Síntese de ésteres de aromas catalisada por lipase b de candida antarctica imobilizada em partículas core-shell ps-co-dvb/ ps-co-dvb

Abstract

Os aromas são amplamente empregados na indústria de alimentos, porém quando obtidos de fontes naturais são insuficientes e apresentam baixo rendimendo, quando obtidos por síntese química são considerados artificiais, influenciando negativamente na escolha do consumidor, em virtude das tendências à alimentação saudável e ao consumo consciente. A biocatálise de aromas por enzimas é considerada um método natural e alternativo para tal problema. As lipases (E.C.3.1.1.3.), sob condições específicas, são capazes de sintetizar ésteres de aromas, empregados como flavorizantes na indústria de alimentos. Porém na sua forma livre apresentam desvantagens, sendo utilizada a técnica de imobilização em suportes para melhoria de alguns parâmetros e recuperação do biocatalisador. A aplicação de energia ultrassônica em reações bioteconlogicas vem sendo amplamente estudada por promover uma maior interação entre fases, melhorando a homonegeidade e transferência de massa no meio reacional, sendo considerada uma tecnologia de alta eficiência, considerada verde. Além disso, com o intuito de aumentar ainda mais o rendimento da reação, as peneiras moleculares, zeólitas artificiais, podem ser empregadas a fim de deslocar equilíbrio da reação no sentido dos produtos. No presente trabalho, foi estudada a síntese de ésteres de aroma catalisada por lipase B de Candida antarctica imobilizada em suporte sólido de poliestireno através do método core-shell utilizando divinilbenzeno como agente de crosslinking. A síntese do laureato de butila apresentou melhores rendimentos (84,05 %) em 1 h nos testes preliminares utilizando iso octano como solvente. A concentração máxima de substratos que pode ser utilizada foi de 1,0 M. Um delineamento composto central foi elaborado a fim de analisar a influência dos parâmetros como temperatura, razão molar dos substratos e quantidade de enzima. A metodologia de superfície de resposta foi elaborada, definindo-se a condição ótima de reação como sendo à 40 ºC; 1,3:1 na razão ácido láurico:butanol; 8 % de enzima. A estabilidade operacional da enzima foi testada em banhos-maria de agitação mecânica e ultrassônica em bateladas seguidas com intervalo de 24 h. A enzima foi reutilizada por sete ciclos com rendimento relativo de aproximadamente 60 % em ambas agitações, demonstrando que a energia ultrassônica pode ser substituída sem prejuízos. As peneiras moleculares em diferentes concentrações foram testadas, aumentando o rendimento para 92,3%. Deste modo, a síntese otimizada de laureato de butila apresentou valores de rendimentos expressivos, podendo ser utilizada uma tecnologia considerada verde para sua obtenção.

Flavors are widely employed in the food industry, but when they are obtained from natural sources, they are insufficient and present a low yield and when they are obtained through chemical esterification, they are considered artificials, influencing on a negative way on consumer´s choice, due to the trends of a healthy diet and a conscious consumption. The biocatalysis of aromas by enzymes is considered a natural and an alternative method for such a problem. Lipases (E.C.3.1.1.3.), under specific conditions, are able to synthesize flavor esters, used as flavorings in the food industry. However, in its free form, it shows disadvantages, due to this, it is used a technique of immobilization in solid carriers to improve some parameters and recover the biocatalyst. The ultrasonic energy has been widely studied in biotechnological reactions because it promotes better interactions between interfaces, improving the homogeneity and mass transfer in reaction media, being a high efficient technology and also considered an “eco-friendly” one. Besides this, in order to evaluate the reaction yield increase, moleculas sieves, aritificial zeolites, may be used with the purpose to shift the reaction equilibrium to synthesis direction. In the present work, it was studied a lipase B catalyzed reaction synthesis that was immobilized on polystyrene solid support by core-shell method using divinylbenzene as a crosslinking agent. Butyl laurate synthesis presented higher yields (84.05%) at 1h in preliminary tests using iso-octane as solvent. The maximum concentration of substrates that can be used is 1.0M. A central composite design was developed in order to analyze influence of temperature, molar ratio of substrates and enzyme content. The Response Surface Methodology was elaborated, defining an optimum reaction condition as being at 40ºC; 1.3: 1 in the lauric acid: butanol ratio; 8 % enzyme content. The operational stability of the enzyme was tested in mechanical and ultrasonic agitation baths in consecutive batches drying the enzymes for 24 h. The enzyme was reused for seven cycles with relative yield of about 60 % in both cases, demonstrating that an ultrasonic energy can be replaced without damage. Molecular sieves in different concentrations were tested, increasing the yield to 92.3 %.In this way, the optimized synthesis of butyl laureate presented values of expressive yields, being able to be used as a technology considered green for its obtention.