A Tecnologia Enzimática no Aproveitamento e Aumento
de Valor Agregado de Co-produtos e Resíduos
Industriais
Prof. Denise M. G. Freire
[email protected]
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
R
1C
O
R
2C
O
R
3OH
O
O C
O
R
2C
O
R
3OH
O
OH
C
O
R
3OH
OH
OH
OH
O
O C
O
R
2C
O
R
3OH
O
OH
C
O
R
3HO
C
HO
HO
O
R
1C
O
R
2C
O
R
3lipase
H
2O
+
+
+
+
+
+
+
“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
Produção das Enzimas
Fermentação Submersa
(FS)
Fermentação no Estado Sólido
(FES)
Microrganismos – Coleção de Culturas do LaBiM
Tecnologia Enzimática em Produtos de
Diferentes Valores Agregados
Valor Agregado do Produto
Alternativa 4
Alternativa 2
Alternativa 3
Alternativa 1
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
Solução X Problema
Pré-Tratamento Enzimático
Custo Proibitivo
Produção in situ
Baixos Custos
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
Tratamento Biológico Aeróbio (Lodo ativado) + Enzimático (PES)
Estudo de Casos - Efluentes de Laticínios
0 20 40 60 80 100 R e m o ç ã o d e D Q O ( % )
Tempo
Controle
Hidrolisado
400 mg/l
600 mg/l
800 mg/l
(dias)
0
60
90
120
Estudo de Casos - Efluentes de Laticínios
Efluente Hidrolisado
Efluente Bruto
Reator Controle
Reator
alimentado com
efluente
pré-hidrolisado
Valor Agregado do Produto
Alternativa 4
Alternativa 2
Alternativa 3
Alternativa 1
Tecnologia enzimática em Produtos de
Diferentes Valores Agregados
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
R
1
C
O
R
2
C
O
R
3
OH
O
O C
O
R
2
C
O
R
3
OH
O
OH
C
O
R
3
OH
OH
OH
OH
O
O C
O
R
2
C
O
R
3
OH
O
OH
C
O
R
3
R
4
O
C
R
4
O
R
4
O
O
R
1
C
O
R
2
C
O
R
3
lipase
+
+
+
+
+
+
+
R
4
OH
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)
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
Esterificação – PES R.miehei, CalB recombinante e
CalB comercial
0 20 40 60 80 100 0 40 80 120 Co n v er sã o ( % ) Tempo (h) Rhyzomucor miehei CalB recombinante CalB comercialLipases e Indústria do Petróleo
Biolubrificantes
Lubrificantes biodegradáveis obtidos a partir de fontes renováveis de
lipídeos.
OCH
3OH
O
O
O
O
+
C
17H
33O
O
C
17H
33O
O
C
17H
33O
O
+ 3 CH
3OH
Ricinoleato de metila
Biolubrificante
OH
OH
OH
Trimetilolpropano
Lipase
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) 40
o
C (307), V(cSt) 100
o
C (29), Ponto de fluidez -42
o
C ,
problemas com estabilidade a oxidação que está sendo corrigido
com formulações.
Valor Agregado do Produto
Alternativa 4
Alternativa 2
Alternativa 3
Alternativa 1
Tecnologia Enzimática em Produtos de
Diferentes Valores Agregados
O
O
O
C
O
R
1C
O
R
2C
O
R
3OH
O
O C
O
R
2C
O
R
3OH
O
OH
C
O
R
3HO
C
HO
HO
O
R
1C
O
R
2C
O
R
3lipase
R
4COOH
+
+
+
+
+
+
O
O
O
C
O
R
4C
O
R
2C
O
R
3OH
O
O
C
O
R
4C
O
R
3+
OH
O
OH
C
O
R
4 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)
EPA
DHA
Óleo de Coco
Óleo de Coco + Óleo de Peixe
Óleo de Palma
Óleo de Palma + Óleo de Peixe
EPA
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)
Valor Agregado do Produto
Alternativa 4
Alternativa 2
Alternativa 3
Alternativa 1
Tecnologia Enzimática em Produtos de
Diferentes Valores Agregados
Intermediários para síntese de 1-D-6-deoxi-6-fluoro-mio-inusitol (6-Fins)
forte inbidor do crescimento de Trypanosoma cruzi
+
Novozym 435
O
O
OBn
OBn
OH
OH
rac-2
O
O
OBn
OBn
OAc
OH
L-3
BnO
O
O
OH
OH
OBn
D-2
EtOAc
1 4 5 5 0 10 20 30 40 0 10 20 30 40 50 60 Tim e (hours) C o n v e rs io n ( % ) 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 100 E n a n ti o m e ri c e x c e s s (% ) Conversion eeLaborat
Laboratóório de Biotecnologia rio de Biotecnologia Microbiana
