a tecnologia enzimática no aproveitamento e aumento de...
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Instituto de Química - UFRJ
A Tecnologia Enzimática no Aproveitamento e Aumento
de Valor Agregado de Co-produtos e Resíduos
Industriais
Prof. Denise M. G. Freire
Instituto de Química - UFRJ
Lipases (triacilglicerol hidrolases - E.C. 3.1.1.3)
Catalisam reações de hidrólise de ligações éster de
triglicerídeos, produzindo diglicerídeos, monoglicerídeos,
glicerol e ácidos graxos
O
O
O
C
O
R1
C
O
R2
C
O
R3
OH
O
O C
O
R2
C
O
R3
OH
O
OH
C
O
R3
OH
OH
OH
OH
O
O C
O
R2
C
O
R3
OH
O
OH
C
O
R3
HO HOHOC
O
R1 C
O
R2 C
O
R3
lipaseH2O
+ + + +
+ ++
Instituto de Química - UFRJ
“Os substratos possíveis
para estas enzimas
podem ser
enumerados em
milhões” John Burdon
Haldane ao se referir às
lipases em sua monografia
publicada em 1930
Versatilidade
Instituto de Química - UFRJ
Produção das Enzimas
Fermentação Submersa
(FS)
Fermentação no Estado Sólido
(FES)
Microrganismos – Coleção de Culturas do LaBiM
Preparados Enzimáticos Microbianos de Baixo-custo
Instituto de Química - UFRJ
Tecnologia Enzimática em Produtos de
Diferentes Valores Agregados
Valor Agregado do Produto
Alternativa 4 Alternativa 2 Alternativa 3 Alternativa 1
TRATAMENTO DE EFLUENTES
Instituto de Química - UFRJ
Remoção de gordura dissolvida e/ou emulsionada baixa
Problemas
Custo dos floculantes e reagentes
Geração de Lodos com problemas
X Solução
Hidrólise de Gorduras e Proteínas
Choques de carga freqüentes
ENZIMAS
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Solução X Problema
Pré-Tratamento Enzimático Custo Proibitivo
Produção in situ
Baixos Custos
FES Rejeitos de baixo custo
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Tratamento hibrido Enzimático / Biológico
– Utilização de resíduos agro-industriais para produção de Hidrolases (Lipase, Protease e Amilase) utilizando FES
– Testes em reatores biológicos aeróbio (lodo ativado) e anaeróbio (UASB e Digestores)
Propriedade Intelectual (PES and PEL)
Lipases e Utilização em Tecnologia Ambiental
Patente solicitada em 2000 e carta patente deferida em 2009 – PI 0007101-3
Instituto de Química - UFRJ
Tratamento Biológico Aeróbio (Lodo ativado) + Enzimático (PES)
Estudo de Casos - Efluentes de Laticínios
0
20
40
60
80
100
Rem
oção
de D
QO
(%
)
Tempo
Controle Hidrolisado
400 mg/l
600 mg/l
800 mg/l
(dias)
0 60 90 120
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Estudo de Casos - Efluentes de Laticínios
Efluente Hidrolisado Efluente Bruto
Reator Biomassa Suspensa
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Reator Controle
Efluentes de Abate de Aves
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Reator
alimentado com
efluente pré-
hidrolisado
*
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Valor Agregado do Produto
Alternativa 4 Alternativa 2 Alternativa 3 Alternativa 1
Tecnologia enzimática em Produtos de
Diferentes Valores Agregados
Instituto de Química - UFRJ
Lipases e Indústria do Petróleo
Biodiesel
Mono-alquil ésteres de ácidos graxos obtidos a partir de fontes renováveis
de lipídeos, tais como os óleos vegetais e as gorduras animais, para uso
em motores de compressão (diesel).
O
O
O
C
O
R1
C
O
R2
C
O
R3
OH
O
O C
O
R2
C
O
R3
OH
O
OH
C
O
R3
OH
OH
OH
OH
O
O C
O
R2
C
O
R3
OH
O
OH
C
O
R3
R4O R4OR4OC
O
R1 C
O
R2 C
O
R3
lipase
+ + + +
+ ++
R4OH
Instituto de Química - UFRJ
Matéria –prima ?
Álcool – metanol x etanol
Qual a reação ?
Glicerina pura ou não ?
Aproveitamento para ração?
Qual o catalisador ?
Químico x Enzimático
Purificação ?
