JBCS

INTRODUÇAO

Entre os diversos subprodutos gerados pela Indústria Sucroalcooleira, o óleo fúsel apresenta amplo potencial de reaproveitamento devido sua composiçao rica em alcoóis superiores e elevado volume gerado (120 milhoes de litros/ano).¹

Apesar do seu aproveitamento nao atuar diretamente na reduçao do custo final do álcool, sua utilizaçao como insumo nas indústrias de transformaçao certamente representa um importante passo para aumentar a eficiência global da produçao industrial do etanol.² Atualmente, a taxa de recuperaçao do óleo fúsel é de apenas 25% do total produzido no país, ou seja, 30 milhoes de litros/ano.³ Possíveis alternativas para o aproveitamento deste subproduto incluem a produçao de alcoóis superiores por destilaçao fracionada,⁴ e síntese de ésteres por via química ou biotecnológica.^5-7

Ésteres sao componentes importantes de aromas naturais e contribuem na formaçao e acentuaçao dos aromas em diversos alimentos.^8-11 Com a demanda crescente de produtos naturais, a indústria de alimentos está interessada no uso da rota biotecnológica para produçao de ésteres aromatizantes.¹¹ Desta forma, é crescente o interesse da aplicaçao de catalisadores bioquímicos em síntese orgânica,^8-10 entre os quais especial atençao tem sido dedicada às enzimas lipolíticas (lipases e esterases), em funçao da elevada atividade catalítica exibida em diversos meios nao convencionais.^9,10

A síntese catalisada por lipases (glicerol éster hidrolases EC 3.1.1.3) de mais de 50 ésteres de aromatizantes já foi descrita na literatura^8,11 e, em princípio, a reaçao pode ser conduzida em meio reacional constituído de álcool e ácido carboxílico em presença ou ausência de solventes, resultando em produtividades elevadas e rendimentos quantitativos.^9,10 Entretanto, sao escassos os trabalhos encontrados na literatura referentes à aplicaçao de lipases na biotransformaçao dos alcoóis presentes (etanol, 13%; butanol, 15%; isobutanol, 10%; isopentanol, 51%) no óleo fúsel em seus ésteres respectivos.^12-16 Este fato pode estar associado às dificuldades técnicas envolvidas quando misturas de alcoóis sao usadas em reaçoes de esterificaçao direta, como competiçao entre dois ou mais nucleofílicos pelo mesmo sítio ativo da enzima e o elevado teor de água presente nesse material que exige a aplicaçao de técnicas especiais de desidrataçao por meio do emprego de sais desidratantes ou peneira molecular para tornar adequado este tipo de substrato às condiçoes de catálise mediada por lipases (baixo teor de água < 500 ppm).^9,17 Além disso, a presença de teores elevados de alcoóis secundários pode acarretar uma complexidade adicional, tendo em vista que a esterificaçao de álcoois secundários é fortemente dependente da fonte de lipase e do tamanho da cadeia do ácido carboxílico.^7,9 Os rendimentos de esterificaçao tendem a diminuir com ácidos de tamanho de cadeia curta⁷; sendo os resultados mais baixos obtidos com o ácido acético.¹⁵ Desta forma, a seleçao do doador do grupo acila é um fator crucial para uma transformaçao eficiente do substrato por catálise enzimática. Estudos reportados na literatura demonstram elevados rendimentos de esterificaçao (> 95%), utilizando ácidos de cadeia carbônica longa (número de carbonos superior a 12) como doador do grupo acila.^13,14,18,19

No presente estudo foi proposto avaliar ácido carboxílico de cadeia média (ácido caprílico) como doador do grupo acila na produçao de ésteres aromatizantes naturais a partir de óleo fúsel. Em funçao dos resultados satisfatórios obtidos anteriormente por Santos et al.,²⁰ optou-se pela manutençao de sistemas reacionais isentos de solventes. Tais sistemas apresentam inúmeras vantagens, entre as quais se destacam: i) evita problemas de separaçao, de toxicidade e flamabilidade dos solventes orgânicos e ii) reduz o custo do produto final. Além disso, a eliminaçao de solventes é particularmente interessante nas indústrias alimentícias, nas quais existem rigorosas regulamentaçoes para o seu uso.²⁰

