ITMI960613A1 - Processo di transesterificazione enzimatica di trigliceridi ad alchilesteri - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente ricerca riguarda un processo per la produzione di biofuel utilizzando un sistema enzimatico.

Negli ultimi tempi sono aumentati gli studi su l'uso di olii vegetali modificati come sostituti del gasolio (bio-diesel). Questo interesse ? dovuto al fatto che il bio-diesel ? un prodotto completamente biodegradabile che, nella combustione, non produce emissioni di zolfo, origina minor fumo e particolato, fornisce meno idrocarburi incombusti e policondensati aromatici. In altre parole, avendo con questi combustibili una maggior presenza di ossigeno si ha una migliore combustione .

Il bio-diesel si ottiene dalla reazione tra un olio di origine vegetale ed un alcool a corta catena, in presenza di soda o sodio metossido. I processi riportati in letteratura (vedi ad esempio E.Griffin Shay in Biomass and Energy 1993, vol.4, pg.227-242) prevedono temperature tra i 60 e i 90 ?C, pressioni tra 2 e 20 atm e tempi di reazione dell'ordine delle sei ore. Inoltre la formazione di saponi rende difficoltosa la separazione della glicerina dal prodotto, con conseguente necessit? di grandi quantit? di acqua per il lavaggio del prodotto.

Un'alternativa interessante alla sintesi chimica ? offerta dall'impiego di enzimi (lipasi) quali catalizzatori della reazione di transesterificazione. L'attivit? catalitica di questi enzimi, che in natura si esplica in ambiente acquoso, ? stata studiata anche in mezzo solvente completamente organico (vedi ad esempio Klibanov A.M. in J.Biological Chemistry 1988, vol.263, pg.3194 oppure in Biotechnology and Bioengineering 1993, voi.41, pg.566).

Gli esperimenti riportati in letteratura sono effettuati impiegando una sospensione di enzima in un solvente organico (generalmente idrocarburi od eteri) nel quale ? stato sciolto il substrato e contenente una minima quantit? di acqua necessaria a mantenere la conformazione dell'enzima.

Nella particolare reazione di transesterificazione il metanolo o 1'etanolo, quale solvente idrofilico, ha un effetto denaturante sull'enzima, essendo in grado di rimuovere completamente l'acqua dal sito attivo, modificandone la comformazione .

Ora noi abbiamo sorprendentemente scoperto che la reazione di transesterificazione pu? essere catalizzata dall'enzima lipasi in ambiente quasi anidro in cui il solvente di reazione ? costituito dagli stessi reagenti e la quantit? di acqua presente ? quella direttamente necessaria a creare un microambiente acquoso intorno all'enzima.

In accordo con ci?, l'invenzione riguarda un processo di transesterificazione biologica di trigliceridi ad alchil esteri di acidi grassi, in presenza di enzima lipasi, di acqua e di alcooli alifatici con un numero di atomi di carbonio compreso tra 1 e 4, essendo:

-detta acqua presente in quantit? tra l'I e il 10% in peso del trigliceride;

-detto alcool aggiunto alla miscela di reazione in un numero di frazioni compreso tra 8 e 16, ognuna di volume uguale o inferiore al volume dell'acqua, ed essendo in quantit? totale tra 1 e 2 equivalenti per equivalente di triceride.

In una tipica realizzazione dell'invenzione la reazione di trensesterif icazione avviene in un reattore mantenuto a pressione atmosferica ed a temperature comprese tra 10 e 60 ?C. L'enzima lipasi (E.C. 3.1.1.3.) pu? essere sia di origine fermentativa che estratta da organo animale (pancreas suino), ma nelle condizioni preferite viene utilizzata la lipasi da fungo (lipasi da Candida Cilindracea). Inoltre l'enzima, che viene aggiunto alla miscela di reazione in quantit? di circa 200 unit? per ?g di substrato, pu? essere utilizzato come sospensione nel reattivi oppure supportato su matrici inerti quali ad esempio gel di silice, sabbia quarzo, celite, calcio carbonato, florisil. Gli alcoli alifatici sono, nelle condizioni preferite, scelti tra metanolo ed etanolo .

