Cinética enzimática da hidrólise do óleo de oliva em sistemas batelada e batelada alimentada

Orientador : Prof. Dr. Marcos Lúcio CorazzaCo-orientador : Prof. Dr. Fernando Augusto Pedersen VollDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos. Defesa: Curitiba, 14/03/2014Inclui referênciasResumo: Um recente relatório publicado pela Organização Mundial da Saúde revelou que mais de 300 milhões de pessoas são obesas. Pesquisas com óleos e gorduras alimentícios vêm indicando que os produtos ricos em diacilgliceróis (DAG), ao invés de triacilgliceróis, apresentam ação benéfica sobre a saúde humana pois o diacilglicerol, diferente do triacilglicerol (TAG), não é absorvido como gordura, apesar destes apresentarem valores energéticos similares. Consequentemente, é possível reduzir o teor de gordura no sangue e, ao longo do tempo, combater a obesidade. Diante os problemas relacionados ao consumo de óleos e gorduras e ao mesmo tempo a importância deste consumo, é crescente a demanda por tecnologias de modificação de óleos e gorduras. Entre os processos de modificação de óleos de maior interesse industrial estão as reações de hidrólise do triacilglicerol catalisadas por lipases. Neste processo, a concentração de água é apontada em muitos trabalhos como um parâmetro significativo durante as reações de hidrólise. Ao mesmo tempo em que uma alta razão de alimentação de água/triacilglicerol é necessária para o deslocamento da reação no sentido dos produtos, o excesso de água reduz a velocidade de reação de hidrólise devido ao efeito de inibição reversível da enzima. O objetivo deste trabalho é avaliar o efeito da concentração de água na hidrólise enzimática do óleo de oliva em sistema reacional em batelada e batelada alimentada visando a posterior produção de DAG. Os experimentos foram realizados em meio livre de solvente, na presença da enzima imobilizada Lipozyme RM IM. Ao final de 24 horas de reação em batelada, o maior rendimento em ácidos graxos livres (produto final da reação) foi obtido com uma alimentação de 20 m% de água em relação ao óleo. Verificou-se, entretanto, que para menores tempos de reação, maiores rendimentos foram obtidos com apenas 3 m% de água. A abordagem batelada alimentada não altera o equilíbrio da reação bioquímica, mas evita que a atividade enzimática seja inibida pelo excesso de água, uma vez que este substrato não é totalmente alimentado no início da reação. Um modelo matemático foi ajustado aos dados experimentais obtidos em sistema batelada e sua capacidade de prever os perfis cinéticos da reação em sistema de batelada alimentada foi validada.Abstract: A recent report published by the World Health Organization showed that more than 300 million people are obese. Researches with food oils and fats have pointed that products rich in diacylglycerols (DAG) have beneficial effects on human health. Diacylglycerol, differently of the triacylglycerols, is not absorbed as fat even though they have similar caloric values. Consequently, it is possible to reduce the fat content in blood and it can to combat the obesity. Concerning the problems related to the oils and fats consumption, and at same time due to its importance, the interest on technologies involving modifications on oils and fats have been increased. Among the industrial processes for oils and fats modification lipases-catalyzed hydrolysis are the most important. In this process, the content of water is identified in several studies as a significant parameter for the hydrolysis reactions. High values of watertoTAG ratio is needed to shift the reaction towards the products, however the excess of water decrease the hydrolysis reaction rates due to the effect of reversible enzyme inhibition. The objective of this study was to evaluate the effect of water content on the enzymatic hydrolysis of olive oil. The experiments were performed in solvent -free medium with the immobilized Lipozyme RM IM. After 24 hours of batch reaction the yield in terms of free fatty acids (the end product of the reaction) was increased and it was obtained with a water content of 20 wt% related to the oil mass. It was found, however, that for shorter reaction times, higher yields were obtained with only 3 wt% of water content. The fed batch approach showed that the equilibrium of the biochemical reaction was not changed, but it can prevents enzymatic inhibition by the excess water.A mathematical model was fitted to the experimental data obtained in the batch system and its prediction capability for estimate the reaction profiles and kinetics in fed-batch system was validated

Cinética enzimática da hidrólise do óleo de oliva em sistemas batelada e batelada alimentada

