicas empregadas pelos inventores na execução de aspectos da presente invenção. Deve-se ser apreciado que, enquanto essas técnicas são exemplares das modalidades preferenciais para a prática da invenção, aquele versado na técnica, à luz da presente descrição, reconhecerá que 25 inúmeras modificações podem ser feitas sem desviar do escopo pretendido da invenção.
Exemplos Geral Todos os experimentos foram executados em tubos de vidro de 30 ml de volume com um filtro de vidro centralizado no fundo ou em reatores mecanicamente agitados de 30 500 ml de volume com um filtro de vidro sinterizado no fundo de porosidade de 150-250 μm. O meio de reação típico continha fonte de ácido graxo, álcool, normalmente, metanol ou etanol em base molar 1:1 em relação ao ácido graxo independentemente se livre ou ligado a um esqueleto de glicerol (para ácidos graxos e monoglicerídeos 1:1, para diglicerídeos 1:2 e para triglicerídeos 1:3 a favor do álcool). A fonte de ácido graxo 35 foi pré-misturada com diferentes quantias de tampão alcalino, em modalidades específicas, bicarbonato de sódio. As reações foram iniciadas pela adição de lipase imobilizada sobre uma resina hidrofóbica (10-15% em peso) e o meio de reação foi mecanicamente mexido ou agitado a 30°C. A quantia de álcool foi adicionada igualmente em três etapas, cada uma com uma hora de diferença, a menos que indicado diferentemente. As conversões de reação foram seguidas pela retirada de amostras do 5 meio de reação em diferentes intervalos de tempo e análise dos componentes de ácido graxo. A conversão em biodiesel foi calculada como 100* de área de pico de alquil éster de ácido graxo/soma de todas as áreas de pico.
Imobilização de lipase: As lipases foram imobilizadas seguindo procedimentos padrões em que a lipase derivada de um certo microrganismo é solubilizada em solução 10 tampão de 0,1 M em um certo valor de pH, por exemplo, 7,5. Uma resina de polímero orgânico ou inorgânico foi introduzida na solução de lipase. A mistura foi mexida à temperatura ambiente por 8 horas. Acetona fria foi opcionalmente adicionada na mistura a fim de aumentar a precipitação de enzima de proteína sobre a resina. A mistura foi filtrada e os feixes de enzima foram secados para reduzir o conteúdo de água para menos 15 de 5%.
Resinas diferentes foram utilizadas incluindo reinas de polímero hidrofóbicas baseadas em poliestireno/divinilbenzeno, parafina ou qualquer de suas combinações, para obter resinas de características hidrofóbicas. Resinas hidrofobias típicas utilizadas incluíram AmberIiteR XAD 1600 (Rohm & Haas, EUA) e SepabeadsR SP70 (Resindion, 20 Itália). Resinas hidrofílicas típicas utilizadas incluíram DuoliteR D568 (Rohm & Uaas) e— gel de sílica porosa. Lipases podem ser imobilizadas separadamente sobre uma resina ou lipases diferentes são co-imobilizadas sobre a mesma resina.
Exemplo 1 A atividade de transesterificação da lipase derivada a partir de Thermomyces 25 lanuginosa imobilizada sobre AmberliteR XAD 1600 como uma resina hidrofóbica e sobre DuoliteR D568 como uma resina hidrofílica, e a lipase derivada a partir de Pseudomonas sp. imobilizada sobre SepabeadsR SP70 como uma resina hidrofóbica e sobre sílica porosa como uma resina hidrofílica.
Condições de reação: Oleo de soja refinado e branqueado (20 g) contendo 1% 30 em peso de solução de bicarbonato de sódio de 0,lM. Metanol (2,5 ml) foi adicionado passo a passo em três lotes equivalentes, cada um com uma hora de diferença. O meio de reação contendo 10% em peso de preparação de lipase foi mexido a 300 rpm e 30°C. Os resultados são mostrados na Figura 1.