Os experimentos foram realizados utilizando fonte de lipase selecionada para esterificaçao de alcoóis secundários, adotando a metodologia de planejamento estatístico que possibilita verificar a influência das variáveis e suas interaçoes no rendimento de um determinado processo com grande economia de tempo, material e recursos.²¹ Adicionalmente ao controle dos parâmetros de processo foi também utilizado um sensor olfativo artificial para detecçao dos compostos voláteis presentes nos produtos formados, utilizando metodologia que permite correlacionar o perfil sensorial das amostras de ésteres obtidas a partir das matérias-primas precursoras no sistema reacional.^22,23

PARTE EXPERIMENTAL

Materiais

Foram utilizadas preparaçoes de lipases comerciais de origem microbiana de diferentes fontes, como lipase de Rhizopus oryzae (L036P) adquirida da Biocatalysts (Cardiff, Inglaterra) e Candida rugosa (Tipo VII); Pseudomonas fluorescens e Burkholderia cepacia adquiridas da Sigma-Aldrich Chemical (St. Loius, MO, EUA). O óleo fúsel foi gentilmente fornecido pela destilaria (Sao Martinho S/A - Unidade Iracema, localizada em Iracemápolis - Sao Paulo) com composiçao aproximada de 65% de isopentanol, 8% de isobutanol, 0,4% de butanol, 1,5% de propanol, 10% de etanol e 15% de água. Outros reagentes utilizados foram: β-ciclodextrina (Sigma-Aldrich-βCD, 97%), tetraetilortossilicato (Sigma-Aldrich-TEOS, 98%); epicloridrina (Sigma-Aldrich 99%), ácido caprílico (Merck, 97%), isopentanol (Merck, 99%), heptano e hexanol (Vetec), polietilenoglicol - PEG-1.500 (Sinthy), goma arábica em pó pura (Synth), hidróxido de potássio (min. 85%, Cromoline) e azeite de oliva com baixa acidez (Carbonell, adquirido em mercado local). Os padroes (caprilato de butila e caprilato de isopentila) para calibraçao do método via análise cromatográfica foram obtidos por síntese química de acordo com Urioste et al.²⁴ Os ésteres foram purificados por destilaçao à pressao reduzida e as estruturas químicas confirmadas por análise de Ressonância Magnética Nuclear de Próton (RMN¹H), conforme ilustrado no material suplementar (1S). Os espectros foram obtidos no aparelho Varian Mercury 300 MHz. Os deslocamentos químicos (δ) foram referenciados pelo sinal do TMS (Tetrametilsilano - δ = 0) em CDCl₃. Cada espectro foi analisado calculando-se a integraçao dos números relativos de hidrogênio presente na estrutura química do monoéster de ácido em 0,00-6,00 ppm.

Síntese e ativaçao da matriz de imobilizaçao das lipases

O suporte híbrido sílica-β-ciclodextrina (SiO₂-βCD) foi sintetizado pela técnica sol-gel utilizando TEOS como precursor e posteriormente ativado com epicloridrina de acordo com técnica descrita por Martin et al.,²⁵ fornecendo suporte com as seguintes características texturais: área superficial específica (450,5 m² g^-1), volume específico dos poros (0,36 cm³ g^-1) e diâmetro médio dos poros 32,09 Å.

Imobilizaçao das lipases no suporte híbrido

A matriz epoxilada (epóxi-SiO₂-βCD) foi utilizada para imobilizar as lipases de diversas fontes empregando para cada grama de suporte ativado (matéria seca) 250 mg de lipase na sua forma livre, e 100 µL de soluçao aquosa contendo 5 mg mL^-1 de polietilenoglicol (massa molecular 1500). As suspensoes contendo enzima e suporte foram mantidas sob agitaçao a 30 °C por 2 h, seguido de contato estático por um período adicional de 18 h a 4 °C. A recuperaçao dos derivados imobilizados foi efetuada por filtraçao a vácuo, com lavagens sucessivas com hexano para remoçao do excesso de umidade.²⁵ Em seguida, os derivados imobilizados foram acondicionados em dessecador sob vácuo para reduçao da umidade em valores inferiores a 8%. As atividades enzimáticas das lipases imobilizadas foram determinadas pelo método de hidrólise do azeite de oliva, conforme a metodologia modificada por Soares et al.²⁶