I prodotti ottenuti secondo la presente invenzione sono utili come combustibile. Questo combustibile ? completamente biodegradabile e, oltre ad originare meno particolato, non produce emissioni di zolfo e fornisce meno idrocarburi incombusti e policondensati aromatici.

Gli esempi che seguono sono riportati per una migliore comprensione dell'invenzione e non devono intendersi limitanti della stessa.

Esempio 1

Preparazione di metil estere da metanolisi di trioleina.

In una beuta da 25 mi sono posti: 200 mg di lipasi da Candida cilindracea, 2 mi di trioleina (2,07 m moli), 150 ?l di acqua. Dopo qualche minuto di agitazione si aggiungono ad intervalli di 30 minuti 8 aliquote da 40 ?l di metanolo per un totale di 320 ?? (7,9 m moli).

La reazione viene condotta a 30?C, mantenendo la beuta in agitazione orbitale (200 rpm). Dopo 24 ore la resa di metiloleato, determinata gascromatograf icamente, ? dell'80%

Esempio 2

Preparazione di etil estere da etanolisi di trioleina.

La procedura dell'esempio 1 viene ripetuta usando etanolo (450 ?? 7,9 m moli) al posto di metanolo. Dopo 24 ore la resa in etiloleato, determinata con metodo gascromatografico, ? del 90%.

Esempio 3

Preparazione di metil estere da metanolisi della trioleina usando enzima supportato su gel di silice.

In una beuta da 25 mi sono posti 200 mg di lipasi da Candida Cilindracea (2,2 U/mg), 500 mg di gel di silice con granulometria 70-230 mesh e 2 mi di trioleina.

Dpo 15 min di agitazione si aggiungono 50 ml di acqua per attivare l'enzima. Dpo qualche altro minuto si aggiungono, ad intervalli di 30 min, 8 aliquote da 40 ?l di metanolo (320 ?l, 4,9 m moli). La reazione viene condotta a 30?C mantenendo la beuta in agitazione orbitale (200 rpm).

Dopo 24 ore la resa in metil oleato, determinata gascromatograf icamente, ? del 98%

Esempio 4

Preparazione di metil estere da etanololisi di trioleina usando enzima supportato su gel di silice.

La procedura dell'esempio 3 ? ripetuta usando etanolo (450 ?l 7,9 m moli) al posto di metanolo. Dopo 24 ore la resa in metiloleato (determinata per gascromatografia ? del 98%

Esempio 5 comparativo

Operando come nell'esempio 1, con la differenza che il metanolo viene aggiunto in una unica aliquota di 7,9 m moli invece che in 8 aliquote da 40 ?l, non ? stata osservata la formazione di prodotti di trasesterificazione .

Claims (1)

1. Rivendicazioni 1-Processo di transesterificazione biologica di trigliceridi ad alchil esteri di acidi grassi, in presenza di enzima lipasi, di acqua e di alcooli alifatici con un numero di atomi di carbonio compreso tra 1 e 4, essendo: -detta acqua presente in quantit? tra l'1 e il 10% in peso del trigliceride; -detto alcool aggiunto alla miscela di reazione in un numero di frazioni compreso tra 8 e 16 ognuna di volume uguale o inferiore al volume dell'acqua ed essendo in quantit? totale tra 1 e 2 equivalenti per equivalente di triceride. 2-Processo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che l'alcool viene aggiunto in quantit? di 1,3 equivalenti per equivalente di trigliceride. 3-Processo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che l'alcool alifatico ? il metanolo. 4-Processo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che che l'alcool alifatico ? l'etanolo. 5-Uso degli alchil esteri di acidi grassi ottenuti secondo le rivendicazioni da 1 a 4 quale combustibile biodegradabile.