BR112020010347A2 - pequenas partículas enzimáticas para interesterificação - Google Patents
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Abstract
A invenção proporciona partículas enzimáticas compreendendo uma enzima lipolítica imobilizada, um material silicioso, um auxiliar de filtração orgânico e um poliol solúvel em água selecionado de hidratos de carbono e álcoois de açúcares. As partículas são adequadas para a interesterificação enzimática de triglicerídeos e a subsequente separação da enzima e triglicerídeos por filtração.
Description
Relatório descritivo da patente de invenção para "PEQUENAS PARTÍCULAS ENZIMÁTICAS PARA INTERESTERIFICAÇÃO"
[0001] A presente invenção se relaciona com pequenas partículas de enzima lipolítica para uso em um processo de interesterificação enzimática, que têm propriedades vantajosas na velocidade da reação e subsequentes processos de separação.
[0002] A imobilização de enzimas lipolíticas é conhecida há muitos anos. Um produto de enzima imobilizada pode ser usado na modificação enzimática de um composto orgânico, como em processos de síntese orgânica, interesterificação de óleos vegetais, produção de biodiesel, etc.
[0003] A imobilização de uma enzima é a ligação de uma proteína enzimática em um transportador sobre o qual é fixada a enzima, ainda funcional, onde a enzima não é liberada para o líquido (escoada) com o qual é contatada. As enzimas mais habitualmente imobilizadas são glicose isomerase usada para reações de isomerização e lipase usada para, por exemplo, interesterificação de óleos vegetais e síntese orgânica.
[0004] O uso industrial de enzimas é muitas vezes limitado pelo seu custo elevado e rápida inativação. Para melhorar a sua exequibilidade econômica em processos industriais, as enzimas são geralmente imobilizadas sobre uma partícula. A imobilização facilita a reutilização das enzimas e pode afetar a seletividade e estabilidade da enzima. A pesquisa sobre imobilização tem se centrado maioritariamente em meios de intensificar a transferência de enzimas para a superfície do suporte, e meios para assegurar que as enzimas permanecem ativas depois de ficarem imobilizadas.
[0005] Para uso em soluções não aquosas, enzimas lipolíticas, tais como lipases, podem ser imobilizadas sobre alguns transportadores inorgânicos porosos diferentes por absorção de uma solução aquosa de lipase no volume de poros do transportador, ou por adsorção na superfície do transportador, ou por uma combinação de adsorção e absorção seguido de remoção de água por secagem.
[0006] JP 5-292965A revela uma lipase imobilizada e um método para a sua preparação.
[0007] WO 95/22606 (Pedersen et a/.)) descreve um processo de imobilização baseado em um processo de granulação.
[0008] WO 99/33964 (Christensen et a/.) descreve um processo de imobilização em que a enzima é aplicada em um transportador poroso particulado.
[0009] É conhecido que enzimas imobilizadas são usadas em reações enzimáticas contínuas e descontínuas em uma variedade de aplicações industriais, incluindo tratamento de águas residuais, produção de agentes farmacêuticos, produção de xarope de milho rico em frutose, processamento de óleos vegetais e síntese de produtos químicos.
[0010] Em um primeiro aspecto, a presente invenção proporciona (uma pluralidade de) partículas enzimáticas, compreendendo uma enzima lipolítica, um material silicioso, um auxiliar de filtração orgânico e um poliol solúvel em água selecionado de hidratos de carbono e álcoois de açúcares.
[0011] Em outro aspecto da invenção é proporcionado um método para interesterificação enzimática, compreendendo contatar uma mistura de triglicerídeos com as partículas enzimáticas da invenção.
[0012] Outros aspectos e modalidades da invenção são evidentes a partir da descrição e exemplos.
[0013] O uso de interesterificação catalisada por enzimas (lipolíticas) de gorduras/óleos está bem estabelecido. A reação ocorre em colunas com uma altura de 1-5 metros cheias com enzima imobilizadas com um tamanho típico das partículas de 300-1200 um, onde o óleo é bombeado através de um conjunto de colunas com o tempo de retenção total requerido para alcançar uma determinada conversão.
[0014] Este tipo de montagem (coluna de leito fixo) é depende de um tamanho apropriado das partículas da enzima para limitar a queda de pressão na coluna. Outra limitação para este tipo de processo é a transferência de massa de óleo para o interior da partícula. A parte mais fácil para aceder à atividade enzimática está localizada na superfície, ou na proximidade da superfície das partículas. Em consequência, o tamanho das partículas para o processo tem sido, até agora, um compromisso entre ter um tamanho não demasiado pequeno para evitar uma queda de pressão elevada, mas ainda tão pequeno quanto possível para se obter uma grande área superficial por kg de produto enzimático. Quando se usa um tamanho das partículas grande e robusto, é necessário tomar em consideração quanto óleo é mantido no espaço entre partículas (fração de espaço vazio), pois este óleo será misturado no lote seguinte de óleo processado. Esta quantidade de óleo pode ser tão grande que, na prática, limite o uso desta tecnologia a produções com grandes volumes da mesma receita para evitar mistura com óleo de um lote anterior.
[0015] Com esta invenção, descobrimos um modo de operar a interesterificação de óleos/gorduras com um tamanho muito pequeno das partículas (área superficial muito elevada), que resulta em uma atividade enzimática excecionalmente elevada. Como explicado acima, isto significa que é necessária uma quantidade menor de enzima porque está mais acessível, e também que uma quantidade menor de óleo fica encerrada entre as partículas.
[0016] Pela formulação inventada da partícula foi assegurado que a enzima imobilizada pode ser utilizada em operação descontínua/de tanque e removida por filtração após a reação em filtros de óleo padrão, ou pode ser utilizada em uma operação de leito fixo com uma camada fina de enzima, tal como 2-5 cm. A baixa dosagem, baixo encerramento de óleo e possibilidade de reutilização da enzima proporcionam uma melhoria significativa de custos durante a utilização em comparação com a presente tecnologia.
[0017] A menos que indicado de outra forma, todas as percentagens são indicadas como percentagem em peso (% p/p) em todo o pedido.
