Synthesis of isoamyl acetate by mechanical and ultrasonic solvent‐free agitations using Candida antarctica lipase B (CALB) as biocatalyst immobilized in polyurethane was studied. Temperature (24.8–75.2 °C), ultrasonic power (35–123 W; only in ultrasonic system) and molar ratio of substrates (1:3.64–1:10.36) were the parameters evaluated. The responses taken into account were the acetic acid conversion in the esterification reaction (21–95%) and the residual conversion of substrates after successive reuse cycles of CALB. Ultrasonic system was advantageous because the substrate conversions into isoamyl acetate were reached six times earlier than in mechanical system. An increase in the temperature and ultrasonic power and a reduction in acetic acid : isoamyl alcohol ratio favored an increase in conversion yields. CALB used in ultrasonic reactions maintained more than 60% of its residual activity after 27 reuse cycles, which was more than thrice (eight reuse cycles) when using CALB in mechanical reactions. Practical applications The practical uses of isoamyl acetate are mainly as a food additive and as a solvent in the aircraft industry. In food‐related areas, this ester is used to confer characteristics such as banana (or pear) smell and flavor in foods and beverages. It has a pleasant odor and low toxicity, which encourages its widespread use in different receipts, including in the formulation of beers.
ABSTRACT. The aim of this study was to achieve the best conditions for the olive oil hydrolysis process at optimal pH and temperature using Burkholderia cepacia lipase immobilized in situ in rigid polyurethane support. The influences of the temperature (13.85 to 56.5ºC) and pH (4.18 to 9.82) were evaluated by a central composite rotational experimental design 2 2 . The operational stability and storage conditions were also studied. The olive oil hydrolysis process was optimized in pH 7.0, at 40°C and 15 min of reaction, with 66 and 93 U g -1 of hydrolysis activity in free and immobilized lipase, respectively, with > 700% yield. The immobilized remained stable for up to 40 days of storage at temperatures of 60 o C, and for 100 days from 4 to 25°C. The operational stability of the immobilized was 6 continuous cycles. In this way, immobilization showed to be a promising alternative for its application in olive oil hydrolysis, having storage stability and reuse capability. Otimização do processo de hidrólise do azeite de oliva utilizando lipase Burkholderia cepacia sp. imobilizada em poliuretano RESUMO. As lipases são enzimas que, naturalmente, atuam na hidrólise de óleos e gorduras, porém, em meios com quantidade baixa de água, são capazes de atuar em reações como a esterificação, alcoólise, acidólise, aminólise, entre outras. Sendo utilizadas na redução da concentração dos lipídios contidos nos efluentes, promovendo a hidrólise dos óleos e gorduras presentes. Sendo assim, o objetivo do presente estudo foi obter as melhores condições do processo de hidrólise do óleo de oliva em termos de pH e temperatura, utilizando lipase de Burkholderia cepacia imobilizada in situ em suporte rígido de poliuretano. O processo de hidrólise do óleo de oliva foi obtido utilizando as condições de pH de 7,0, temperatura de 40°C e 15 min de reação com atividade hidrolítica para a enzima livre e imobilizada de 66 e 93 U g -1 respectivamente, com rendimento de > 700%. O imobilizado apresentou estabilidade de 40 dias de estocagem nas temperaturas de 60ºC e 100 dias de armazenamento nas temperaturas entre -4 a 25ºC e a estabilidade operacional de 6 ciclos contínuos. O imobilizado se mostrou uma alternativa promissora para aplicação no processo de hidrólise frente à enzima livre, tendo estabilidade de estocagem e possibilidade de reutilização operacional.Palavras-chaves: biocatálise, lipase, imobilização in situ, poliuretano, hidrólise.
