Desempenho de Diferentes Lipases Imobilizadas Na Síntese de Biodiesel
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LIPASESTRIACILGLICERÓIS COMO
RESERVA DE ENERGIA
TG são compostos de reserva de energia no ser humano e em animais. O maior núcleo de acumulação é o citoplasma de células adiposas.
• Glicose 4 kcal/g• Proteína 4 kcal/g• Lipídeos 9 kcal/g
São compostos apolares altamente reduzidos e anidros. Já as proteínas e carboidratos são hidratados e polares.
LIPASE Pancreática:
• A lipase está na célula adiposa é regulada por hormônios e catalisa a lipólise de TG da dieta no intestino.
• É produzida pelo pâncreas e liberada no intestino onde hidrolisa os lipídeos da dieta em ácidos graxos que são absorvidos pela parede intestinal. Na parede intestinal estes ácidos graxos são ressintetizados em TG e transportados pelos quilomicrons e lipoproteínas pelos vasos sanguíneos. Nos capilares os TG são novamente hidrolisados pela lipase em AG e transferidos para o fígado ou tecidos adiposos.
grupamento fosfato colina
H2C O C
O
H2C O
CHOC
O
R2
R1
P
O
O
O-
N+
CH3
CH3
CH3
AÇÃO DA FOSFOLIPASE
PANCREÁTICA: 1,3 específica
Definição Esterases:
Atuam em substratos solúveisHidrolisam ligações ésteres de ácidos
graxos de cadeia curta.
Definição Lipases:
Trialcilglicerol hidrolase (EC 3.1.1.3) catalisam a hidrólise de ligações éster.
Atuam em substratos insolúveis, particularmente na interface óleo/água
Hidrolisam ligações ésteres de cadeia longa
Hidrolisar emulsões de acilgliceróis de cadeia longa
Fontes de Lipases:
VegetaisAnimaisMicrobianas:
Fungos
Leveduras
Bactérias
Microganismos reconhecidamente produtores
de lipases:
• Alcaligenes sp. • Aspergillus niger • Candida rugosa • Humicola lanuginosa • Mucor miehei• Penicillium sp. • Pseudomonas sp• Rhizopus arrhizus • Rhizopus japonicus
Fabricantes:
Meito Sangyo Co. AMANO International Enzyme Co. Novo Nordisk Sigma Chemical Co. Gist-Brocades
Modo de ação:
As lipases são enzimas distintas das demais esterases por agirem em substratos não solúveis em água.
A ação catalítica se dá na interface óleo água e necessita de um substrato emulsionado para ser efetiva na hidrólise.
Esta característica é devido à conformação do sítio ativo que tem uma "tampa" que é ativada e aberta ao encontrar a interface óleo água no meio de reação.
Especificidades de ação:
a) Tipo de ácido graxo: específixas quanto ao tipo de ácidos graxos presentes no TG.
Cadeia longa insaturada ou curta saturada.
Exemplo: Lipase de Geotrichum sp reconhece ácido graxo de cadeia longa ( mínimo 18 carbonos) com insaturação no C 9. Ácido oleico e linoleico (C 9,12).
O
O-C-C-C-C-C-C-C-C-C=C-C-C-C-C-C-C-C-C-H
O-R2
O-R3
b) Posição do ácido graxo: Lipases que atuam nas posições 1e 3 no triglicerídeo.
Exemplos de lipases 1,3 específicas:
Lipase pancreática
Lipase do leite
Mucor miehei - NOVO
Penicillium roqueforti
Pseudomonas fragi
• Lipase 1,3 específica tem alta seletividade para ligações éster de glicerídeos na posição 1 e 3 primárias.
• Em solução aquosa catalisam a hidrólise de ésteres de ácidos graxos na posição 1 e 3 de TG, DG e MG.
Em determinadas condições a lipase hidrolisa a ligação éster na posição 2, mas com menor velocidade.
Rhizopus delemar: a lipase mostra atividade máxima por ligações ester de ácidos graxos com cadeia média de 8 carbonos.
Rhizomucor miehei: a lipase hidrolisa ligação éster de ácido graxo de 4 a 22 carbonos.
c) Estereoseletividade: Lipases podem ser específicas quanto ao tipo de enantiômero presente no éster ou em solução: Aplicação pode ser na resolução de misturas racêmicas ou síntese específica de compostos quirais.
d) Lipases não específicas: atuam em qualquer posição da ligação éster e em qualquer tipo de ácido graxo.
Exemplos:
• Candida lipolítica
• Candida rugosa
• Aspergillus flavus
• Lipase de aveia
• Lipase de óleo de mamona
AÇÃO DETERIORATIVA DAS LIPASES:
As lipases podem produzir rancidez indesejável em produtos derivados de leite, carne, peixes, cereais e outros contendo óleo e gorduras.
Aveia:
A lipase presente nos grãos de aveia hidrolisa os ésteres de ácidos graxos presentes que contém insaturação no carbono 9 ou 10. A liberação deste ácidos graxos provoca sabor e odor de ranço em misturas de cereais matinais. Ocorre também a formação de sabor amargo.
Leite:
• O leite possui em sua gordura TG compostos por AG C4-C10 cuja liberação por ação hidrolítica é favorável à formação de sabor e aromas característicos.
• Mas possui também ácidos graxos de cadeia longa C12 que podem dar sabor de sabão em derivados de leite.