Partículas enzimáticas
[0018] As partículas da invenção compreendem uma enzima lipolítica imobilizada, um material silicioso, um auxiliar de filtração orgânico e um poliol solúvel em água selecionado de hidratos de carbono e álcoois de açúcares. As partículas podem ser encapsuladas em óleo ou gordura; por exemplo, para formar um pó oleoso ou uma pasta/suspensão.
[0019] As partículas podem ser uma mistura homogênea dos ingredientes, isto é, os ingredientes estão uniformemente distribuídos ao longo das partículas. Mesmo que a partícula individual não seja uniforme ao nível microscópico, os ingredientes podem estar aleatoriamente distribuídos sem nenhuma estrutura global, quando é considerada uma pluralidade de partículas, tal como pelo menos 50 partículas.
[0020] As partículas são preferencialmente porosas. O volume dos poros pode corresponder a uma captação de óleo de pelo menos 0,5 gramas de óleo por grama de partículas, particularmente pelo menos 1 grama de óleo por grama de partículas. Pode ter uma área superficial de 5-
1000 m?/g, 10-1000 m?/g, em particular 10-700 m?/g, mais particularmente 10-500 m2/g.
[0021] As partículas podem ter um tamanho de partícula baseado no volume (Dso) menor do que 100 um, preferencialmente 1-60 um, mais preferencialmente 2-40 um, e particularmente 5-30 um. O tamanho das partículas é medido com um analisador do tamanho das partículas por difração a laser.
[0022] As partículas podem compreender o material silicioso e o auxiliar de filtração orgânico em uma quantidade total de 40-95% p/p, preferencialmente 50-90% p/p.
[0023] Para além dos ingredientes reivindicados, as partículas podem compreender material(ais) inorgânicos, orgânicos ou inorgânicos e orgânicos, que podem ser essencialmente insolúveis em líquidos hidrofílicos ou hidrofóbicos ou suas misturas. As partículas podem ter adicionalmente uma superfície hidrofílica ou hidrofóbica. A superfície das partículas pode ser modificada e a enzima pode ser adicionalmente ligada por ligações de hidrogênio, iônicas ou covalentes ou reticulada de modo covalente, por exemplo, por tratamento com glutaraldeído.
[0024] As partículas podem ser preparadas por secagem por pulverização de uma mistura líquida (aquosa) dos ingredientes que constituem as partículas (um material silicioso, um auxiliar de filtração orgânico, enzima e um poliol solúvel em água selecionado de hidratos de carbono e álcoois de açúcares) ou por absorção da solução líquida de enzima e um poliol solúvel em água selecionado de hidratos de carbono e álcoois de açúcares (separadamente ou em uma mistura) em uma mistura de auxiliar de filtração orgânico e materiais siliciosos seguido de uma técnica de secagem adequada (secagem em um leito fluido, secador a vácuo, etc.). O processo global também pode ser conduzido em um misturador e secador combinados/integrados, como um misturador a vácuo. A mistura de auxiliar de filtração e material silicioso (e quaisquer ingredientes adicionais) pode consistir em partículas pré-formadas. Por "partículas pré-formadas" se pretende significar partículas tendo sua forma e estrutura finais antes da adição da enzima e poliol. Geralmente, os ingredientes podem ser adicionados simultânea ou sequencialmente para otimizar o processo de produção.
[0025] As partículas podem conter menos do que 40% p/p de água, preferencialmente menos do que 25% p/p de água, mais preferencialmente menos do que 10% p/p de água, e muito preferencialmente menos do que 5% p/p de água.
[0026] Para preparar um produto final com fracas propriedades de poeiras e/ou compatibilidade melhorada com o processo onde será usado (por exemplo, um processo de interesterificação), as partículas resultantes podem ser pulverizadas com óleo, ou ser combinadas com óleo para obter um pó oleoso ou uma pasta/suspensão que encapsula as partículas em óleo. O óleo pode ser um óleo derivado de plantas, tal como óleo de girassol ou outro óleo que seja compatível com o processo onde as partículas serão usadas. Se só for usada uma pequena quantidade de óleo, as partículas podem ser aglomeradas em partículas maiores que podem reduzir substancialmente a quantidade de poeira. As partículas encapsuladas em óleo também podem ser subsequentemente secas.
[0027] As partículas também podem ser pulverizadas ou combinadas com gordura para produzir um bloco sólido contendo gordura e partículas pequenas, ou processadas com equipamento de extrusão e peletização para se obterem péletes grandes, que também podem incluir gordura adicionada como “veículo. Tais partículas podem ser subsequentemente revestidas com um agente de conservação, por exemplo, um agente de conservação transformado em pó.
[0028] Poeira é definido como partículas com um diâmetro aerodinâmico menor do que 50 um. Na ciência de aerossóis, é geralmente aceite que partículas com um diâmetro aerodinâmico maior do que 50 um habitualmente não retêm um caráter aéreo durante muito tempo. Neste contexto, o diâmetro aerodinâmico é definido como "o diâmetro de uma esfera hipotética de densidade 1 g/cm? tendo a mesma velocidade de sedimentação terminal em ar calmo da partícula em questão, independentemente do seu tamanho geométrico, forma e densidade verdadeira". (OMS, 1997).
Enzima lipolítica
[0029] A enzima a ser imobilizada de acordo com a invenção é uma enzima lipolítica, isto é, uma enzima que é capaz de hidrolisar ligações de éster carboxílico para liberar carboxilato (EC 3.1.1). À enzima lipolítica é uma enzima classificada com o número de Classificação de Enzimas E.C. 3.1.1.- (Éster Carboxílico Hidrolases) de acordo com as Recomendações (1992) do International Union of Biochemistry and Molecular Biology (IUBMB). Assim, a enzima lipolítica pode exibir atividade hidrolítica, tipicamente em uma interface água/lipídeo, para ligações éster carboxílico em substratos tais como mono, di e triglicerídeos, fosfolipídeos, tioésteres, ésteres de colesterol, ésteres de ceras, cutina, suberina, ésteres sintéticos ou outros lipídeos mencionados no contexto de E.C. 3.1.1. A enzima lipolítica pode ter, por exemplo, atividade de triacilglicerol lipase (EC
3.1.1.3; posicionalmente específica em 1,3 ou inespecífica), atividade de fosfolipase (A1 ou A2; EC 3.1.1.32 ou EC 3.1.1.4), atividade de esterase (EC
3.1.1.1) ou atividade de cutinase (EC 3.1.1.74).