Os resultados apresentados na Figura 1 mostram que ambas as lipases de 35 Thermomyces lanuginosa e Pseudomonas sp. imobilizadas sobre diferentes resinas na presença de 1% em peso de solução de bicarbonato de sódio mostraram alta atividade de transesterificação durante os primeiros 5 ciclos utilizando o mesmo lote de enzima. Observou-se que após o 5o lote, quando o mesmo lote de enzima foi utilizado, a fdtragem do meio de reação a partir do sistema se tomou difícil devido à formação de depósito semelhante a gel em tomo dos feixes de ambas as lipases imobilizadas sobre 5 resinas hidrofílicas, nomeadamente DuoliteR D568, e sílica porosa. A atividade de transesterificação de ambas as lipases imobilizadas em resinas hidrofílicas decresceu bruscamente em lotes consecutivos adicionais, e se tomaram inativas após o 10° ciclo. Em contraste, a lipase de Pseudomonas sp. imobilizada sobre a resina hidrofóbica, SepabeadsR SP70, reteve mais que 80% de sua atividade inicial após 70 ciclos, enquanto 10 que a lipase de Thermomyces lanuginose imobilizada sobre a resina hidrofóbica, AmberliteR XAD 1600, reteve mais de 20% de sua atividade inicial após mais de 70 ciclos.
Exemplo 2 A. A conversão de óleo de soja em biodiesel e glicerol após 6 horas de 15 reação utilizando o mesmo lote de biocatalisador em experimentos de lotes múltiplos.
Condições de reação: Óleo de soja refinado e branqueado (20 g) contendo diferentes concentrações de solução de bicarbonato de sódio de 0,lM. Metanol (2,5 ml) foi adicionado passo a passo em três lotes equivalentes, cada um com uma hora de diferença. A lipase derivada de Thermomyces lanuginosa imobilizada sobre uma resina 20 baseada em poliestireno-divmilbenzeno porosa^e hidrofóbica foi utilizada (+0% enr peso). O meio de reação foi mexido a 300 rpm e 30°C. Os resultados são mostrados na Figura 2.
B. A conversão de óleo de soja em biodiesel e glicerol após 6 horas de reação utilizando o mesmo lote de biocatalisador em experimentos de lotes múltiplos. 25 Condições de reação: Óleo de soja refinado e branqueado (20 g) contendo diferentes concentrações de solução de bicarbonato de sódio de 0,lM. Metanol (2,5 ml) foi adicionado passo a passo em três lotes equivalentes, cada um com uma hora de diferença. A lipase derivada de Pseudomonas sp. imobilizada sobre uma resina baseada em poliestireno-divinilbenzeno porosa e hidrofóbica foi utilizada (10% em peso). O 30 meio de reação foi mexido a 300 rpm e 30°C. Os resultados são mostrados na Figura 3.
As Figuras 2 e 3 mostram que a quantia de carbonato de sódio no meio de reação tem uma função importante na vida operacional das lipases de Thermomyces lanuginosa e da Pseudomonas sp. imobilizadas sobre resinas hidrofóbicas. Pode-se observar nas Figuras 2 e 3 que, na ausência de uma solução alcalina, ambas as lipases imobilizadas 35 perderam drasticamente sua atividade após poucos ciclos, enquanto que as mesmas lipases imobilizadas mantêm sua atividade de transesterificação ao longo de usos múltiplos na presença de solução de bicarbonato de sódio como uma base no sistema de reação. Os resultados para ambas as enzimas imobilizadas mostram que o aumento na quantia de solução de bicarbonato de sódio no meio de reação na faixa de 0 - 4% em peso resulta no decréscimo da perda e atividade enzimática nos múltiplos usos do 5 mesmo lote de enzima imobilizada.
Exemplo 3 A. A conversão de óleo de soja em biodiesel e glicerol após 6 horas de reação utilizando o mesmo lote de biocatalisador em experimentos de lotes múltiplos.
Condições de reação: Óleo de soja refinado e branqueado (20 g) contendo 10 diferentes concentrações de água destilada. Metanol (2,5 ml) foi adicionado passo a passo em três lotes equivalentes, cada um com uma hora de diferença. A lipase derivada de Thermomyces lanuginosa imobilizada sobre uma resina baseada em poliestireno- divinilbenzeno porosa e hidrofóbica foi utilizada (10% em peso). O meio de reação foi mexido a 300 rpm e 30°C. Os resultados são mostrados na Figura 4. 15 B. A conversão de óleo de soja em biodiesel e glicerol após 6 horas de reação utilizando o mesmo lote de biocatalisador em experimentos de lotes múltiplos.