Tratamento do óleo fúsel

O elevado teor de água originalmente presente no óleo fúsel foi reduzido por meio de peneiras moleculares de 0,32 Å (Silicato de sódio e alumínio) tipo 13 X-BHD Chemicals. Deve ser destacado que nao foi utilizada a técnica de destilaçao fracionada para a remoçao de água presente no óleo fúsel devido ao interesse de manter a composiçao original da mistura dos alcoóis característico do óleo fúsel para ser utilizado como matéria-prima residual nas reaçoes. A concentraçao de água presente no óleo fúsel foi reduzida de 15% para 0,1%, quantificando o teor de água em titulador automático Karl Fisher (Modelo Koehler AKF5000).

Síntese do caprilato de isopentila

Testes de seleçao da lipase

Testes iniciais foram direcionados para a seleçao da lipase mais adequada para catalisar reaçoes de esterificaçao do isopentanol com o ácido caprílico. As reaçoes foram conduzidas em reatores fechados de 100 mL contendo 20 mL de substrato sem adiçao de solventes em proporçao equimolar. As misturas foram incubadas com as diferentes preparaçoes de lipase imobilizada em SiO₂-βCD na proporçao de 350 unidades de atividade por grama de meio reacional, por um período máximo de 48 h, com agitaçao magnética (150 rpm) a 45 °C. Amostras foram retiradas durante o progresso da reaçao (12, 24 e 48 h) para quantificaçao da concentraçao dos materiais de partida e cálculo da conversao em éster baseada no consumo do isopentanol.

Planejamento fatorial

A influência das variáveis: razao molar (X₁) e temperatura (X₂) na síntese do caprilato de isopentila a partir do óleo fúsel e ácido caprílico empregando a preparaçao de lipase imobilizada selecionada anteriormente foi determinada por um planejamento composto de face centrada 2² e pontos centrais. As reaçoes foram conduzidas em reatores fechados de 100 mL contendo 20 mL de substrato composto de óleo fúsel previamente desidratado e ácido caprílico, sem adiçao de solvente em razoes molares entre álcool/ácido de 1:0,5 a 1:1,5 (a proporçao de óleo fúsel adicionado foi calculada com base na concentraçao de isopentanol presente neste subproduto). As misturas foram incubadas com a preparaçao de lipase imobilizada, na proporçao de 10% (m/m) em relaçao à massa total dos reagentes envolvidos no meio reacional, por um período máximo de 48 h, com agitaçao magnética (150 rpm) na faixa de temperatura entre 40 a 50 °C. Todos os experimentos foram efetuados de maneira randômica. Como variável resposta foi considerada a conversao em caprilato de isopentila. Nesta série de experimentos a formaçao do caprilato de isobutila nao foi avaliada em funçao da baixa concentraçao do isobutanol presente no óleo fusel (≅ 8%). A análise estatística dos resultados foi realizada utilizando-se o programa Statistica versao 13.

Determinaçao dos produtos formados e reagentes consumidos

A formaçao dos produtos (caprilato de isobutila e caprilato de isopentila) e o consumo dos alcoóis (isobutanol e isopentanol) foram determinados em cromatógrafo a gás (Varian - Modelo CG 3800 Varian, Inc., Palo Alto, CA, EUA) equipado com uma coluna empacotada de aço inoxidável (80/100 mesh, 6ft, 2,0 mm ID X 1/8 OD) e detector de ionizaçao em chama (FID). A temperatura do detector foi fixada em 230 °C e a do injetor em 190 °C. Nitrogênio foi usado como gás de arraste num fluxo de 10 mL min^-1 e os fluxos dos gases de arraste para alimentaçao do detector foram: 30 mL min^-1 de H₂ e 300 mL min^-1 de ar sintético. As condiçoes operacionais estabelecidas foram: temperatura da coluna ajustada para 60 °C durante 3 min e depois programada a 90 °C por 3 min numa taxa de 15 °C min^-1 seguida de aquecimento até 120 °C numa taxa de 20 °C min^-1 e mantida em 120 °C por 6 min. Como padrao interno foi utilizado n-hexanol (50 g L^-1) em heptano. A coleta e análise de dados foram realizadas utilizando os dados gerados pelo Sistema Galaxie versao 1.9. O teor de ácido caprílico foi determinado por titulaçao de alíquotas diluídas em etanol, empregando soluçao alcoólica de KOH 0,05 mol L^-1 e fenolftaleína como indicador.