[0030] Enzimas lipolíticas adequadas (por exemplo, lipases) incluem as de origem bacteriana ou fúngica. Estão incluídos mutantes quimicamente modificados ou com manipulação proteica. Exemplos incluem lipases de Candida, C. Antarctica (por exemplo, lipases À e B descritas em WO 88/02775), C. rugosa (C. cylindracea), Rhizomucor, R. miehei, Hyphozyma, Humicola, Thermomyces, T. lanuginosus (lipase de H. lanuginosa) como descrito em EP 258 068 e EP 305 216, uma lipase de Pseudomonas, por exemplo, de P. alcaligenes ou P. pseudoalcaligenes (EP 218 272), P. cepacia (EP 331 376), P. glumae, P. stutzeri (GB 1,372,034), P. fluorescens, Pseudomonas sp. estirpe SD 705 (WO 95/06720 e WO 96/27002), P. wisconsinensis (WO 96/12012), uma lipase de Bacillus, por exemplo, de B. subtilis (Dartois et al. (1993), Biochemica et Biophysica Acta, 1131, 253-360), B. stearothermophilus (JP 64/744992) ou B. pumilus (WO 91/16422), lipase/fosfolipase de Fusarium oxysporum, lipase de FPF. heterosporum, lisofosfolipase de Aspergillus foetidus, fosfolipase A1 de A. oryzae, lipase de A. oryzae, lipase/ácido ferúlico esterase de A. níger, lipase/ácido ferúlico esterase de A. tubingensis, lipase de A. tubingensis, lisofosfolipase de A. niger e lipase de F. solani.
[0031] A lipase pode ser posicionalmente específica para sítios (isto é, 1,3-específica) ou inespecífica, por interação com triglicerídeos como substratos.
[0032] Adicionalmente, algumas lipases clonadas podem ser úteis, incluindo a lipase de Penicilium camembertii descrita por Yamaguchi et a/., (1991), Gene 103, 61-67), a lipase de Geotricum candidum (Shimada, Y. et al., (1989), J. Biochem., 106, 383-388), e várias lipases de Rhizopus, como uma lipase de R. delemar (Hass, M.J et al., (1991), Gene 109, 117-113), uma lipase de R. niveus (Kugimiya et a/., (1992), Biosci. Biotech. Biochem. 56, 716-719) e uma lipase de R. oryzae.
[0033] Outros tipos de enzimas lipolíticas, tais como cutinases, também podem ser úteis, por exemplo, cutinase de Pseudomonas mendocina (WO 88/09367), Fusarium solani pisi (WO 90/09446) ou H. insolens (US 5,827,719).
[0034] A enzima pode ser uma variante de enzima produzida, por exemplo, por técnicas recombinantes. Exemplos são variantes de lipases tais como as descritas em WO 92/05249, WO 94/01541, EP 407 225, EP 260 105, WO 95/35381, WO 96/00292, WO 95/30744, WO 94/25578, WO 95/14783, WO 95/22615, WO 97/04079 e WO 97/07202.
[0035] Exemplos de lipases comercialmente disponíveis incluem Lipex'Y, Lipoprime'Y, Lipolase"!Y, Lipolase"" Ultra, LipozymeT"Y, Palatase"", Novozym'Y 435, Quara'" e Lecitase"“ (todas disponibilizadas pela Novozymes A/S). Outras lipases comercialmente disponíveis incluem Lumatfast'Y (lipase de Pseudomonas mendocina da Genencor International Inc.); LipomaxTY (lipase de Ps. pseudoalcaligenes da DSM/Genencor Int. Inc.; e lipase de Bacillus sp. da Genencor Enzymes. Outras lipases são disponibilizadas por outros fornecedores.
[0036] A enzima pode ser adicionada ao processo de imobilização em forma líquida, tal como um meio líquido (aquoso) contendo a enzima.
[0037] O meio líquido contendo enzima é, em uma modalidade particular da presente invenção, um meio hidrofílico. Em outra modalidade particular, o meio líquido é aquoso. Pode conter outros componentes orgânicos ou matéria biológica. Assim, pode ser um caldo de fermentação ou uma solução de concentrado enzimático obtenível por purificação de um caldo de fermentação, por exemplo, por ultrafiltração ou por precipitação, separação e redissolução de proteína em outro meio aquoso. Também pode ser uma enzima substancialmente pura dissolvida em um meio aquoso. Em uma modalidade especial da presente invenção, o líquido aquoso contendo a enzima não foi sujeito a etapas de processamento dispendiosas antes da imobilização para remover água, tais como evaporação, nem foi sujeito a adição de solventes não aquosos, por exemplo,
solventes orgânicos tais como álcoois, por exemplo, (poli)etilenoglicol e/ou (poli)propilenoglicol.
[0038] Em uma modalidade da presente invenção, o teor da proteína enzimática das partículas enzimáticas é maior do que 1% p/p, mas menor do que 50% p/p. Em outra modalidade, o teor da proteína enzimática das partículas enzimáticas é maior do que 2% p/p, mas menor do que 25% p/p. Em uma modalidade particular, o teor da proteína enzimática das partículas enzimáticas é maior do que 4% p/p, mas menor do que 20% p/p.
Auxiliar de filtração orgânico
[0039] Auxiliares de filtração constituem um grupo de materiais substancialmente inertes que podem ser usados no pré-tratamento de filtração. Um objetivo de adicionar auxiliares de filtração é melhorar a taxa de fluxo por decréscimo da compressibilidade do bolo e aumento da permeabilidade do bolo.
