Esterification by immobilized lipase in solvent‐free media: Kinetic and thermodynamic arguments

Abstract

The aim of this study is to characterize, in solvent-free systems (SFS), the kinetic and thermodynamic performance of batch lipase-catalyzed esterification. SFS are compared to a conventional organic solvent, n-hexane. The esterification of oleic acid with ethanol was chosen as a model reaction. The TABEK (thermodynamic activity-based enzyme kinetics) approach was used to rationally analyze kinetics. Influence of the reaction medium on final conversions was also studied. Several factors, such as initial molar ratio of substrates, reactant availability, initial water content, and quantity of immobilized enzyme, were examined. Special attention was also turned to enzyme stability and reuse after reaction, this last item being a prerequisite in the development of industrial processes. SFS proved to be almost as efficient as n-hexane from a kinetic and thermodynamic point of view and offered a better volumetric production.

Producción de biodiesel a partir de residuos grasos animales por vía enzimática

“…Es decir que en el presente estudio se alcanzan mayores conversiones que las anteriormente reportadas para la reacción de transesterificación de grasas animales catalizada por lipasas inmovilizadas. Algunos de los esfuerzos realizados para alcanzar las mejores condiciones de reacción como los de Dizge y Keskinler (2008) y Yagiz et al (2007), utilizando aceites de desecho y aceite de cocina con la enzima TL IM de Thermomyces lanuginosa y los de Hsu et al (2003), con grasas de restaurantes y la lipasa inmovilizada de Pseudomonas cepacia, han identificado, al igual que en el presente trabajo, que el radio molar es un parámetro importante en este tipo de reacciones, sobre todo el caso del sistema libre de solvente (Sandoval et al, 2002) ayuda a alcanzar mayores conversiones de reacción, probablemente debido a que permite que baje la viscosidad y los sustratos sean más accesibles al sitio activo de la enzima. Sin embargo también es conocido que el exceso de etanol o metanol es un inhibidor de las lipasas (Sandoval et al, 2001).…”

“…En la mayoría de estudios similares donde se llevan a cabo reacciones de esterificación-transesterificación con solventes, se utiliza hexano debido a la estabilidad de las lipasas en este solvente (Chulalaksananukul et al, 1990;Guncheva y Zhiryakova, 2008;Sandoval et al, 2002). A diferencia de estos trabajos, en nuestro caso se eligió el terbutanol, ya que es más seguro que el hexano, pues es menos tóxico y menos volátil.…”

“…Además, en estudios preliminares de transesterificación de aceite de oliva con etanol, se observó mayor velocidad de reacción y conversión en terbutanol que en hexano (los datos no se presentan). Los mejores resultados de la transesterificación en terbutanol comparado con hexano pueden explicarse debido a que en este tipo de solventes más polares, el coeficiente de actividad termodinámica del alcohol, que además de ser sustrato es también inhibidor competitivo de la lipasa, disminuye; disminuyendo su disponibilidad real y volviéndose así menos inhibidor, además de tener una actividad termodinámica menor en el denominador de la constante de equilibrio (Sandoval et al, 2002).…”

“…Sandoval et al (2002) velocidad inicial de la reacción es independiente de la presencia del solvente y se ve afectado principalmente por el radio molar, sin embargo en nuestro caso al probar dos enzimas diferentes el efecto principal esta dado por este factor. Es comprensible la mayor velocidad obtenida al utilizar la lipasa N435 ya que se trata de una lipasa no selectiva hacia las tres posiciones del triglicérido, mientras que la lipasa RM IM es 1,3 regioselectiva (Schmid and Verger, 1998), por lo que la transesterificación sólo se completa después de que se realiza la migración intramolecular del acilo de la posición 2 a una de las otras posiciones.…”

Kinetics of Enzymatic Synthesis of Liquid Wax Ester from Oleic Acid and Oleyl Alcohol

“…Kinetic studies of processes using immobilized enzymes as catalysts are relatively scarce and have only became more important and studied in depth, in the last few years. Several studies have analyzed the kinetics on ester synthesis in terms of ping pong and bi-bi models [2][3][4] . However, those models are not sufficient to describe the kinetics due to the exclusion of product levels and the reactions depend very much on the initial rate conditions.…”