Aplicações Industriais de lipases
• Hidrólise de óleos e gorduras• Transesterificação de óleos: produção de
análogos de cacau ou óleos enriquecidos e mergarinas
• Síntese de ésteres: Aromas, Emulsificantes,etc• Tratamento de Efluentes Industrias • Tratamento de couro• Detergentes• Farmacêutica: resolução de drogas e
formulação de produtos• Síntese de drogas quirais• Laticínios: na fabricação de queijos• Refinamento do processamento de óleo
1. LATICÍNIOS
Produção de queijos especiaisSíntese de compostos derivados de
lactose: emulsificantes Síntese de compostos de aromas: lactonas
2. MODIFICAÇÃO DE
ÓLEOS E GORDURAS As lipases têm sido usadas para
modificar a composição de triglicerídeos.O meio de reação é fundamental para se
direcionar a reação desejada:
• Meio aquoso: a hidrólise é a reação dominate: TG são hidrolisados para glicerol e AG.
• Meio orgânico: Em baixa concentração de água ou em meio com adição de solventes orgânicos como o n-hexano, ou octanol por exemplo, as lipases são capazes de catalisar as reações de síntese.Um exemplo disso é a reação de transesterificação na produção de análogos da manteiga de cacau:
Óleo de palma Lipase 1,3 específica Subst. de manteiga cacau
+ ácido esteárico
A gordura de manteiga de cacau exibe diversas propriedades desejáveis como o ponto de fusão, faixa de solidificação e propriedades organolepticas. Tem custo elevado no mercado.Estas propriedades resultam da composição e posição dos ácidos graxos que formam os TG:
Ácido esteárico (C18:0)Ácido oleico (C18:1)Ácido palmítico (C16:0)
A reação de esterificação usando lipase 1,3 específica de Rhizomucor miehei do óleo de palma com ácido esteárico produz TG parecidos aos presentes na manteiga de cacau:
OR á. esteáricoÁc. Oleico + ác. Esteárico ác. oleicoOR OR
Óleo de palma Análogo a manteiga Cacau
3. ENRIQUECIMENTO DE ÓLEOS COM ÁCIDOS GRAXOS POLINSATURADOS
Exemplos de ácido graxos com função benéfica à saúde:Ácido linolênico (C18:3- 6,9,12)
Papel hipocolesterolêmico
Capazes de diminuir VLDL e LDL colesterol
Podem ser aplicados no tratamento e prevenção de doenças cardiovasculares, diabetes, eczema atópico, TPM e hipertensão.
Àcidos graxos poliinsaturados tipo 3, encontrados em óleo de peixes:
• Àcido eicosapentaenóico: 20:5 (5,8,11,14,17)• Ácido docosapentaenóico: 22:5 (7,10,13,16,17)
Os AG 3 estão relacionados com a baixa incidência de doenças cardiovasculares nos esquimós pela diminuição nos níveis de triacilgliceróis e em menor nível de colesterol total no plasma.
As lipases podem ser usadas na transesterificação de óleos com os ácidos omega 3 para produzir compostos de interesse farmacêuticos e alimentos funcionais.
Àc. Linolênico + ác. Eicosapentaenóico (EPA) + glicerol
Lipase 1,3 específica
Ac. Linolênico
O
EPA
• Derivados de sacarose:Síntese de compostos derivados de sacarose:
emulsificantes Síntese de oligossacarídeos: Compostos
Funcionais
• PanificaçãoEmulsificantes e gorduras especiais
• DetergentesPatente Japonesa e Unilever
• Hidrólise de óleos e gorduras: obtenção de ácidos graxosTransformação de óleos de gorduras em
produtos de alto valor agregado:Triglicerídeos especiais composição
específica: Nutricional e FuncionalMelhor especificidade e pureza na obtenção
de ácidos graxosBiodiesel: transesterificação dos óleos em
combustível “ limpo”
Processo industrial de hidrólise convencional • 47,6 atm e 249oC por 2h.• Processo eficiente com conversão de 96-99%
(LINFIELD et alli, 1984)• Desvantagens (MACRAE & HAMMOND,
1985). • Perda do rendimento dos produtos (ácidos
graxos insaturados e hidroxi-ácidos graxos)• Ácidos Graxos escuros (re-destilados para
remoção dos sub-produtos e sua cor) (LINFIELD et alli, 1984).
Hidrólise enzimática de óleos e gorduras:
• VantagensRedução da temperatura de reaçãoEspecificidade posicionalEstereoespecificidade dessas enzimas.Condições brandas de reação:
• Exemplo:Hidrólise de sebo, óleo de coco e óleo de oliva, 26-
40oCConversão de 95-98% lipase de Candida rugosaObtenção de ácidos graxos puros
• Principal desvantagem: Custo operacional
Biodiesel
• Os biocombustíveis produzidos a partir de óleos vegetais têm despertado grande interesse da comunidade mundial em função de sua característica renovável e não poluente.
• Alguns países já possuem política de subsídios para produção em massa deste tipo de combustível.
• No entanto a produção destes compostos é realizada pela transesterificação química dos óleos com álcool em comdições drásticas de temperatura e pressaõ com utilização de álcali ou ácidos.
• As lipases têm sido estudadas como alternativa "limpa" para a transesterificação destes óleos com a vantagem de trabalharem com menor gasto de energia e sem produzir resíduos como o glicerol.
• Òleo de mamona com etanol podem ser esterificados com lipase em n-hexano 40% e até 10% de água:
CH2 - O - C=0 - R1
CH - O- C=O - R2 + CH3 - CH2OH R-C =0
etanol
CH2 - O- C=O - R3 O -CH2-CH3
Óleo de mamona biodiesel
Agradecemos à Agradecemos à todos pela todos pela Atenção ...Atenção ...
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