Análise sensorial por nariz eletrônico

A coleta de dados efetuada pelo nariz eletrônico (modelo Cyranose 320TM, marca Smiths Detection, fabricado por Sensigent INC, EUA) se baseia na sucçao da amostra pelo headspace e exposiçao a um conjunto de 32 sensores que, em consequência, têm alteradas as suas resistências elétricas, as quais sao registradas, formando o perfil olfativo da amostra. Para a caracterizaçao dos componentes estudados, utilizou-se a vazao de 180 cm³ min^-1 para a sucçao de ar e de 50 cm³ min-¹ para o headspace, com tempos de 10s e 60s, respectivamente. Foram acondicionados 5 mL de amostra para cada componente (ácido caprílico, óleo fúsel e ésteres formados na síntese) separadamente em 10 recipientes e realizadas 10 leituras para cada amostra. O programa utilizado para estabelecer as condiçoes de análise foi o PCnose. O método estatístico adotado para análise dos resultados foi o PCA (Principal Componentes Analysis), que permite a reduçao do perfil olfativo a três parâmetros de maior significância das alteraçoes produzidas nos sensores, possibilitando a geraçao de um gráfico tridimensional para visualizaçao do resultado.

RESULTADOS E DISCUSSAO

Seleçao da lipase para síntese do caprilato de isopentila

A imobilizaçao das quatro fontes de lipase Candida rugosa, Burkholderia cepacia, Pseudomonas fluorescens e Rhizopus oryzae no suporte híbrido SiO₂-βCD forneceu elevada eficiência (> 60%), demonstrando que o procedimento de imobilizaçao foi efetuado com sucesso, resultando em derivados imobilizados com elevadas atividades hidrolíticas variando na faixa de 2020 Ug^-1 e 3714 U g^-1 (Tabela 1). O teor de água dos derivados imobilizados foi inferior a 8% visando reduzir a influência da água no meio reacional.

Para selecionar o derivado imobilizado mais adequado na formaçao de ésteres secundários foram mantidas fixas as condiçoes reacionais, incluindo o carregamento catalítico (350 unidades de atividade por grama de meio reacional). Os valores de conversao em éster para diferentes tempos de incubaçao (12, 24 e 48h) dispostos na Figura 1 indicam que todas as lipases testadas apresentaram potencial para catalisar a reaçao de esterificaçao, alcançando conversoes superiores a 70% em 24 h de reaçao.

Figura 1. Conversao em éster durante a síntese do caprilato de isopentila mediada por diferentes fontes de lipases imobilizadas em SiO₂-βCD nos tempos 12, 24 e 48 h (condiçoes: temperatura = 45 °C, razao equimolar álcool/ácido e meio isento de solvente)

As lipases de Pseudomonas fluorescens e de Burkholderia cepacia foram menos eficientes. Entretanto, ao usar a preparaçao de P. fluorescens, obteve-se conversao mais elevada alcançando valores médios de 83,78% ±7,43 em 48 h. Verificou-se que a lipase de B. cepacia, nas condiçoes testadas, apresentou tendência de hidrolisar o éster após 24 h de reaçao, sendo a conversao em éster reduzida de 77,47% ±1,98 para 70,19% ±7,76.