Condições de reação: Óleo de soja refinado e branqueado (20 g) contendo diferentes concentrações de água destilada. Metanol (2,5 ml) foi adicionado passo a passo em três lotes equivalentes, cada um com uma hora de diferença. A lipase derivada 20 de Pseudomonas sp. imobilizada—sobre—uma resina baseada—em poliestireno- divinilbenzeno porosa e hidrofóbica foi utilizada (10% em peso). O meio de reação foi mexido a 300 rpm e 30°C. Os resultados são mostrados na Figura 5.
As Figuras 4 e 5 mostram que a atividade de transesterificação utilizando o mesmo lote de lipases de Thermomyces lanuginosa e da Pseudomonas sp. imobilizadas 25 sobre resinas hidrofóbicas em múltiplos experimentos é também afetada pela quantia de água no sistema de reação. Pode-se observar que o aumento da quantia de água a partir de nada (zero) a 4% em peso resultou na manutenção de atividade de transesterificação do biocatalisador residual mais alta quando utilizada em ciclos consecutivos. Os resultados apresentados nas Figuras 2 a 5 mostram evidentemente que a utilização de 30 base leve, tal como solução de bicarbonato de sódio, nas reações de transesterificação é favorável para a manutenção da atividade de lipases imobilizadas sobre resinas hidrofóbicas quando utilizada em ciclos consecutivos.
Exemplo 4 A conversão de uma mistura de ácidos graxos livres (AGLs) e óleo de soja em 35 biodiesel, e subprodutos de glicerol e água pós 4 horas de esterificação/transesterificação utilizando o mesmo lote de biocatalisador nos experimentos de lotes múltiplos.
Condições de reação: Uma mistura de hidrolisato de soja e ácidos graxos livres (50% em peso) e óleo de soja (50% em peso) de valor de AGL inicial de 72 mg KOH/lg contendo diferentes quantias de solução de bicarbonato de sódio de O,1M. Metanol (4,5 ml) foi adicionado passo a passo em três lotes equivalentes, cada um com uma hora de 5 diferença. A lipase derivada de Pseudomonas sp. imobilizada sobre uma resina baseada em poliestireno-divinilbenzeno porosa e hidrofóbica foi utilizada (20% em peso). O meio de reação foi mexido a 300 rpm e 30°C. Os resultados são mostrados na Figura 6.
A Figura 6 mostra que a quantia diferente de solução básica tem um efeito importante na reação de esterificação simultânea de AGL presente na mistura de reação 10 compreendida por proporções diferentes de hidrolisato de óleo de soja e triglicerídeos de óleo de soja. Pode-se observar que a lipase de Pseudomonas sp. imobilizada sobre uma resina hidrofóbica perdeu sua atividade de esterificação quando nenhuma solução alcalina foi acrescentada no sistema de reação de esterificação/transesterificação, enquanto que o mesmo biocatalisador manteve sua atividade em ciclos consecutivos 15 quando 1 e 2% em peso de soluções de bicarbonato de sódio de 0,1 M foram adicionadas separadamente nos sistemas de reação. Os resultados apresentados na Figura 6 mostram que o uso da lipase Pseudomonas sp. imobilizada sobre uma resina hidrofóbica reduziu o conteúdo de AGL na presença de 1% e 2% em peso de solução de bicarbonato de sódio de 0,lM a partir do valor inicial de 72 mg KOH/lg até 8 e 6 mg KOH/lg em média, 20 respectivamente, e manteve essa atividade em 22 ciclos subsequentes.
Exemplo 5 A esterificação de hidrolisato de óleo de soja em biodiesel e água após 4 horas de reação utilizando o mesmo lote de biocatalisador em experimentos de lotes múltiplos.
