Orientador: Prof. Dr. André Bellin MarianoCo-orientadora: Profª. Drª. Maria Luiza Fernandes RodriguesDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais - PIPE. Defesa: Curitiba, 27/08/2013Inclui referênciasÁrea de concentraçao: Engenharia e ciencia de materiaisResumo: O biodiesel pode ser classificado como, qualquer combustível alternativo atóxico, de natureza renovável, biodegradável, que possa oferecer vantagens sócio-econômicas e ambientais ao ser empregado na substituição total ou parcial do diesel de petróleo. Atualmente, as microalgas têm surgido como fonte de energia sustentável para a produção de biodiesel. Neste trabalho, foram realizados experimentos utilizando catálise enzimática em meio heterogêneo para obtenção de biodiesel de microalgas. Os resultados obtidos neste trabalho são inéditos, uma vez que foram produzidas lipases por fermentação no estado sólido (FES) e fermentação submersa (FSm), a partir de fungos endofíticos isolados das folhas de mamona (Ricinus communis L.). Outro ponto importante deste trabalho é a produção enzimática de biodiesel a partir de microalgas, uma vez que poucos trabalhos foram encontrados na literatura sobre este tema. A biomassa da microalga Scenedesmus spp. (valor máximo 22,96 g.L-1) foi obtida via cultivo heterotrófico. Desta biomassa foram extraídos, via saponificação, um teor de 5,57% ácidos graxos, sendo observada a predominância dos ácidos oleico, palmítico e linoleico em sua composição. Para a produção de lipases, três cepas fúngicas foram selecionadas: Candida guilliermondii, Penicillium sumatrense e Aspergillus fumigatus. A enzima de C. guilliermondii (valor máximo 25,11 U.mL-1) foi produzida por FSm, e otimizada através de planejamento experimental. A produção das enzimas de P. sumatrense e A. fumigatus foi realizada através da FES e FSm; como os resultados mais expressivos foram observados na FES, esta foi escolhida para a produção dos biocatalisadores aplicados nas reações de síntese. As lipases obtidas foram empregadas em diferentes preparações: imobilizadas no sólido fermentado; no extrato bruto; no extrato bruto acrescido de sorbitol 1% e imobilizadas por adsorção e ligação covalente. A lipase de C. guilliermondii apresentou rendimento máximo de 86% de conversão em oleato de metila em 72 h para a enzima imobilizada em sílica ativada. As enzimas de P. sumatrense e A. fumigatus apresentaram rendimentos superiores e tempos de reação mais curtos do que a enzima de C. guilliermondii; sendo que os maiores rendimentos foram obtidos quando as enzimas foram imobilizadas diretamente no sólido fermentado (90% de conversão em 10 h de reação). Outro ponto de destaque para a utilização do sólido fermentado foi a possibilidade de reutilização das enzimas. A enzima de A. fumigatus apresentou meia vida apenas no décimo terceiro reciclo. As mesmas preparações enzimáticas foram aplicadas na síntese do biodiesel de microalgas, sendo novamente os resultados de maior expressividade obtidos para os sólidos fermentados de P. sumatrense e A. fumigatus. Quando se aplicou o sólido fermentado e delipidado contendo a lipase de A. fumigatus, o rendimento máximo (98%) na conversão em ésteres metílicos foi semelhante ao do sólido fermentado não delipidado de P. sumatrense (96%) em 12 h de reação. Com estes resultados é possível observar que mesmo que a catálise enzimática ainda apresente algumas limitações, seu emprego em larga escala pode ser alcançado com a utilização de recursos que viabilizem economicamente sua aplicação, como no caso deste trabalho, onde a utilização do sólido fermentado apresentou alto desempenho e baixo custo de obtenção.Abstract: Biodiesel can be classified as a non-toxic, renewable and biodegradable fuel that shows social, economic and ecologic advantages when used as a total or partial substitute of petrol derived diesel. Today, microalgae has emerged as a source of sustainable energy for biodiesel production. In this work it was performed experiments employing enzymatic catalysis in heterogeneous medium to obtain biodiesel from microalgae oil. The results obtained in this work are novel once it was produced lipase by solid-state fermentation (SSF) and submerged fermentation (SmF) employing endophytic fungus isolated from castor bean leaves (Ricinus communis L.). Another important topic of this work is the enzymatic biodiesel production from microalgae, once only a few publications were found about this theme. The biomass from the microalgae Scenedesmus ssp. (highest value 22.96 g.L-1) was obtained by heterotrophic culture. From this biomass it was extracted by saponification the fat acids, which presented a content of 5.57%. The fat acids from this microalgae were composed mainly by oleic, palmitic and linoleic acids. For the lipase production, three fungal strains were selected: Candida guilliermondii, Penicillium sumatrense and Aspergillus fumigatus. The C. guilliermondii enzyme (highest value 25.11 U.mL-1) was produced by SmF and optimized by experimental design. The enzyme production from P. sumatrense and A. fumigatus was realized by SSF and SmF. Since the most expressive results were obtained by SSF, it was chosen for the production of the biocatalyst employed in the synthesis reaction. The obtained lipases were employed in different preparation: immobilized in the fermented solid; crude extract; crude extract with 1% of sorbitol; immobilized by adsorption and by covalent bond. The C. guilliermondii lipase presented a highest methyl oleate conversion yield of 86% in 72 hours when immobilized in activated silica. The P. sumatrense and A. fumigatus enzymes presented higher yields in shorter time when compared to C. guilliermondii enzyme. The highest yields were obtained when the enzymes were immobilized directly in the fermented solid (90% yield in 10 hours of reaction). Another advantage presented by the fermented solid employment was the possibility of the enzyme reuse. The A. fumigatus enzyme presented a half-life of 13 recycles. The same enzymatic preparations were applied in biodiesel synthesis from microalgae oil and once again the solid fermented by P. sumatrense and A. fumigatus presented the most expressive results. When the fat-free fermented solid containing A. fumigatus lipase was employed, the highest methyl ester conversion yield (98%) was similar to the yield presented by the solid fermented by P. sumatrense (96%) after 12 hours of reaction. With these results it is possible to observe that, even with some limitations, the large-scale employment of enzymatic catalysis can be reached with the use of some resources that make the process economically viable, such as the use of fermented solid that showed high performance and low obtainment cost in this work
