Efeito da temperatura, razão molar e tempo na síntese de ascorbil oleato em micro-ondas

Os resultados obtidos seguindo a metodologia descrita no item 3.2.3, com diferentes razões molares, com as respectivas temperaturas utilizadas e quantidade de solvente definida para solubilização total dos substratos são apresentadas nas Figuras 20, 21 e 22. Pode-se observar que a máxima conversão em ascorbil oleato atingida em sistema reacional em micro-ondas a 80 °C foi de 43 % em 1 h de reação. A 70 °C a maior conversão foi de 61 %, também em 1 h, e a 60 °C a máxima conversão foi de 90 % em 2 h de reação. Esses resultados podem ser observados nas Figura 20, Figura 21 e Figura 22 das cinéticas de produção do ascorbil oleato em razões molares diferentes (1:1, 1:3, 1:6 e 1:9).

Figura 20 - Cinéticas da síntese enzimática de ascorbil oleato em micro- ondas realizadas na temperatura de 80 °C, 5 % Novozym 435®

Figura 21 - Cinéticas da síntese enzimática de ascorbil oleato em micro- ondas realizadas na temperatura de 70 °C, 5 % Novozym 435®

Figura 22 - Cinéticas da síntese enzimática de ascorbil oleato em micro- ondas realizadas na temperatura de 60 °C

Comparando os resultados obtidos nas reações realizadas no micro-ondas e ultrassom nas mesmas condições experimentais (Figura 23), pode-se concluir que a utilização do micro-ondas mostrou ser mais eficiente do que o uso de ultrassom, resultando em maior conversão em éster na mesma razão molar, em menor temperatura e menor tempo de reação. Isto está relacionado com a eficiência do micro-ondas na irradiação ao meio reacional. Observa-se que com o aumento da concentração do ácido oleico aumenta-se a quantidade de produto formado para ambos os sistemas. As cinéticas de micro-ondas foram realizadas de forma destrutiva e as cinéticas no ultrassom de forma não destrutiva.

O estudo de Costa et al. (2014), os quais realizaram uma pesquisa para a produção de ascorbil palmitado utilizando micro-ondas (caseiro), 50 W de potência, 1 h de reação, razão molar 1:5 (ácido ascórbico: ácido palmítico), 3 mL de álcool terc-amílico, Novozym 435® e peneira molecular (3 Å) e obtiveram 71 % de conversão, relata que o micro- ondas é eficiente para a síntese e que a temperatura não tem efeito significativo.

Acredita-se que a composição de cada material e seu estado físico (líquido ou sólido) determinam o tipo de deslocamento das cargas assim como a sua capacidade em transformar a energia das micro-ondas em calor.

Figura 23 - Cinética comparativa da reação em ultrassom e em micro-ondas nas mesmas condições experimentais [70 °C; 5 % Novozym 435®; terc- butanol; ácido ascórbico:ácido oléico (1:9, 1:6 e 1:3)]

Um experimento de controle na ausência de enzima foi realizado e não apresentou qualquer conversão, mostrando que apenas a irradiação de micro-ondas sem presença do catalisador não foi capaz de conduzir a reação. Assim, mostra-se a existência de uma sinergia clara entre catálise enzimática e a irradiação por micro-ondas.

O micro-ondas é uma tecnologia emergente que proporciona uma energia alternativa para realizar reações enzimáticas. Em enzimas, em que os grupos polares, tais como OH e NH2 estão presentes podem absorver a energia das micro-ondas. Por conseguinte, a atividade, seletividade e estabilidade da enzima pode ser modificada por aquecimento das micro-ondas. A energia das micro-ondas são transferidas diretamente entre o campo eletromagnético e o perfil estrutural polar, que poderia induzir mudança conformacional na enzima, resulta na alteração das propriedades enzimáticas. Além disso, a absorção direta da irradiação de micro-ondas pelos substratos polares pode conduzir a uma maior reatividade dos grupos funcionais envolvidos na reação enzimática. Assim, esta investigação revelou que a irradiação de micro-ondas mostra ser uma tecnologia promissora para aumentar a eficiência da biocatálise (ZIAULLAH et al., 2014).

A irradiação de micro-ondas está provando ser uma fonte de energia limpa, eficiente, conveniente e tem sido utilizada em algumas

reações catalisadas por enzimas (DA ROS et al., 2012; GAI et al., 2013). Este tipo de irradiação acelera a velocidade inicial das reações e mesmo a enantioseletividade das enzimas (CHEN et al., 2008; LEADBEATER et al., 2007).

Outros estudos têm investigado o efeito da irradiação de micro- ondas em sistemas reacionais catalisados por enzimas. Por exemplo, Shinde et al. (2014) estudaram o efeito sinérgico da irradiação de micro- ondas na catálise enzimática enantiosseletiva para resolução do analgésico Cetorolac®. Verificaram que a conversão foi mais rápida sob irradiação em comparação com aquecimento convencional. Os autores atribuíram os efeitos positivos do uso de micro-ondas não somente ao efeito térmico, mas também à absorção da radiação pelos substratos com alta constante dielétrica, causando ativação dos grupos funcionais na interface.

A enzima comportou-se de forma diferente e em menos tempo catalisou a reação, isso pode ser devido à mudança conformacional na enzima facilitando o substrato de se aproximar do local ativo da enzima com mais facilidade sob irradiação de micro-ondas que sob aquecimento convencional.

O aquecimento por micro-ondas envolve absorção de energia por grupos funcionais que levam condutividade iônica ou um efeito de rotação de dipolo e esta energia é então liberada na solução. Por outro lado, o ultrassom é um processo mecânico. Os efeitos químicos e físicos do ultrassom surgem de colapso por cavitação, o que produz condições extremas localmente e, portanto, induz à formação de espécies químicas não prontamente obtidas sob condições convencionais (RUFINO et al., 2010).

Fortuny (2008) diz que os materiais constituídos de moléculas polarizáveis, os dipolos se alinham na direção do campo elétrico quando este se encontra ativo e deslocam-se de forma aleatória quando o campo anula-se. Esse efeito é altamente dependente da freqüência do campo elétrico e do tempo necessário para que os dipolos retornem ao seu estado de desordem inicial. Para baixas frequências de radiação o tempo em que o campo elétrico muda de sentido é superior ao tempo de resposta dos dipolos.

A indústria de oleoquímicos, em particular, tem um interesse permanente no controle das propriedades físicas, funcionais e organolépticas dos produtos e os seus derivados. O potencial da tecnologia enzimática para o desenvolvimento de novos produtos ou conhecidos a custos mais competitivos atende a necessidade desse segmento industrial em expandir suas metas. No entanto, as reações

catalisadas por lipases são geralmente lentas. A aplicação de campos eletromagnéticos de alta frequência (micro-ondas) é uma das estratégias recomendadas para acelerar estas reações, a fim de obter rendimentos elevados em tempo mais curto

4.2.2 Efeito da peneira molecular na síntese de ascorbil oleato em