Orientador : Prof. Dr. Marcos Lúcio CorazzaCo-orientador : Prof. Dr. Fernando Augusto Pedersen VollDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos. Defesa: Curitiba, 14/03/2014Inclui referênciasResumo: Um recente relatório publicado pela Organização Mundial da Saúde revelou que mais de 300 milhões de pessoas são obesas. Pesquisas com óleos e gorduras alimentícios vêm indicando que os produtos ricos em diacilgliceróis (DAG), ao invés de triacilgliceróis, apresentam ação benéfica sobre a saúde humana pois o diacilglicerol, diferente do triacilglicerol (TAG), não é absorvido como gordura, apesar destes apresentarem valores energéticos similares. Consequentemente, é possível reduzir o teor de gordura no sangue e, ao longo do tempo, combater a obesidade. Diante os problemas relacionados ao consumo de óleos e gorduras e ao mesmo tempo a importância deste consumo, é crescente a demanda por tecnologias de modificação de óleos e gorduras. Entre os processos de modificação de óleos de maior interesse industrial estão as reações de hidrólise do triacilglicerol catalisadas por lipases. Neste processo, a concentração de água é apontada em muitos trabalhos como um parâmetro significativo durante as reações de hidrólise. Ao mesmo tempo em que uma alta razão de alimentação de água/triacilglicerol é necessária para o deslocamento da reação no sentido dos produtos, o excesso de água reduz a velocidade de reação de hidrólise devido ao efeito de inibição reversível da enzima. O objetivo deste trabalho é avaliar o efeito da concentração de água na hidrólise enzimática do óleo de oliva em sistema reacional em batelada e batelada alimentada visando a posterior produção de DAG. Os experimentos foram realizados em meio livre de solvente, na presença da enzima imobilizada Lipozyme RM IM. Ao final de 24 horas de reação em batelada, o maior rendimento em ácidos graxos livres (produto final da reação) foi obtido com uma alimentação de 20 m% de água em relação ao óleo. Verificou-se, entretanto, que para menores tempos de reação, maiores rendimentos foram obtidos com apenas 3 m% de água. A abordagem batelada alimentada não altera o equilíbrio da reação bioquímica, mas evita que a atividade enzimática seja inibida pelo excesso de água, uma vez que este substrato não é totalmente alimentado no início da reação. Um modelo matemático foi ajustado aos dados experimentais obtidos em sistema batelada e sua capacidade de prever os perfis cinéticos da reação em sistema de batelada alimentada foi validada.Abstract: A recent report published by the World Health Organization showed that more than 300 million people are obese. Researches with food oils and fats have pointed that products rich in diacylglycerols (DAG) have beneficial effects on human health. Diacylglycerol, differently of the triacylglycerols, is not absorbed as fat even though they have similar caloric values. Consequently, it is possible to reduce the fat content in blood and it can to combat the obesity. Concerning the problems related to the oils and fats consumption, and at same time due to its importance, the interest on technologies involving modifications on oils and fats have been increased. Among the industrial processes for oils and fats modification lipases-catalyzed hydrolysis are the most important. In this process, the content of water is identified in several studies as a significant parameter for the hydrolysis reactions. High values of watertoTAG ratio is needed to shift the reaction towards the products, however the excess of water decrease the hydrolysis reaction rates due to the effect of reversible enzyme inhibition. The objective of this study was to evaluate the effect of water content on the enzymatic hydrolysis of olive oil. The experiments were performed in solvent -free medium with the immobilized Lipozyme RM IM. After 24 hours of batch reaction the yield in terms of free fatty acids (the end product of the reaction) was increased and it was obtained with a water content of 20 wt% related to the oil mass. It was found, however, that for shorter reaction times, higher yields were obtained with only 3 wt% of water content. The fed batch approach showed that the equilibrium of the biochemical reaction was not changed, but it can prevents enzymatic inhibition by the excess water.A mathematical model was fitted to the experimental data obtained in the batch system and its prediction capability for estimate the reaction profiles and kinetics in fed-batch system was validated

Análise dos processos de esterificação de glicerol com AGL e separação líquido-líquido de {(TAG - DAG + MAG + AGL) + etanol + água} para a produção de mono e diacilgliceróis

