Enzymatic conversion of triacylglycerols to mono and diacilglycerols of industrial interest

Mono e diacilgliceróis são produtos empregados na indústria alimentícia, farmacêutica, cosmética e química como emulsificantes e melhoradores de viscosidade de produtos alimentícios, cosméticos e farmacêuticos. No entanto, a forma mais usual de obtê-los é por síntese química, o que acaba rendendo produtos finais caros e com atributos de qualidade, rendimento e de aplicabilidade tecnológica inferiores aos esperados. A busca por formas de obtenção mais racionais, eficientes e com melhor padrão de qualidade destes produtos foi o objetivo principal do trabalho, por meio de hidrólise parcial enzimática, que necessita de condições de reação mais brandas. Foram avaliadas a hidrólise enzimática descontína, empregando como substrato a trioleína técnica, e a hidrólise enzimática descontínua-alimentada, usando como substrato o óleo de girassol médio oléico. Foi utilizada, em ambos processsos, a lipase imobilizada sn-1,3 específica Lipozyme RM IM (de Rhizomucor miehei). A caracterização dos padrões e dos substrados, bem como o acompanhamento da formação dos produtos da hidrólise enzimática foram feitos por determinação da porcentagem de hidrólise, cromatografia em camada delgada (TLC), dos perfis das curvas de fusão e cristalização por calorimetria diferencial de varredura (DSC), cromatografia gasosa (CG) e cromatografia de exclusão de tamanho de alto desempenho (HPSEC). Os parâmetros de hidrólise descontínua foram o tempo de reação, a temperatura e a concentração inicial de substrato. Os parâmetros de hidrólise descontínua-alimentada foram tempo de enchimento e intervalo de alimentação de substrato. Para as respostas analíticas de porcentagem de hidrólise e de composição de frações lipídicas foi aplicado um modelo de regressão múltipla com base em metodologia de superfície de resposta. Os resultados experimentais observados nas reações de hidrólise enzimática descontínua de trioleína técnica mostraram de 24,7 a 34,2% de mono e diacilgliceróis (para 5% de óleo na emulsão) e de 21,4 a 33,6% de mono e diacilgliceróis (para 20% de óleo na emulsão). Os resultados experimentais observados nas reações de hidrólise enzimática descontínua-alimentada de óleo de girassol médio oléico (para 15% de óleo na emulsão), mostraram de 7,9 a 31,8% de mono e diacilgliceróis. Os modelos de superfície de resposta foram considerados significativos e preditivos. As hidrólises obtidas no formato descontínuo e descontínuo-alimentado permitiram efetivamente a obtenção de frações de mono/ diacilgliceróis com vários graus de eficiência de conversão e com corretas identificação e quantificação das frações de lipídios procuradas. As correlações feitas entre porcentagem de hidrólise e entalpias de cristalização e fusão, corroboradas com os resultados qualitativos e/ou quantitativos diretos obtidos na cromatografia de camada delgada (TLC) e de HPSEC, demonstraram que estes atributos podem positivamente indicar a ocorrência efetiva de reação de hidrólise, além de auferir uma escala de desempenho de reação alinhada com o previsto na literatura, à medida que são aumentadas a temperatura, o tempo de hidrólise e a porcentagem inicial de substrato oleoso, sob regime descontínuo, e que puderam ser melhoradas, de forma inovadora, sob parâmetros de tempo total de alimentação e de intervalo de alimentação, sob regime descontínuo-alimentado. A hidrólise parcial enzimática de triacilgliceróis utilizando lipase imobilizada sn-1,3 específica pode ser considerada uma alternativa às vias químicas para a produção de misturas de mono e diacilgliceróis para utilização como aditivos químicos.Mono and diacylglycerols are products used in the food, pharmaceutical, cosmetic and chemical industries as emulsifiers and viscosity improvers for food products, cosmetics and pharmaceuticals. However, the most usual forms of obtaining them are by chemical synthesis, which ends up yielding expensive final products with attributes of quality, yield and technological applicability lower than expected. The search for more rational, efficient and better quality standards of these products was the aim of the work, through partial enzymatic hydrolysis, which requires milder reaction conditions. Discontinuous enzymatic hydrolysis was evaluated using technical triolein as substrate and discontinuous-fed enzymatic hydrolysis using as the substrate the mid oleic sunflower oil. In both processes, immobilized lipase sn-1,3 specific Lipozyme RM IM (from Rhizomucor miehei) was used. The characterization of the patterns and substrates, as well as the monitoring of the formation of the products from the enzymatic hydrolysis were made by determining the percentage of hydrolysis, thin layer chromatography (TLC), profiles of the melting and crystallization curves by differential scanning calorimetry ( DSC), gas chromatography (GC) and high performance size exclusion chromatography (HPSEC). The parameters of discontinuous hydrolysis were the reaction time, the temperature and the initial substrate concentration. The parameters of discontinuous-fed hydrolysis were filling time and substrate feed interval. For the analytical responses of hydrolysis percentage and composition of lipid fractions a multiple regression model was applied based on response surface methodology. The experimental results observed in the reactions of discontinuous enzymatic hydrolysis of technical triolein indicated amounts of mono- and diacylglycerols from 24.7 to 34.2% (for 5% of oil in the emulsion) and from 21.4 to 33.6% for mono and diacylglycerols with 20% oil in the emulsion. The experimental results observed in the reactions of discontinuous-fed enzymatic hydrolysis of mid oleic sunflower oil (for 15% oil in the emulsion), showed from 7.9 to 31.8% of mono and diacylglycerols. Response surface models were considered significant and viii predictive. The hydrolysis obtained in the discontinuous and discontinuous-fed form allowed to obtain fractions of mono / diacylglycerols with various degrees of conversion efficiency and with correct identification and quantification of the lipid fractions sought. The correlations between the percentage of hydrolysis and enthalpies of crystallization and fusion, corroborated with the qualitative and / or quantitative direct results obtained in thin layer chromatography (TLC) and HPSEC, showed that these attributes can positively indicate the effective occurrence of reaction of Hydrolysis, in addition to achieving a reaction performance scale in line with the literature, as the temperature rate, the hydrolysis time and the initial percentage of oily substrate are increased under a discontinuous regime and can be improved, in a innovative form, under parameters of total filling time and feeding interval, under a fed-batch regime. The partial enzymatic hydrolysis of triacylglycerols using specific sn-1,3-specific immobilized lipase may be considered an alternative to the chemical pathways for the production of mono- and diacylglycerol blends for use as chemical additives