[0040] Um auxiliar de filtração orgânico, de acordo com a invenção, pode ser um material celulósico ou lignocelulósico. Preferencialmente, o auxiliar de filtração orgânico é substancialmente insolúvel em água e óleo em condições ambientes padrão (20 ºC). Assim, o auxiliar de filtração orgânico pode ser um derivado celulósico insolúvel.
[0041] Em uma modalidade, o auxiliar de filtração orgânico é um produto de madeira (tal como serradura), ou quimicamente derivado de madeira. Preferencialmente, o auxiliar de filtração orgânico é um polissacarídeo insolúóvel em água, que pode compreender ligações beta(1—4) glicosídicas.
[0042] Em uma modalidade particularmente preferencial, o auxiliar de filtração orgânico é celulose (tal como Filtracel da J.Rettenmaier & Sohne, Alemanha).
[0043] O auxiliar de filtração orgânico pode ser misturado com outros materiais, desde que a mistura retenha as propriedades globais do auxiliar de filtração orgânico, e pode ser usado como auxiliar de filtração em óleos/gorduras.
[0044] O auxiliar de filtração orgânico pode mesmo set funcionalizado com sílica, de modo que uma parte do material silicioso usado nas partículas da invenção é fornecido como uma parte integrante do auxiliar de filtração orgânico.
[0045] As partículas enzimáticas da invenção podem compreender o auxiliar de filtração orgânico em uma quantidade de 10-80% p/p, preferencialmente 20-60% p/p.
Material silicioso
[0046] As partículas da invenção compreendem material silicioso. O material silicioso pode ser amorfo ou cristalino ou uma mistura destes, e pode ocorrer naturalmente (argila, talco, terra diatomácea, areia, quartzo, etc.) ou pode ser sintético (precipitado, fumado, coloidal, sílica géis, etc.) que tipicamente está mais purificado.
[0047] Materiais siliciosos adequados são, por exemplo, Sílicas comercialmente disponíveis (por exemplo, Sipernat 228, Sipernat 50, Sipernat 50s da Evonik, Alemanha), mas também zeólitas, terra diatomácea e caulins. Em uma modalidade particular da presente invenção, o material silicioso é selecionado do grupo consistindo em sílica, zeólita e caulim. O material silicioso pode ter um teor de sílica maior do que 85% p/p, maior do que 90%, maior do que 95%, ou maior do que 98%. O material silicioso pode ser sílica com um tamanho médio das partículas situado no intervalo de 1- 100 um, tal como 1-50 um, em que a sílica tem uma pureza maior do que 90%. Em outra modalidade, o material silicioso é uma sílica com um tamanho médio das partículas de 1-50 um e uma pureza maior do que 95%.
[0048] As partículas enzimáticas da invenção podem compreender o material siliioso em uma quantidade de 10-80% p/p, preferencialmente 20-60% p/p.
Polio! solúvel em água
[0049] O poliol solúvel usado na invenção é um hidrato de carbono ou um álcool de açúcar, tipicamente com uma solubilidade de pelo menos 0,1 g por 100 mL de água à temperatura ambiente (por exemplo, 20 ºC). O hidrato de carbono pode consistir em 1-20 unidades de monossacarídeos. Tal inclui monossacarídeos e oligossacarídeos, tais como dissacarídeos, trissacarídeos, maltodextrina e dextrina.
[0050] O monossacarídeo pode ser uma hexose, uma cetose ou uma aldose, tal como glicose, manose, galactose, frutose e suas combinações. Dissacarídeos podem incluir sacarose, maltose, trealose, isomaltose, celubiose, melibiose, primeverose, rutinose, gentiobiose e lactose e suas combinações. O trissacarídeo pode ser maltotriose, rafinose ou uma combinação destes.
[0051] O hidrato de carbono pode ser um hidrolisado de amido produzido por hidrólise, por exemplo, hidrólise enzimática, por exemplo, com uma média de 2-20 unidades monoméricas de glicose, como dextrina com DE 6-8 ou maltodextrina com DE 20-23 de amido.
[0052] O álcool de açúcar pode ser monomérico, por exemplo, sorbitol ou arabitol.
[0053] Em uma modalidade particularmente preferencial, o poliol é maltodextrina tendo um DE entre 6 e 52. Maltodextrinas com um DE acima de 20 são muitas vezes referidas como xarope de glicose.
[0054] A quantidade do poliol (hidrato de carbono ou álcool de açúcar) usado na partícula da invenção pode ser maior do que 2% em peso, por exemplo, 2 até 50%, 2 até 30%, 5 até 25% ou 7 até 25% em peso da partícula enzimática.
Usos das partículas
[0055] Partículas compreendendo enzimas lipolíticas imobilizadas, de acordo com a invenção, têm aplicações potenciais em uma gama ampla de processos enzimáticos empregues, tal como na produção de agentes farmacêuticos, produtos químicos básicos de especialidade, e processamento de óleos vegetais.
[0056] Enzimas imobilizadas preparadas no contexto da invenção podem ser usadas para hidrólise, síntese ou modificação de substâncias orgânicas. A hidrólise, síntese ou modificação ocorre preferencialmente em um meio essencialmente desprovido de água livre.
[0057] Em conformidade, a invenção abrange um processo para modificação enzimática de um composto orgânico, compreendendo contatar, em um meio reacional, o referido composto orgânico com um produto enzimático imobilizado de acordo com a invenção.
[0058] A enzima imobilizada da presente invenção pode ser usada para modificação enzimática de um composto orgânico, compreendendo contatar, em um meio reacional, o referido composto orgânico com uma enzima imobilizada produzida pelo processo da invenção.
[0059] Em uma modalidade particular da presente invenção, a modificação é uma reação de esterificação, compreendendo contatar um primeiro reagente que é um ácido carboxílico e um segundo reagente que é um álcool com uma lipase imobilizada da invenção. O ácido carboxílico pode ser selecionado, mas sem limitação, do grupo consistindo em ácidos graxos, ácido lático, ácido benzoico, ácido acrílico e ácido metacrílico e o álcool pode ser selecionado, mas sem limitação, do grupo consistindo em metanol, etanol, isopropanol, polióis tais como glicerol, sorbitol, isossorbida, xilitol, glucosídeos tais como etil- e metilglucosídeos, álcool neopentílico e propilenoglicol.
