Immobilization of lipases by CLEA technique for synthesis of biodiesel in vortex flow reactor

Due to the heterogeneity of the vegetable oils used in the synthesis of biodiesel, they can be transformed more quickly using a mixture consisting of lipases with different activities and specificities instead of single lipases. In this context, this PhD work aimed to evaluate the enzymatic synthesis of biodiesel in vortex flow reactor catalyzed with a mixture of lipases. The lipases were selected and later immobilized by a low-cost technique known as CLEA (cross-linked enzyme aggregate). Mixtures of two lipases from different sources including Thermomyces lanuginosus (TLL), Candida antarctica fraction B (CALB), porcine pancreas (PPL) and Pseudomonas fluorescens (PFL) lipases were evaluated in the transesterification of soybean oil. The mixture of 50 % of PPL and 50 % of TLL reached the highest concentration of fatty acid ethyl esters (FAEE). Under the conditions evaluated, it was obtained 22.03% in 8 h, whereas the individual lipases, TLL and PPL reached 4.32 % and 0.22 % of FAEE, respectively. These lipases were individually immobilized by CLEA technique and evaluated (individually and mixed) in the ethylic transesterification of soybean oil. The PPL CLEA, called PPL-SP-CLEA, reached around 60 % FAEE, a concentration 12 times higher than that achieved with soluble PPL after 34 h of reaction and with a 2-fold lower enzymatic loading. On the other hand, the LTL CLEA, called LTL-SDS-CLEA, was prepared using ethanol as a precipitant, the surfactant sodium dodecyl sulfate (SDS) and glutaraldehyde. The CLEAs LPP-PS-CLEA and LTL-SDS-CLEA were used in a mixture (50 % - 50 %) to catalyze the transesterification of soybean oil. The use of the mixture within 48 hours of reaction resulted in the increase of the final FAEE concentration of almost 20% relative to the individual CLEAs. Through 10 h of reaction, the mixture of CLEAs reached 90% of the FAEE mass concentration. Finally, this mixture was evaluated in the vortex flow reactor, reaching 86.1% of FAEE in 6 h of reaction and saving nearly 80% of activity through 5 cycles of reaction. The mixture of CLEAs LPP-PS-CLEA and LTL-SDS-CLEA showed to be a potential approach to improve the rate of the transesterification reaction, by the synergistic action of lipases.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Devido à heterogeneidade dos óleos vegetais usados na síntese de biodiesel, estes podem ser transformados mais rapidamente usando uma mistura constituída por lipases com diferentes atividades e especificidades, em vez de lipases únicas. Neste contexto, este trabalho de doutorado teve por objetivo avaliar a síntese enzimática de biodiesel em reator de fluxo em vórtice, catalisada por uma mistura de lipases que foram selecionadas e imobilizadas através de uma técnica de baixo custo conhecida como CLEA (do inglês cross-linked enzyme aggregate). Misturas de duas lipases de diferentes fontes incluindo as lipases de Thermomyces lanuginosus (LTL), Candida antarctica fração B (CALB), pâncreas de porco (LPP) e Pseudomonas fluorescens (LPF) foram avaliadas na transesterificação do óleo de soja. A mistura de LPP e LTL alcançou a maior concentração de ésteres etílicos de ácidos graxos (EEAG) nas condições avaliadas, 22,03% com 8 h, enquanto que as lipases individuais LTL e LPP alcançaram 4,32% e 0,22% de EEAG, respectivamente. Essas lipases foram imobilizadas individualmente usando a técnica CLEA e avaliadas individualmente e misturadas na transesterificação etílica de óleo de soja. CLEA de LPP, preparado com proteína de soja, denominado LPP-PS-CLEA, alcançou em torno de 60% de EEAG, uma concentração 12 vezes maior que a alcançada com a LPP solúvel após 34 h de reação e com uma carga enzimática duas vezes mais baixa. CLEA de LTL foi preparado na presença do surfactante dodecil sulfato de sódio (SDS), denominado LTL-SDS-CLEA, e usado para compor uma mistura com LPP-PS-CLEA (50% - 50%, em atividade) para catalisar a transesterificação etílica do óleo de soja. O uso da mistura, em 48 h de reação, resultou em um aumento na concentração final de EEAG de aproximadamente 20% em relação aos CLEAs individuais. Com 10 h de reação, a mistura de CLEAs alcançou 90% de concentração mássica de EEAG. Finalmente, a mistura dos CLEAs foi avaliada no reator de fluxo em vórtice, alcançando 86,1% de EEAG com 6 h de reação e mantendo entorno de 80% da atividade durante 5 ciclos de reação. A mistura de CLEAs de LPP e LTL se mostrou promissora na síntese de biodiesel, particularmente pelo uso de uma lipase de baixo custo (LPP) e de uma técnia simples de imobilização de enzimas sem a necessidade do uso de suportes sólidos.FAPESP: 2016/10636-8CNPq: 405889-2016-