Produção sustentável de novos ésteres provenientes de matérias-primas renováveis e potencial aplicação como bioplastificantes em filmes de pvc: uma abordagem para a aplicação de lipases

Abstract

A presente Dissertação de Mestrado consiste em produzir ésteres a partir de materiais renováveis: óleos vegetais (refinados ou residuais) e óleo fúsel (OF), uma mistura de álcoois superiores obtidos da destilação do bioetanol, para aplicação como plastificantes em filmes flexíveis de Poli(Cloreto de Vinila) (PVC). A primeira etapa consistiu na hidrólise enzimática do óleo de soja residual, utilizando como catalisador uma formulação comercial em pó de lipase não específica obtida de Candida rugosa, para sua conversão em ácidos graxos livres (AGL). A hidrólise completa ocorreu em reator fechado a 40 ºC sob agitação mecânica de 1500 rpm, durante 3 h empregando um carregamento de 3,2 g de lipase por quilo de meio reacional preparado apenas com óleo (40% em massa) e água. Os AGL foram lavados, desidratados e empregados como matéria-prima na esterificação com óleo fúsel desidratado, conduzida em meio isento de solventes. A reação foi catalisada pela lipase Eversa® Transform 2.0 (ET2.0) expressa em Aspergillus oryzae, imobilizada por adsorção hidrofóbica em partículas de poli(estireno-divinilbenzeno). Este biocatalisador foi preparado pela adsorção da lipase em baixa força iônica (5 mmol.L-1 tampão acetato de sódio – pH 5,0), a 25 ºC por 24 h de contato empregando um carregamento inicial de 40 mg de proteína por grama de suporte, obtendo-se a concentração final de 31 mg de ET2.0 imobilizada por grama de suporte. Fatores relevantes à produção de éster como razão molar AGL:OF, temperatura e concentração de biocatalisador foram avaliados, empregando delineamento composto central rotacional. Conversão da esterificação na ordem de 90% foi alcançada após 60 min de reação conduzida nas condições ótimas (40 ºC, razão molar AGL:OF de 1:2,5 e concentração de biocatalisador de 21% em massa com relação à massa total de reagentes). Nestas mesmas condições, a máxima conversão empregando ET2.0 na forma livre foi de 25%. Testes de reuso revelam que o biocatalisador reteve quase toda a sua atividade original após 20 sucessivas bateladas. Foi comprovada a obtenção da mistura de ésteres com alta pureza por ressonância magnética nuclear (RMN). Análises de termogravimetria demonstraram que o produto possui elevada estabilidade térmica e baixa volatilidade até 200 ºC. AGLs vindos de outras fontes oleaginosas (óleos refinados de canola, milho, mamona e soja, e de óleo bruto da polpa de macaúba) apresentaram resultados similares de esterificação nas mesmas condições. A lipase livre foi mais ativa que o biocatalisador apenas na esterificação de ácidos graxos obtidos do óleo de mamona, onde no equilíbrio, a máxima conversão em ésteres dobrou em relação aos óleos vegetais supracitados (44% após 25 min de reação). Este estudo demonstra a promissora aplicação do biocatalisador preparado na produção sustentável de ésteres de óleo fúsel a partir de diversas matérias-primas oleaginosas, incluindo óleo residual. O produto obtido foi aplicado como bioplastificante em filmes flexíveis de PVC avaliados quanto a sua volatilidade, envelhecimento térmico, migração e transparência. Os testes de caracterização realizados comprovaram a interação do éster com a matriz polimérica, porém seus resultados foram insatisfatórios para a aplicação como plastificante primário. Transformações químicas na cadeia do éster, como epoxidação, podem aumentar suas interações.