[0060] A modificação pode ser uma ressolvatação quiral incluindo uma síntese enantiosseletiva ou hidrólise de éster ou amidas de ácidos carboxílicos; uma reação de condensação aldólica entre dois aldeídos; ou uma epoxidação de grupos olefínicos por ácido percarboxílico produzido in situ pela enzima imobilizada.
[0061] A modificação pode ser uma reação de poliesterificação em que o composto orgânico a ser modificado é um ácido hidroxicarboxílico ou oligôêmeros de tal composto, por exemplo, ácido lático ou ácido 3-hidroxipropanoico. Ou o ácido carboxílico é um ácido dicarboxílico selecionado do grupo consistindo em ácido adípico, ácido succínico, ácido fumárico, ácido 2,5-furandicarboxílico, ácido glucárico, ácido tereftálico e ácido isoftálico, e o segundo reagente é selecionado do grupo consistindo em polióis tais como 1,4-butanodiol, 1,6-hexanodiol, glicerol, sorbitol, isossorbida, álcool neopentílico, ou propilenoglicol.
[0062] Em outra modalidade particular, a modificação é uma reação de polimerização com abertura de anel, compreendendo contatar uma lactona com uma lipase imobilizada produzida pelo presente processo. Polímeros preparados podem ser homo- ou heteropolímeros.
[0063] A modificação pode ser uma reação de transesterificação, compreendendo contatar um primeiro reagente que é um éster de ácido carboxílico e um segundo reagente que é um álcool com uma lipase imobilizada produzida pelo presente processo.
[0064] A modificação pode ser uma reação de interesterificação, compreendendo contatar um primeiro reagente que é um éster de ácido carboxílico e um segundo reagente que é um segundo éster de ácido carboxílico com uma lipase imobilizada produzida pelo presente processo. Em uma modalidade mais particular, a modificação é uma reação de interesterificação, compreendendo contatar um primeiro reagente que é um éster de ácido policarboxílico e um segundo reagente que é um segundo éster de ácido policarboxílico com uma lipase imobilizada da invenção.
[0065] Por interesterificação de duas gorduras/óleos diferentes, a alteração das posições de ácidos graxos resultante da interesterificação terá impacto no perfil de fusão da mistura de óleos/gordura. Este é medido por RMN e expresso como a percentagem de gordura sólida a uma dada temperatura na gama típica de 10 ºC - 40 “C. Exemplos de componentes são gordura de coco e estearina de palma.
[0066] O éster de ácido carboxílico pode ser selecionado, mas sem limitação, do grupo consistindo em ésteres de alquila de ácidos graxos, ácido lático, ácido glucárico, ácido benzoico, ácido acrílico, ácido metacrílico e em que o alquila pode ser metila, etila, butila, e o álcool pode ser selecionado do grupo consistindo em, mas sem limitação, metanol, etanol, isopropanol, polióis tais como glicerol, alquilglucosídeos, tais como etilglucosídeo ou metilglucosídeo, sorbitol, silicone e derivados de silicone, isossorbida, álcool neopentílico e propilenoglico!.
[0067] A modificação pode ser uma hidrólise ou síntese produzindo um composto enantiopuro; uma reação de amidação, compreendendo contatar um primeiro reagente que é um ácido carboxílico e um segundo reagente que é uma amina com uma lipase imobilizada da invenção.
[0068] Em uma modalidade particular, a modificação é uma reação de epoxidação, compreendendo produção in situ do agente de epoxidação com uma enzima imobilizada produzida pelo presente processo. Em uma modalidade da presente invenção, uma enzima lipase imobilizada é usada para um processo de esterificação, transesterificação ou interesterificação em um meio essencialmente desprovido de água livre. À transesterificação pode ser usada para substituição de ácidos graxos, compreendendo contatar um primeiro reagente e um segundo reagente com a referida lipase imobilizada pela qual ocorre uma reação de substituição.
[0069] O primeiro reagente pode ser um éster de ácido graxo, preferencialmente um triglicerídeo ou uma mistura de triglicerídeos.
[0070] O segundo reagente pode ser outro éster de ácido graxo diferente do primeiro reagente, preferencialmente um triglicerídeo ou uma mistura de triglicerídeos. Além disso, o segundo reagente pode ser um álcool ou um ácido graxo livre.
[0071] O meio nesta modalidade preferencial da invenção compreende um solvente orgânico, ou pode consistir essencialmente em triglicerídeos.
[0072] O referido uso da invenção pode ser aplicado na produção de gêneros alimentícios, por exemplo, margarina ou substitutos de manteiga de cacau, para a produção de ésteres, por exemplo, para cosméticos, biocombustível, etc.
Processos
[0073] A invenção também proporciona um processo para conduzir uma reação catalisada pelas partículas de enzima lipolítica da invenção, compreendendo: a) preparar uma mistura reacional compreendendo reagentes para a reação, e b) contatar a mistura reacional com as partículas de enzima lipolítica imobilizada em condições que são eficazes para conduzir a reação.
[0074] O contato pode ser efetuado por passagem da mistura reacional através de uma coluna de leito empacotado da enzima lipolítica imobilizada, um reator de tanque continuamente agitado contendo a enzima lipolítica imobilizada, um reator de leito móvel no qual o movimento do leito empacotado da enzima imobilizada é cocorrente ou contracorrente relativamente à mistura reacional, em um reator descontínuo, opcionalmente com agitação ou em qualquer outro tipo de reator ou combinação de reatores onde possa ser conduzida a reação desejada.
[0075] A enzima lipolíica pode ser uma lipase, os reagentes podem compreender um doador de acila graxo e um álcool, e a reação pode formar um éster de alquila de ácido graxo.
[0076] A enzima lipolítica pode ser uma lipase, os reagentes podem compreender pelo menos dois triglicerídeos, e a reação pode formar diferentes triglicerídeos. Assim, a reação pode ser conduzida durante um período de tempo suficiente para alterar as propriedades de fusão da mistura de triglicerídeos.