Orientador: Profº. Dr. Marcos Lúcio CorazzaCoorientador: Profº. Dr. Fernando Augusto Pedersen VollTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos. Defesa : Curitiba, 13/07/2018Inclui referências: p.80-96Resumo: Segundo a Organização Mundial da Saúde há mais de 300 milhões de pessoas obesas no mundo. Pesquisas com óleos e gorduras alimentícios indicam que os produtos ricos em diacilgliceróis, ao invés de triacilgliceróis apresentam ação benéfica sobre a saúde humana, pois o diacilglicerol tem a capacidade de reduzir o nível de lipídios pós prandial, auxiliar na redução de peso e evitar o acúmulo de gordura abdominal e, ao longo do tempo, combater a obesidade. Neste contexto surge o interesse na transformação dos óleos usados na alimentação humana, tornando-os ricos em diacilgliceróis, os quais são semelhantes a triacilgliceróis quanto a digestibilidade e valor energético. Entre os processos de modificação de óleos de maior interesse industrial estão as reações de esterificação de ácido graxo com glicerol. Este processo pode ser catalisado por enzimas ou catalisadores químicos, garantindo a formação dos produtos nas concentrações desejadas. Neste contexto o objetivo geral deste trabalho visa a produção de diacilglicerol via transformação de óleo vegetal e enriquecimento da fase oleosa em DAG. Nas reações de esterificação a partir de ácido oleico comercial + glicerol obteve-se maior conversão (85,10%) e teor de DAG (22,57%) a 160°C, com 5% de catalisador, ao final de 6 horas de reação, demonstrando que o catalisador utilizado apresenta efeito positivo na conversão de reação e na produção de diacilglicerol. Para as reações de esterificação de produto de hidrólise + glicerol, a maior conversão (73%) foi encontrada a 55°C, com 1,36% de enzima e razão molar 1:2 (ácido graxo: glicerol), ao final de 4 horas de reação. Foi obtido produto rico em diacilgliceróis com uma proporção satisfatória de mais de 40% de DAG , comprovando assim que a eficiência da utilização da enzima como catalisador em processo para obtenção de diacilglicerol. Com os experimentos de equilíbrio líquido-líquido, conclui-se que o diacilglicerol apresenta afinidade intermediária entre os componentes obtidos a partir do azeite o que faz com que a separação de fase líquido-líquido se torne um procedimento potencial para o enriquecimento do azeite em diacilglicerol. O modelo UNIQUAC correlacionou bem os resultados experimentais de ELL. Foi também constatado perda de antioxidantes durante o procedimento de separação LL. Tocoferóis e polifenóis têm afinidade com as fases alcoólicas, e tal informação pode ser usada para enriquecer uma amostra de óleo com antioxidantes aumentando sua estabilidade oxidativa. Por fim destaca-se que é possível tecnicamente enriquecer em DAG a fase oleosa nos processos de separação líquido-líquido. Palavras-chave: Esterificação, Diacilglicerol, Acilgliceróis, Separação líquido-líquido.Abstract: According to the World Health Organization there are over 300 million obese people in the world. Research with food oils and fats indicates that products rich in diacylglycerols, instead of triacylglycerols, have a beneficial effect on human health, since diacylglycerol has the capacity to reduce the level of postprandial lipids, to help reduce weight and prevent accumulation of abdominal fat and, over time, combat obesity. In this context, interest arises in the transformation of the waste oils into human food, making them rich in diacylglycerols, which are similar to triacylglycerols as digestibility and energy value. Among the processes of modification of oils of greater industrial interest are the fatty acid esterification reactions with glycerol. This process can be catalyzed by enzymes or chemical catalysts, ensuring the formation of the products at the desired concentrations. In this context the general objective of this work is the production of diacylglycerol via transformation of vegetable oil and enrichment of the oil phase in DAG. In the esterification reactions from commercial oleic acid + glycerol higher conversion (85,10%) and DAG (22,57) content at 160 ° C with 5% of catalyst were obtained at the end of 6 hours of reaction, demonstrating that the catalyst used has a positive effect on the conversion and in the production of diacylglycerol. For the esterification reactions of the hydrolysis product + glycerol, the highest conversion (73%) was found at 55 ° C, with 1.36% of enzyme and 1: 2 molar ratio (fatty acid: glycerol) at the end of 4 hours of reaction. A product rich in diacylglycerols with a satisfactory ratio of more than 40% of DAG was obtained, thus proving the efficiency of the use of the enzyme as a catalyst in the process to obtain diacylglycerol. With the liquid-liquid equilibrium experiments, it is concluded that diacylglycerol has an intermediate hydrophobicity between the components obtained from the oil, which makes the liquid-liquid phase separation a potential procedure for the enrichment of the oil in diacylglycerol. The UNIQUAC model correlated well the experimental results of ELL. It was also found loss of antioxidants during the LL separation procedure. Tocopherols and polyphenols have affinity for the alcoholic phases, and such information can be used to enrich an oil sample with antioxidants increasing its oxidative stability. Finally, it is possible to technically enrich the oil phase in the liquidliquid separation processes in DAG. Key words: Esterification, Diacylglycerol, Glycerols, Separation-liquid-liqui

Análise dos processos de esterificação de glicerol com AGL e separação líquido-líquido de {(TAG - DAG + MAG + AGL) + etanol + água} para a produção de mono e diacilgliceróis