Álcool
FES x FS
Glicerina
bruta (loira)
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Lipase de Candida antartica (gene sintético)
Expressa em Pichia pastoris utlizando clone
tranformado pelo vetor de expressão constitutiva
pPGKΔ3_PRO_LIPB
Produção de lipase (LiPB) em biorreator
instrumentado de 2L
Fonte de Carbono – Glicerina Loira residual
da produção de Biodiesel metílico de soja
CASTRO, A. M., BEVILAQUA, Juliana Vaz, FREIRE, Denise Maria Guimarães, Torres, F.A.G., SANTAANNA, Lidia Maria
de Melo, GUTARRA, Melissa Limoeiro Estrada, Barbosa, C.A, ALMEIDA, Rodrigo Volcan, MENEZES, R. R., CUNHA,
Aline Gomes
Processo de produção de lipases por meio de modificação genética de leveduras, 2009 Patente: Privilégio de Inovação n.PI 020090118146, PROCESSO DE PRODUÇÃO DE LIPASES POR MEIO. 17 de Dezembro de 2009 (Depósito);
Produção da LipB recombinante
por FS
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Esterificação – PES R.miehei, CalB recombinante e
CalB comercial
0
20
40
60
80
100
0 40 80 120
Co
nv
ers
ão
(%
)
Tempo (h)
Rhyzomucor miehei
CalB recombinante
CalB comercial
Ácido oleico:etanol 1:1 40oC
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Lipases e Indústria do Petróleo
Biolubrificantes
Lubrificantes biodegradáveis obtidos a partir de fontes renováveis de
lipídeos.
OCH3
OH
O
O
OO
+
C17H33O
O
C17H33O
OC17H33O
O
+ 3 CH3OH
Ricinoleato de metila
Biolubrificante
OH
OHOH
Trimetilolpropano
Lipase
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Lipase Conversão 48 h
(%)
Conversão 72 h
(%)
Candida antartica
Novozym 435
6,2 10,2
Rhizumucor miehei
Lipozym IM RM
11,8 13,6
Candida rugosa
Lipomod 34P
72,3 93,0
Substratos: Biodiesel Metílico de Mamona + TMP
Biolubrificantes com excelentes propriedades como IV (148) ,
V(cSt) 40oC (307), V(cSt) 100oC (29), Ponto de fluidez -42oC ,
problemas com estabilidade a oxidação que está sendo corrigido
com formulações.
Pedido de Patente UFRJ/Petrobras 2011
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Valor Agregado do Produto
Alternativa 4 Alternativa 2 Alternativa 3 Alternativa 1
Tecnologia Enzimática em Produtos de
Diferentes Valores Agregados
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O
O
O
C
O
R1
C
O
R2
C
O
R3
OH
O
O C
O
R2
C
O
R3
OH
O
OH
C
O
R3
HO HOHOC
O
R1 C
O
R2 C
O
R3
lipaseR4COOH
+ + +
+ ++
O
O
O
C
O
R4
C
O
R2
C
O
R3
OH
O
O C
O
R4
C
O
R3
+
OH
O
OH
C
O
R4
EPA (Ácido eicosapentanóico – 20:5n3)
DHA (Ácido docosahexanóico – 22:6n3)
Lipases na Indústria de Alimentos
Reação de interesterificação entre óleo de peixe hidrolisado e óleo de palma e óleo de coco
para enriquecimento em PUFAs – Lipase de Pinhão manso (PEV)
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EPA
DHA
Óleo de Coco Óleo de Coco + Óleo de Peixe
Óleo de Palma Óleo de Palma + Óleo de Peixe
EPA
DHA
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Ácido Graxo
Poli-
insaturado
Dose Diária
Recomendada*
(mg)
O.C. após a
Reação de
Interesterificação
O.P. após a
Reação de
Interesterificação
O.O. após a
Reação de
Interesterificação
EPA + DHA 135 a 270 296 304 312
Análise da dose diária de ingestão de EPA e DHA recomendada
*Institute of Medicine 2005 (EUA) – Dietary Reference Intake
Obs: Valores calculados levando-se em consideração a medida de uma colher de sopa (±
8,0g)
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Valor Agregado do Produto
Alternativa 4 Alternativa 2 Alternativa 3 Alternativa 1
Tecnologia Enzimática em Produtos de
Diferentes Valores Agregados
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Intermediários para síntese de 1-D-6-deoxi-6-fluoro-mio-inusitol (6-Fins)
forte inbidor do crescimento de Trypanosoma cruzi
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+Novozym 435
O
OOBn
OBn
OHOH
rac-2
O
OOBn
OBn
OAcOH
L-3
BnO
OO
OH
OHOBn
D-2
EtOAc1
4
5 5
0
10
20
30
40
0 10 20 30 40 50 60
Time (hours)
Co
nvers
ion
(%
)
80
82
84
86
88
90
92
94
96
98
100
En
an
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