[0077] Quando a reação catalisada pelas partículas enzimáticas da invenção é conduzida em um reator de tanque (agitado), as partículas enzimáticas podem ser subsequentemente separadas ou recuperadas dos reagentes através de filtração. Após a separação, as partículas enzimáticas podem ser usadas de novo (recicladas) no processo.
[0078] Foi descoberto que um método de reutilização da enzima pode ser estabelecido permitindo que a reação ocorra com a enzima fixa em um bolo de filtração em um sistema de filtração. O óleo (triglicerídeos) pode passar pelo bolo de filtração uma ou mais vezes para alcançar o grau de reação desejado. Ao operar a reação em um sistema de filtração, é possível usar equipamento já existente e aumentar a velocidade da reação. A velocidade de reação mais elevada é alcançada adicionando uma quantidade maior de partículas enzimáticas ao filto e permitindo a reutilização das partículas enzimáticas. A desativação das partículas enzimáticas, que ocorre ao longo do tempo, é compensada por adição de uma pequena quantidade extra de partículas enzimáticas ao filtro para cada lote. Tal pode ser repetido até ser alcançada a espessura máxima do bolo de filtração, e o filtro estiver cheio e/ou ser alcançada a queda de pressão máxima ao longo do filtro.
[0079] A presente invenção é adicionalmente descrita pelas seguintes modalidades numeradas:
[0080] Modalidade 1. (uma pluralidade de) Partículas enzimáticas compreendendo uma enzima lipolítica, um material silicioso, um auxiliar de filtração orgânico e um poliol solúvel em água selecionado de hidratos de carbono e álcoois de açúcares.
[0081] Modalidade 2. As partículas da modalidade 1, que compreendem o material silicioso em uma quantidade de 10-80% p/p.
[0082] Modalidade 3. As partículas da modalidade 1 ou 2, que compreendem o material silicioso em uma quantidade de 20-60% p/p.
[0083] Modalidade 4. As partículas de quaisquer das modalidades 1-3, que compreendem o auxiliar de filtração orgânico em uma quantidade de 10-80% p/p.
[0084] Modalidade 5. As partículas de quaisquer das modalidades 1-4, que compreendem o auxiliar de filtração orgânico em uma quantidade de 20-60% p/p.
[0085] Modalidade 6. As partículas de quaisquer das modalidades 1-5, que compreendem o material silicioso e o auxiliar de filtração orgânico em uma quantidade total de 40-95% p/p.
[0086] Modalidade 7. As partículas de quaisquer das modalidades 1-6, que compreendem o material silicioso e o auxiliar de filtração orgânico em uma quantidade total de 50-90% p/p.
[0087] Modalidade 8. As partículas de quaisquer das modalidades 1-7, que compreendem o poliol em uma quantidade de 2-50% P/Pp.
[0088] Modalidade 9. As partículas de quaisquer das modalidades 1-8, que compreendem o poliol em uma quantidade de 5-25% p/p.
[0089] Modalidade 10. As partículas de quaisquer das modalidades 1-9, que compreendem a enzima lipolítica em uma quantidade de 1-50% p/p.
[0090] Modalidade 11. As partículas de quaisquer das modalidades 1-10, que compreendem a enzima lipolítica em uma quantidade de 2-25% p/p.
[0091] Modalidade 12. As partículas de quaisquer das modalidades 1-11, que compreendem a enzima lipolítica em uma quantidade de 4-20% p/p.
[0092] Modalidade 13. As partículas de quaisquer das modalidades 1-12, em que o material silicioso é sílica, caulim, terra diatomácea ou zeólita.
[0093] Modalidade 14. As partículas de quaisquer das modalidades 1-13, em que o material silicioso é sílica.
[0094] Modalidade 15. As partículas de quaisquer das modalidades 1-14, em que o material silicioso é sílica fumada.
[0095] Modalidade 16. As partículas de quaisquer das modalidades 1-15, em que o auxiliar de filtração orgânico é um polissacarídeo insolúvel em água.
[0096] Modalidade 17. As partículas de quaisquer das modalidades 1-16, em que o auxiliar de filtração orgânico é um polissacarídeo insolúvel em água compreendendo ligações beta(1—>4) glicosídicas.
[0097] Modalidade 18. As partículas de quaisquer das modalidades 1-17, em que o auxiliar de filtração orgânico é um material celulósico ou lignocelulósico.
[0098] Modalidade 19. As partículas de quaisquer das modalidades 1-18, em que o auxiliar de filtração orgânico é derivado de madeira.
[0099] Modalidade 20. As partículas de quaisquer das modalidades 1-19, em que o auxiliar de filtração orgânico é celulose.
[0100] Modalidade 21. As partículas de quaisquer das modalidades 1-20, em que o poliol é selecionado do grupo consistindo em dextrina, maltodextrina, trissacarídeos, dissacarídeos, monossacarídeos e suas misturas.
[0101] Modalidade 22. As partículas de quaisquer das modalidades 1-21, em que o poliol é selecionado do grupo consistindo em sacarose, maltose, trealose, isomaltose, celubiose, melibiose, primeverose, rutinose, gentiobiose, lactose e suas misturas.
[0102] Modalidade 23. As partículas de quaisquer das modalidades 1-22, em que o poliol é selecionado do grupo consistindo em glicose, manose, galactose, frutose e suas misturas.
[0103] Modalidade 24. As partículas de quaisquer das modalidades 1-23, em que o poliol é maltodextrina tendo um DE entre 6 e
52.
[0104] Modalidade 25. As partículas de quaisquer das modalidades 1-24, em que a enzima lipolítica é uma lipase, cutinase ou fosfolipase.
[0105] Modalidade 26. As partículas de quaisquer das modalidades 1-25, em que a enzima lipolítica é uma lipase.
[0106] Modalidade 27. As partículas de quaisquer das modalidades 1-26, que compreendem adicionalmente um componente de tampão alcalino.
[0107] Modalidade 28. As partículas de quaisquer das modalidades 1-27, que compreendem adicionalmente um carbonato.
[0108] Modalidade 29. As partículas de quaisquer das modalidades 1-28, que compreendem adicionalmente carbonato de sódio ou carbonato de potássio.
