Desenvolvimento do processo de esterificação etílica enzimática de ácidos graxos em reator de leito fixo

Resumo: A síntese de biodiesel em processos industriais é feita principalmente por transesterificação alcalina de triacilgliceróis provenientes de óleos vegetais com álcoois de cadeia curta. Novos processos e catalisadores têm sido estudados para possibilitar o uso de matérias-primas residuais, com teores significativos de ácidos graxos livres e água, inadequadas para o processo usual de produção de biodiesel. Estes estudos também contribuem para a utilização de processos com baixo impacto ambiental e diminuição dos custos de produção de biodiesel. Recentemente, o processo de hidroesterificação vem sendo estudado para a produção de biodiesel, o qual envolve uma etapa de hidrólise dos triacilgliceróis seguida de esterificação dos ácidos graxos livres. Este processo permite a utilização de matérias-primas independente do teor de ácidos graxos livres e umidade, uma vez que na etapa de hidrólise os triacilgliceróis são misturados com água formando glicerol e ácidos graxos livres. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um processo de esterificação etílica de ácidos graxos por catálise enzimática em reator de leito fixo preenchido com sólido fermentado com atividade lipolítica. Como substratos, foram utilizadas misturas de ácidos graxos obtidas por hidrólise em água subcrítica de matérias graxas de baixo custo, em ausência de catalisador. Os micro-organismos de Rhizopus microsporus e Burkholderia cepacia foram utilizados para a produção de sólidos fermentados com atividade lipolítica por fermentação em estado sólido. Inicialmente, o sólido fermentado de Burkholderia cepacia LTEB11 foi selecionado como catalisador e utilizado diretamente na reação de esterificação etílica de ácidos graxos. O óleo ácido da borra de soja foi selecionado como substrato para o estudo em reator de leito fixo em sistema livre de co-solvente, onde foram obtidos 92% de conversão em 31 h. A conversão obtida no primeiro ciclo foi mantida por 4 ciclos, diminuindo para 64% após 8 ciclos, equivalentes a 384 h de uso. Finalmente, para um melhor entendimento do processo, foi feito um estudo do equilíbrio termodinâmico da reação de esterificação, avaliando-se a composição das fases, a sorção dos componentes da reação no sólido fermentado e a conversão no equilíbrio. A maior conversão em éster foi obtida com razão molar (etanol:ácido graxo) 1,5:1 e foi maior do que a calculada por modelo termodinâmico (80%). A sorção dos componentes da reação influenciou na conversão no equilíbrio, que diminuiu com o aumento da sorção dos componentes hidrofílicos no sólido fermentado. As melhores condições estabelecidas neste estudo para síntese de ésteres etílicos em reator de leito fixo foram: 12% de sólido fermentado (em relação à massa de ácidos graxos livres) com umidade inicial de 10% (em base seca), sistema reacional mantido sem agitação, com recirculação apenas da fase orgânica, a 45°C. O processo de hidroesterificação possibilitou o uso de matérias-primas residuais sem necessidade de pré-tratamento, e a aplicação direta do sólido fermentado dispensou etapas adicionais de recuperação e imobilização da lipase. Estes fatores podem contribuir para a redução dos custos do processo de produção de biodiesel utilizando lipases