Orientador: Profº. Dr. Marcos Lúcio CorazzaCoorientador: Profº. Dr. Fernando Augusto Pedersen VollTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos. Defesa : Curitiba, 13/07/2018Inclui referências: p.80-96Resumo: Segundo a Organização Mundial da Saúde há mais de 300 milhões de pessoas obesas no mundo. Pesquisas com óleos e gorduras alimentícios indicam que os produtos ricos em diacilgliceróis, ao invés de triacilgliceróis apresentam ação benéfica sobre a saúde humana, pois o diacilglicerol tem a capacidade de reduzir o nível de lipídios pós prandial, auxiliar na redução de peso e evitar o acúmulo de gordura abdominal e, ao longo do tempo, combater a obesidade. Neste contexto surge o interesse na transformação dos óleos usados na alimentação humana, tornando-os ricos em diacilgliceróis, os quais são semelhantes a triacilgliceróis quanto a digestibilidade e valor energético. Entre os processos de modificação de óleos de maior interesse industrial estão as reações de esterificação de ácido graxo com glicerol. Este processo pode ser catalisado por enzimas ou catalisadores químicos, garantindo a formação dos produtos nas concentrações desejadas. Neste contexto o objetivo geral deste trabalho visa a produção de diacilglicerol via transformação de óleo vegetal e enriquecimento da fase oleosa em DAG. Nas reações de esterificação a partir de ácido oleico comercial + glicerol obteve-se maior conversão (85,10%) e teor de DAG (22,57%) a 160°C, com 5% de catalisador, ao final de 6 horas de reação, demonstrando que o catalisador utilizado apresenta efeito positivo na conversão de reação e na produção de diacilglicerol. Para as reações de esterificação de produto de hidrólise + glicerol, a maior conversão (73%) foi encontrada a 55°C, com 1,36% de enzima e razão molar 1:2 (ácido graxo: glicerol), ao final de 4 horas de reação. Foi obtido produto rico em diacilgliceróis com uma proporção satisfatória de mais de 40% de DAG , comprovando assim que a eficiência da utilização da enzima como catalisador em processo para obtenção de diacilglicerol. Com os experimentos de equilíbrio líquido-líquido, conclui-se que o diacilglicerol apresenta afinidade intermediária entre os componentes obtidos a partir do azeite o que faz com que a separação de fase líquido-líquido se torne um procedimento potencial para o enriquecimento do azeite em diacilglicerol. O modelo UNIQUAC correlacionou bem os resultados experimentais de ELL. Foi também constatado perda de antioxidantes durante o procedimento de separação LL. Tocoferóis e polifenóis têm afinidade com as fases alcoólicas, e tal informação pode ser usada para enriquecer uma amostra de óleo com antioxidantes aumentando sua estabilidade oxidativa. Por fim destaca-se que é possível tecnicamente enriquecer em DAG a fase oleosa nos processos de separação líquido-líquido. Palavras-chave: Esterificação, Diacilglicerol, Acilgliceróis, Separação líquido-líquido.Abstract: According to the World Health Organization there are over 300 million obese people in the world. Research with food oils and fats indicates that products rich in diacylglycerols, instead of triacylglycerols, have a beneficial effect on human health, since diacylglycerol has the capacity to reduce the level of postprandial lipids, to help reduce weight and prevent accumulation of abdominal fat and, over time, combat obesity. In this context, interest arises in the transformation of the waste oils into human food, making them rich in diacylglycerols, which are similar to triacylglycerols as digestibility and energy value. Among the processes of modification of oils of greater industrial interest are the fatty acid esterification reactions with glycerol. This process can be catalyzed by enzymes or chemical catalysts, ensuring the formation of the products at the desired concentrations. In this context the general objective of this work is the production of diacylglycerol via transformation of vegetable oil and enrichment of the oil phase in DAG. In the esterification reactions from commercial oleic acid + glycerol higher conversion (85,10%) and DAG (22,57) content at 160 ° C with 5% of catalyst were obtained at the end of 6 hours of reaction, demonstrating that the catalyst used has a positive effect on the conversion and in the production of diacylglycerol. For the esterification reactions of the hydrolysis product + glycerol, the highest conversion (73%) was found at 55 ° C, with 1.36% of enzyme and 1: 2 molar ratio (fatty acid: glycerol) at the end of 4 hours of reaction. A product rich in diacylglycerols with a satisfactory ratio of more than 40% of DAG was obtained, thus proving the efficiency of the use of the enzyme as a catalyst in the process to obtain diacylglycerol. With the liquid-liquid equilibrium experiments, it is concluded that diacylglycerol has an intermediate hydrophobicity between the components obtained from the oil, which makes the liquid-liquid phase separation a potential procedure for the enrichment of the oil in diacylglycerol. The UNIQUAC model correlated well the experimental results of ELL. It was also found loss of antioxidants during the LL separation procedure. Tocopherols and polyphenols have affinity for the alcoholic phases, and such information can be used to enrich an oil sample with antioxidants increasing its oxidative stability. Finally, it is possible to technically enrich the oil phase in the liquidliquid separation processes in DAG. Key words: Esterification, Diacylglycerol, Glycerols, Separation-liquid-liqui