[0109] Modalidade 30. As partículas de quaisquer das modalidades 1-29, que constituem uma composição substancialmente homogênea dos ingredientes.
[0110] Modalidade 31. As partículas de quaisquer das modalidades 1-30, que são preparadas por secagem por pulverização, ou outra técnica de secagem.
[0111] Modalidade 32. As partículas de quaisquer das modalidades 1-31, que são preparadas por absorção da enzima e/ou do poliol em uma mistura do material silicioso e auxiliar de filtração orgânico.
[0112] Modalidade 33. As partículas de quaisquer das modalidades 1-32, que estão compreendidas em um pélete preparado por compressão.
[0113] Modalidade 34. As partículas de quaisquer das modalidades 1-33, que estão compreendidas em um extrudado.
[0114] Modalidade 35. As partículas de quaisquer das modalidades 1-34, que estão compreendidas em um bloco de gordura.
[0115] Modalidade 36. As partículas de quaisquer das modalidades 1-35, que têm um tamanho das partículas menor do que 100 um.
[0116] Modalidade 37. As partículas de quaisquer das modalidades 1-36, que têm um tamanho das partículas de 1-60 um.
[0117] Modalidade 38. As partículas de quaisquer das modalidades 1-37, que têm um tamanho das partículas de 2-40 um.
[0118] Modalidade 39. As partículas de quaisquer das modalidades 1-38, que têm um tamanho das partículas de 5-30 um.
[0119] Modalidade 40. As partículas de quaisquer das modalidades 1-39, que compreendem adicionalmente um revestimento.
[0120] Modalidade 41. As partículas de quaisquer das modalidades 1-40, que compreendem adicionalmente um revestimento de triglicerídeo.
[0121] Modalidade 42. As partículas de quaisquer das modalidades 1-41, que são encapsuladas em óleo.
[0122] Modalidade 43. As partículas de quaisquer das modalidades 1-42, que são encapsuladas em um óleo derivado de planta.
[0123] Modalidade 44. As partículas de quaisquer das modalidades 1-43, que têm um teor de água menor do que 40% p/p.
[0124] Modalidade 45. As partículas de quaisquer das modalidades 1-44, que têm um teor de água menor do que 25% p/p.
[0125] Modalidade 46. As partículas de quaisquer das modalidades 1-45, que têm um teor de água menor do que 10% p/p.
[0126] Modalidade 47. As partículas de quaisquer das modalidades 1-46, que têm um teor de água menor do que 5% p/p.
[0127] Modalidade 48. As partículas de quaisquer das modalidades 1-47, que são encapsuladas em óleo ou gordura.
[0128] Modalidade 49. Um método para interesterificação enzimática, compreendendo contatar uma mistura de triglicerídeos com as partículas de quaisquer das modalidades 1-48.
[0129] Modalidade 50. O método da modalidade 49, em que os triglicerídeos são contatados com as partículas durante um período de tempo suficiente para alterar as propriedades de fusão da mistura de triglicerídeos.
[0130] Modalidade 51. O método da modalidade 49 ou 50, em que a mistura de triglicerídeos é contatada com as partículas em um reator de tanque agitado.
[0131] Modalidade 52. O método de quaisquer das modalidades 49-51, em que a mistura de triglicerídeos é subsequentemente separada das partículas em uma etapa de filtração.
[0132] Modalidade 53. O método da modalidade 49 ou 50, que é conduzido em um leito de filtração contendo as partículas.
[0133] Modalidade 54. O método de quaisquer das modalidades 49-53, em que as partículas são recuperadas e usadas novamente em um método de acordo com quaisquer das modalidades 49-
53.
[0134] Modalidade 55. Um pó ou pasta/suspensão compreendendo as partículas de quaisquer das modalidades 1-48 e pelo menos 10% de óleo ou gordura.
[0135] Modalidade 56. Um pó ou pasta/suspensão compreendendo as partículas de quaisquer das modalidades 1-48 e pelo menos 10% de óleo ou gordura derivado de planta.
[0136] A presente invenção é adicionalmente descrita pelos seguintes exemplos, que não devem ser considerados limitadores do escopo da invenção.
[0137] Os agentes químicos foram produtos comerciais com pelo menos qualidade de reagente. EXEMPLO 1 Análise do SFC. Descrição do método de análise
[0138] As propriedades de gordura interesterificada de modo enzimático (EIE) são medidas determinando a percentagem de teor de gordura sólida a uma ou mais temperaturas de acordo com o Método Oficial da AOCS Cd 16b-93 "Solid Fat Content (SFC) by Low-Resolution Nuclear Magnetic Resonance". Com este método, o SFC é definido como a razão, expressa como uma percentagem, entre a resposta de RMN obtida dos núcleos de hidrogênio na fase sólida da amostra e a resposta de RMN obtida dos núcleos de hidrogênio em ambas as fases sólida e líquida da amostra.
[0139] A temperatura da amostra de gordura é ajustada para a temperatura determinada. Temperaturas adequadas são 10 ºC, 15ºC, ºC, 25 ºC, 30 ºC, 35 ºC, 40 ºC, 45 ºC, 50 ºC, 55 ºC, ou 60 “C, consoante o requerido.
EXEMPLO 2 Comparação de Filtracel com Filtracel + sílica
[0140] Nesta experiência, testamos o impacto da composição do transportador na eficiência da interesterificação (menor SFC). Dois produtos foram testados:
[0141] A amostra 4B foi preparada por pulverização do concentrado enzimático (6,3 g por 100 g de transportador) sobre um transportador consistindo somente em Filtracel ESG 950 da J.Rettenmaier & Sohne, Alemanha. Adicionalmente, uma solução de maltodextrina MD-20 foi adicionada antes de o produto ter sido seco. Secagem em uma cabina de aquecimento durante a noite.
[0142] A amostra 16B foi preparada de modo similar à amostra 4B, mas por adição da quantidade duplicada de enzima e 30% mais de maltodextrina e usando um transportador consistindo em 50% de Filtracel ESG 950 e 50% de Sipernat 25 (Sílica da Evonik, Alemanha).