Condições de reação: Hidrolisato de soja e ácidos graxos livres (20 g) de valor 25 de AGL de 150 mg KOH/lg contendo 1% em peso de solução de bicarbonato de sódio de 0,lM. Metanol (2 ml) foi adicionada no meio de reação em um lote. A lipase derivada de Pseudomonas sp. imobilizada sobre uma resina baseada em poliestireno- divinilbenzeno porosa e hidrofóbica foi utilizada (10% em peso). O meio de reação foi mexido a 300 rpm e 30°C. Os resultados são mostrados na Figura 7. 30 A Figura 7 mostra que a lipase de Pseudomonas sp. imobilizada sobre uma resina hidrofóbica é também capaz de catalisar a esterificação de ácidos graxos livres para formar metil ésteres de ácido graxo e subproduto de água. Os resultados mostram que a preparação de lipase mantida nessa atividade de esterifícação/transesterificação em um meio contendo 1% de solução de bicarbonato de sódio de 0,lM ao longo de mais de 25 35 ciclos utilizando o mesmo lote de biocatalisador sem a observação de qualquer perda de atividade significativa.
Exemplo 6 A transesterificação de óleo de peixe com etanol após 6 horas de reação utilizando o mesmo lote de biocatalisador em experimentos de lotes múltiplos.
Condições de reação: Óleo de peixe refinado (20 g) contendo 1% de solução de 5 bicarbonato de sódio de O,1M. Etanol (2,5 ml) foi adicionado passo a passo em três lotes equivalentes, cada um com uma hora de diferença. As lipases derivadas de Thermomyces lanuginosa e Pseudomonas sp. imobilizadas sobre AmberliteR XAD 1600, foram utilizadas separadamente (10% em peso). O meio de reação foi mexido a 300 rpm e 30°C. Os resultados são mostrados na Figura 8. 10 A Figura 8 mostra que ambas as lipases derivadas de Thermomyces lanuginosa e
Pseudomonas sp. imobilizadas sobre resinas hidrofóbicas são também capazes de catalisar a transesterificação de triglicerídeos de óleo de peixe com etanol para formar etil ésteres de ácido graxo e subproduto de glicerol. Os resultados também mostram que ambos as preparações de biocatalisadores mantiveram sua atividade de transesterificação 15 na presença de 1% em peso de solução de bicarbonato de sódio sem perdas de atividade significativas ao longo de mais de 20 ciclos utilizando o mesmo lote de biocatalisador.
Exemplo 7 A transesterificação de gordura Tallow com etanol após 6 horas de reação utilizando o mesmo lote de biocatalisador em experimentos de lotes múltiplos.
Conãzçõe^ ãe reação: A gordura Tallow (16 g) contendo etil éster de ácido graxo de gordura Tallow (4 g) e 1% de solução de carbonato de potássio de 1M. Etanol (2,5 ml) foi adicionado passo a passo em três lotes equivalentes, cada um com uma hora de diferença. As lipases derivadas de Thermomyces lanuginosa, Pseudomonas sp. imobilizadas sobre AmberliteR XAD 1600 (10% em peso) foram utilizadas 25 separadamente ou em combinação em uma proporção equivalente. O meio de reação foi mexido a 300 rpm e 37°C. Os resultados são mostrados na Figura 9.
A Figura 9 mostra que ambas as lipases derivadas de Thermomyces lanuginosa e Pseudomonas sp. imobilizadas sobre resinas hidrofóbicas são capazes de catalisar a transesterificação de triglicerídeos de gordura tallow com etanol para formar etil ésteres 30 de ácido graxo e subproduto de glicerol. A matéria-prima do meio de reação era compreendido por gordura tallow (80%) e etil ésteres de ácido graxo derivados de gordura tallow a fim de reduzir o ponto de fusão do meio de reação. Os resultados apresentados na Figura 9 mostram que todos os biocatalisadores retiveram mais de 80% de sua atividade inicial na presença de solução levemente alcalina, tal como carbonato 35 de potássio de 1M, quando o mesmo lote de biocatalisadores foram utilizados em 100 ciclos consecutivos.
Exemplo 8 O tratamento do meio de reação de transesterifícação/esterificação obtido após 4 horas contendo valor de AGL de 7 mg KOH/lg utilizando lipase de Thermomyces lanuginosa ou lipase Pseudomonas sp. imobilizada sobre uma resina poroso hidrofóbica 5 com lipase de Candida antarctica B imobilizada sobre uma resina porosa hidrofóbica e metanol (proporção de 1:10 em básico molar entre AGL e metanol, respectivamente) utilizando o mesmo lote de biocatalisador (10% em peso) em experimentos de lotes múltiplos. O meio de reação foi mexido a 300 rpm e 30°C. Os resultados são mostrados na Figura 10.