RESUMO -Os processos que utilizam lipases são especialmente atraentes em função das diferentes aplicações. A enzimas imobilizadas possibilita uma maior estabilidade e a produção de biocatalisadores com aplicações industriais. O poliuretano permite o reuso da enzima reduzindo os custos de produção além de facilidade no processo. O presente trabalho teve como objetivo a imobilização da lipase Candida antarctica B (Novozyme) em espuma flexível de PU de densidades diferente (D18 e D30), avaliando a capacidade de reuso na síntese do etiloleato. Para a avaliação do processo de reutilização, após cada reação da quantificação da atividade de esterificação, o excedente do produto da reação de esterificação era retirado. Em seguida uma nova quantidade de solução padrão -5mL (ácido oleico:etanol) era adicionado ao imobilizado e era realizado uma nova reação e assim sucessivamente até o imobilizado atingir 50% da sua atividade residual inicial. A quantificação da atividade de esterificação foi realizada por titulometria. Ao final do estudo foi observado um total de 6 e 4 reciclos com atividade residual de 50 % para os imobilizados em espuma flexível de PU-D18 e D30 respectivamente. Para a enzima livre o número de reciclos foram 4, porem, com atividade enzimática menor que 20%. INTRODUÇÃOAs lipases têm sido utilizadas com grande sucesso com para catalisar reações de esterificação, transesterificação e interesterificação, pois representam melhorias significativas no processo, principalmente no que se refere aos custos operacionais, como no tempo de reação, consumo de energia, mão de obra e alta atividade catalítica (Pires-Cabral et al., 2010). Sendo utilizados tanto na indústria (alimentos, cosméticos e perfumes, biomédicos, pesticidas, detergentes) e em níveis acadêmicos (Brígida et al., 2010;Nyari, 2013).Ésteres etílicos (oleatos) também podem ser utilizados como plastificantes e lubrificantes, aditivos biológicos e fluidos hidráulicos, sendo assim uso têm sido dificultados devido aos baixos valores e a incapacidade de reutilização, alem de técnicas para a conservação de alimentos através da adição de ésteres etílicos. No entanto, a maior parte destes produtos é obtida por via química. Sendo assim, sugere a incorporação de novas técnicas para a produção de compostos biodegradáveis, biocompatíveis e essencialmente não-
RESUMO -Os ésteres de ácidos graxos representam uma das mais importantes classes de compostos orgânicos, com uma diversidade de aplicações no setor industrial de óleos e gorduras e processos para a síntese de ésteres por rota química ou enzimática. Nesse contexto o objetivo deste estudo foi avaliar a seletividade das lipases imobilizadas de Candida antarctica tipo B imobilizada por confinamento em poliuretano em relações com ácidos graxos e alcoóis na conversão em ésteres etílicos utilizados principalmente na industria de alimentos, na produção de aromas. Foram testados os alcoóis: etanol; npropanol; n-butanol; metanol e ácido butanoico; oleico e láurico, apresentando atividades significativas para oleato de etila e metila com 1469,28 U/g e 650,658 U/g. Para a síntese de butirato de etila e metila de 943,396 U/g e 2281,25 U/g e laurato de etila e propila 969,626 U/g e 1440,972 U/g. Os resultados obtidos mostram que a enzima imobilizada é capaz de catalisar reações de síntese entre álcoois e ácidos graxos de cadeia curta e longa a síntese de ésteres a partir de ácidos é importante para a geração de aroma e sabor utilizados principalmente nas indústrias de alimentos e bebidas.
The Candida antarctica Lipase B immobilized on polyurethane catalysed esterification of acetic acid with isoamyl alcohol in mechanical and ultrasonic system in a system solvent-free, was studied. The maximum esterification of isoamyl acetate used immobilized catalyst was the highest esterification, 666.05 U/g with 19 cycles of reuse after 360 minutes of reaction time in mechanical system and 1319.48 U/g was observed and 14 cycles de reuse after 60 minutes of reaction time in ultrasound system. Thus, the process was considered efficient with significant reduction of the reaction time, low instrumental requirements and improve the bioprocess performance. Until now, there were no studies available in the open literature in relation to the ester synthesis catalyzed by immobilized Lipase in polyurethane as support in the ultrasound system. In addition, considered an environmentally correct and economically viable technology, it can be used in cosmetics, pharmaceuticals and food industry.
The Candida antarctica lipase B immobilized on polyurethane catalyzed of esterification butanoic acid with ethyl alcohol in mechanical and ultrasonic system in a system solventfree, was studied. The maximum of ethyl butanoate esterification obtained 666.40 and 585.84 U.g -1 , whit 6 cycles de reuse in mechanical agitation (160 rpm) and mechanical ultrasound system (maximum power 1800 A, US 40 KHz, US 132 W) after 180 minutes of reaction time. The process was considered efficient with significant reduction of the reaction time, low instrumental requirements and improve the bioprocess performance. Until now, there were no studies available in the open literature in relation to the ester synthesis catalyzed by immobilized lipase in polyurethane as support in the ultrasound system. In addition, considered an environmentally correct and economically viable technology, it can be used in cosmetics, pharmaceuticals and food industry.
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