[0143] As amostras enzimáticas secas foram incubadas com uma combinação de gordura de 70% de estearina de palma + 30% de óleo de coco a 80 ºC durante 4-5 horas. A dosagem e o resultado de SFC após a reação são mostrados na Tabela 1 abaixo. O SFC a 40 ºC para a mistura de partida é 15%.
Tabela 1. Filtracel versus Filtracel/Sipernat. Produto | Transportador | Dosagem do Tempo SFC a 40 ºC SR mta
4B 100% de 4,0% 4 horas 7,1%
RARA 4B 100% de 1,0% 5 horas 12,6% so 16B 50/50% de 0,5% 5 horas 4,5% Filtracel & Sipernat
[0144] Pode observar-se dos dados de SFC na Tabela 1 que a amostra 16B é de longe a mais eficiente para alcançar uma baixa % de SFC.
EXEMPLO 3 Efeito de maltodextrina no desempenho da enzima
[0145] Nesta experiência, avaliamos o efeito da adição de maltodextrina na eficiência da enzima. O produto enzimático foi preparado por pulverização do concentrado enzimático e maltodextrina sobre um transportador consistindo em 1:1 Sibernat 25 e Filtracel ESG 950.
[0146] A 100 g de transportador foram adicionados 66 g de concentrado enzimático (corresponde a 12,6 g de matéria seca), e a quantidade de maltodextrina mostrada na Tabela 2. A maltodextrina foi adicionada dissolvida em 34 g de água. O material foi seco e usado para a experiência de interesterificação a 80 ºC durante um período até 5 horas. À dosagem dos produtos enzimáticos foi 0,2% para os três.
Tabela 2. Efeito de maltodextrina em SFC Maltodextrina SFC médio a 40 ºC SFC médio a 40 ºC o armação | Gromsseraçto
[0147] Dos dados da Tabela 2, pode observar-se que a adição de 8% de maltodextrina é superior a 4%, que é muito melhor do que nenhuma adição de maltodextrina. EXEMPLO 4 Comparação de sílica pequena com TL IM
[0148] Nesta experiência, a amostra 16B do Exemplo 2 foi comparada com o produto Lipozyme TL IM da Novozymes, Dinamarca. O produto TL IM é o padrão industrial usado hoje em dia em uma tecnologia de coluna e produção contínua para EIE. As experiências foram preparadas em operação descontínua do mesmo modo como descrito no Exemplo 2. Tabela 3. Filtracel/Sipernat versus TL IM.
Produto | Transportador | Dosagem do Tempo SFC a 40 ºC TL IM Transportador 4,0% 5 horas 3,8% o Tama O 16B 50/50% de 0,5% 5 horas 4,5% Filtracel & Sipernat
[0149] Os SFC para as duas amostras são similares mesmo que a dosagem de produto enzimático para TL IM seja 4% e apenas 0,5% para a amostra 16B. Tal mostra que a eficiência da reação é bastante melhor para a amostra 16B.
Claims (18)
1. Pluralidade de partículas enzimáticas, em que as referidas partículas compreendem uma enzima lipolítica, um material silicioso, um auxiliar de filtração orgânico e um poliol solúvel em água selecionado de hidratos de carbono e álcoois de açúcares.
2. Partículas, de acordo com a reivindicação 1, que compreendem o material silicioso em uma quantidade de 10-80% p/p, preferencialmente 20-60% p/p.
3. Partículas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, que compreendem o auxiliar de filtração orgânico em uma quantidade de 10-80% p/p, preferencialmente 20-60% p/p.
4. Partículas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 3, que compreendem o material silicioso e o auxiliar de filtração orgânico em uma quantidade total de 40-95% p/p, preferencialmente 50-90% p/p.
5. Partículas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3 ou 4, que compreendem o poliol em uma quantidade de 2-50% p/p, preferencialmente 5-25% p/p.
6. Partículas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4 ou 5, que compreendem a enzima lipolítica em uma quantidade de 1- 50% p/p, preferencialmente 2-25% p/p.
7. Partículas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2,3,4,5 ou 6, em que o material silicioso é sílica.
8. Partículas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2,3,4,5,6 ou 7, em que o auxiliar de filtração orgânico é um polissacarídeo insolúvel em água, preferencialmente compreendendo ligações beta(1—>4) glicosídicas.
9. Partículas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2,3,4,5,6,7 ou 8, em que o auxiliar de filtração orgânico é celulose.
10. Partículas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1,2,3,4,5,6,7,8 ou 9, em que o poliol é selecionado do grupo consistindo em dextrina, maltodextrina, trissacarídeos, dissacarídeos, monossacarídeos e suas misturas.
11. Partículas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10, em que o poliol é maltodextrina tendo um DE entre 6 e 52.
12. Partículas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1,2,3,4,5,6,7,8,9, 10 ou 11, em que a enzima lipolítica é uma lipase.
13. Partículas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ou 12, que constituem uma composição substancialmente homogênea dos ingredientes, preparada por secagem por pulverização ou absorção, seguida de secagem.
14. Partículas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1,2,3,4,5,6,7, 8,9, 10, 11, 12 ou 13, que têm um diâmetro médio menor do que 100 um, preferencialmente 1-60 um.
15. Pó ou pasta/suspensão compreendendo as partículas, conforme definidas em qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3,4,5,6,7,8, 9, 10, 11, 12, 13 ou 14, e pelo menos 10% de óleo ou gordura.
16. Método de interesterificação enzimática, compreendendo contatar uma mistura de triglicerídeos com as partículas, conforme definidas em qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 ou
14.
17. Método, de acordo com a reivindicação 16, em que a mistura de triglicerídeos é contatada com as partículas em um reator de tanque agitado e a mistura de triglicerídeos é subsequentemente separada das partículas em uma etapa de filtração.
18. Método, de acordo com a reivindicação 16, em que a mistura de triglicerídeos é contatada com as partículas em um sistema de filtração por uma ou mais passagens da mistura de triglicerídeos através de um sistema de filtração com um bolo de filtração compreendendo ou consistindo nas partículas enzimáticas.
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