A Figura 10 mostra que o meio de reação de transesterificação obtido após o tratamento com lipase de Thermomyces lanuginosa ou lipase Pseudomonas sp. conforme descrito acima, que tipicamente contém valores de AGLs de 3-7 mg KOH/lg, pode ser tratado com lipase de Candida antarctica B imobilizada sobre suporte hidrofílico ou hidrofóbico, os resultados reduzindo o valor de ALG para menos de 2mg KOH/lg. A 15 lipase imobilizada pode manter sua atividade em mais de 100 ciclos.
Exemplo 9 A transesterificação/esterificação de óleo de cozinha residual contendo 10% de AGL com metanol para formar biodiesel, água e glicerol utilizando a primeira modalidade do sistema ilustrado na Figura 11.
Condições de reação: Oleo de cozinha residual (1100 g) contendo 2% de solução de bicarbonato de sódio de 0,lM de metanol (140 g) foram primeiramente pré- misturados no recipiente de preparação de pré-reação 140 para formar uma emulsão, que foi então introduzido para o recipiente reator 120 tendo um volume interno de V2 de cerca de 2 litros. A mistura de reação foi misturada no recipiente reator 120 com uma 25 lipase derivada de Thermomyces lanuginosa imobilizada sobre uma resina baseada em poliestireno-divinilbenzeno porosa e hidrofóbica (30% em peso de óleo) por 6 horas a 30°C. A mistura de reação foi filtrada através do filtro 125 e alimentada ao recipiente de separação de produto 160. O glicerol e o excesso de água foram removidos da mistura de reação no recipiente de separação de produto 160. A fase superior contendo os metil 30 ésteres de ácido graxo e os glicerídeos não reagidos foram re-introduzidos no recipiente reator 120 através da linha de reencaminhamento 165, e a agitação do recipiente reator 120 foi continuada após a adição de metanol (110 g) ao meio de reação no recipiente reator 120. A conversão em metil éster após 2 horas foi 98%. Um meio de reação emulsificado (emulsão preparada) contendo óleo de cozinha residual (83% em peso), 35 metanol (15%) e solução de bicarbonato de sódio de 0,lM (2%) foi continuamente alimentado ao recipiente reator 120 em uma taxa de fluxo de cerca de 30ml/min. A conversão em metil ésteres de ácido graxo foi mantida por mais de 3 meses sem perdas de atividade significativas quando utilizando o mesmo lote de biocatalisador derivado de lipase de Thermomyces lanuginosa imobilizada sobre uma resina hidrofóbica macro- porosa.

Claims (15)

1. Processo caracterizado por ser selecionado de: (A) um processo para a transesterificação/esterificação de uma fonte de ácido graxo com um álcool, para formar alquil ésteres de ácido graxo, que compreende a reação da referida fonte de ácido graxo e um álcool ou um doador de álcool na presença de uma preparação de lipase imobilizada, em que a preparação de lipase imobilizada compreende pelo menos uma lipase imobilizada sobre um suporte poroso hidrofóbico e o meio de reação contém uma solução tampão alcalina aquosa; e (B) um processo para a transesterificação/esterificação de uma fonte de ácido graxo selecionado a partir de triglicerídeos, diglicerídeos, monoglicerídeos e qualquer uma mistura destes, a referida mistura compreendendo opcionalmente ainda ácidos graxos livres, com um álcool, para produzir alquil ésteres de ácidos graxos, compreendendo reagir a referida fonte de ácido graxo e um álcool na presença de uma preparação de lipase imobilizada, em que a preparação de lipase imobilizada compreende pelo menos uma lipase imobilizada sobre um suporte poroso hidrofóbico e em que água é adicionada à referida fonte de ácido graxo ou ao meio de reação.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ser o processo (A) e que a solução tampão aquosa tem um pH de 7 a cerca de 11.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ser o processo (B) e que a água está na forma de uma solução de água com pH de 3 a 11.
4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o referido álcool é um álcool de cadeia curta, ou que o referido doador de álcool é um éster de mono-alquila, tal como acetato de metila ou di-alquil carbonato, tal como di-metil carbonato, servindo também de fonte para reagente alcalino moderado no meio de reação.
5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma lipase é uma lipase derivada a partir de qualquer uma dentre Rhizomucor miehei, Pseudomonas sp., Rhizopus niveus, Mucor javanicus, Rhizopus oryzae, Aspergillus niger, Penicillium camembertii, Alcaligenes sp., Acromobacter sp., Burkholderia sp., Thermomyces lanuginosa, Chromobacterium viscosum, Candida antarctica B, Candida rugosa, Candida antarctica A, sementes de papaia e pancreatina.
6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a referida lipase imobilizada é capaz de catalisar a esterificação de ácidos graxos livres para produzir alquil ésteres de ácido graxo e água como subproduto, e a transesterificação de triglicerídeos e glicerídeos parciais para produzir alquil ésteres de ácido graxo e glicerol como subproduto.
7. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, no qual o referido é processo (A) ou o processo de qualquer uma das reivindicações 3 a 6, é caracterizado pelo fato de que a referida preparação de lipase compreende pelo menos duas lipases que podem ser cada uma imobilizada separadamente sobre um suporte hidrofóbico ou co-imobilizado sobre o mesmo suporte hidrofóbico e que as referidas pelo menos duas lipases possuem regioespecificidade idêntica ou diferente.
8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o referido suporte é qualquer um dentre o suporte baseado em polímero alifático hidrofóbico e suporte baseado em polímero aromático hidrofóbico.
9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o referido suporte é suporte inorgânico poroso ou não poroso, que pode ser hidrofóbico ou é revestido com material orgânico hidrofóbico.
10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a referida fonte de ácido graxo é qualquer uma dentre óleo vegetal, gordura animal, óleo de algas, óleo de peixe, óleo de resíduo, graxa castanha e quaisquer misturas dos mesmos.
11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a referida fonte de ácido graxo compreende ácidos graxos livres, mono-, di- e triglicerídeos, suas misturas em qualquer proporção, ésteres de ácidos graxos e amidas, na ausência ou presença de outros derivados de ácido graxo minoritários, tais como fosfolipídios e ésteres de esterol, a referida fonte de ácido graxo é não refinada, refinada, branqueada, desodorizada ou qualquer uma de suas combinações.
12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o referido álcool é metanol e os referidos ésteres de ácido graxo resultantes são metil ésteres de ácidos graxos (MEAG - Biodiesel) ou que o referido álcool é um álcool graxo de cadeia média (C6-C10) ou álcoois graxos de cadeia longa (C12-C22).
13. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a referida lipase imobilizada é utilizada em reatores de tanque agitado contínuo ou em reatores em coluna de leito recheado operando em modos em lote ou contínuo.
14. Sistema caracterizado por ser: (A) um sistema para a transesterificação/esterificação de uma fonte de ácido graxo com álcool, para formar alquil ésteres de ácido graxo que compreende um recipiente de reação (120) para reagir um meio de reação incluindo a referida fonte de ácido graxo e pelo menos um dentre um álcool e um doador de álcool na presença de uma preparação de lipase imobilizada, em que a preparação de lipase imobilizada compreende pelo menos uma lipase imobilizada sobre um suporte poroso hidrofóbico e o meio de reação contém uma solução tampão alcalina aquosa, ou (B) um sistema para a transesterificação/esterificação de uma fonte de ácido graxo selecionado a partir de triglicerídeos, diglicerídeos, monoglicerídeos e qualquer mistura destes, a referida mistura compreendendo opcionalmente ainda ácidos graxos livres com um álcool, para produzir alquil ésteres de ácidos graxos, compreende um recipiente de reação (120) para reagir um meio de reação incluindo a referida fonte de ácido graxo e pelo menos um dentre um álcool e um doador de álcool na presença de uma preparação de lipase imobilizada, em que a preparação de lipase imobilizada compreende pelo menos uma lipase imobilizada sobre um suporte poroso hidrofóbico e que água é adicionada a referida fonte de ácidos graxos ou ao meio de reação.
15. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que é conduzido no sistema conforme definido na reivindicação 14.
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