Conversoes similares foram obtidas pelas lipases de Candida rugosa e Rhizopus oryzae, que forneceram valores de conversao superiores a 80% em 24 h de reaçao. O progresso da reaçao catalisada por R. oryzae confirmou a potencialidade desta lipase para mediar reaçoes em meio orgânico (esterificaçao e interesterificaçao), conforme anteriormente reportado.²⁷

Desta forma, selecionou-se esta preparaçao de lipase para testes subsequentes. Adicionalmente esta lipase na forma imobilizada apresentou elevado tempo de meia-vida quando utilizada em processos descontínuos (com reciclo do sistema imobilizado)²⁸ e contínuos.²⁹ Propriedades adicionais da lipase de R. oryzae imobilizada em SiO₂-βCD revelaram os seguintes parâmetros na hidrólise do azeite de oliva: K_m = 852 mmol L^-1, V_max = 52961 µmol L^-1 g^-1 min^-1 e estabilidade térmica a 50 °C = 8,0 h.

Otimizaçao da síntese de caprilato de isopentila

Tendo selecionado a lipase R. oryzae como a fonte enzimática mais efetiva na síntese de caprilato de isopentila, testes subsequentes foram efetuados substituindo o isopentanol de grau analítico por óleo fúsel. As condiçoes testadas na síntese de ésteres a partir do isopentanol presente no óleo fúsel com o ácido caprílico estao apresentadas na Tabela 2, juntamente com os resultados obtidos expressos em conversao em éster para diferentes tempos de incubaçao (24 e 48 h).

Verifica-se, na Tabela 2, que utilizando ácido caprílico como doador do grupo acila, o biocatalisador selecionado foi efetivo na formaçao de ésteres em meio isento de solventes, alcançando elevadas conversoes (> 50%) nas primeiras 24 h de reaçao (ensaios 2, 4, 6, 7, 8, 9, 10 e 11). Entretanto, constatou-se que para substratos contendo excesso de álcool (razao molar álcool: ácido= 1:0,5) foram obtidas conversoes inferiores a 20%, independente da temperatura de incubaçao (ensaios 1, 3 e 5). Em 48 h de reaçao, observa-se que apenas as reaçoes conduzidas em substratos contendo excesso de ácido (razao molar álcool: ácido=1:1,5) alcançaram conversoes superiores a 85% (ensaios 2, 4 e 6), independente da temperatura de incubaçao. Os dados obtidos indicam, de maneira geral, que o excesso de ácido garante a formaçao do complexo enzima-grupo acila para posterior reaçao com o álcool, conduzindo assim à formaçao do éster, e reduzindo, desta forma, a competiçao entre os aceptores, parâmetro essencial para a cinética de uma reaçao de esterificaçao.^9,10 Isto sugere que a síntese de caprilato de isopentila catalisada pela lipase R. oryzae imobilizada em SiO₂-βCD pode ser limitada pela concentraçao de ácido caprílico, sugerindo a necessidade de se trabalhar com excesso deste reagente.

As baixas conversoes obtidas nas reaçoes contendo excesso de álcool podem ser também correlacionadas com a polaridade global do sistema reacional determinada pelo parâmetro log P, definido como o coeficiente de partiçao em um sistema bifásico padrao octanol/água para compostos orgânicos.³⁰ De acordo com a literatura, os valores tabulados de log P para o isopentanol é da ordem de 1,28, enquanto o ácido caprílico possui um valor = 3,05. Desta forma, nos sistemas reacionais contendo excesso de óleo fúsel, a polaridade mais elevada do substrato pode modificar a interaçao do álcool com a água essencial ao redor da enzima limitando a migraçao do ácido para a fase sólida da enzima, resultando na reduçao da atividade da enzima.^7,9

Esses resultados estao de acordo com o descrito por Sun et al.,⁷ referente aos efeitos adversos causados pela elevada polaridade do óleo fúsel quando adicionado em meios reacionais, notadamente para meios contendo óleo fúsel em excesso.

Considerando os valores obtidos ao final de 24 h de reaçao, o efeito individual dos fatores experimentais e de suas interaçoes sobre a conversao em éster foi avaliada estatisticamente utilizando o programa Statistica versao 13 (Tabela 3).

As estimativas dos efeitos, erros-padrao, valor de p e valor de t para a resposta analisada mostraram que as variáveis linear (X₁) e quadrática (X₁²) (razao molar) foram estatisticamente significativas para um nível de confiança de 95%, indicando que excesso de ácido ocasiona maior consumo de álcool e consequentemente maior formaçao do éster. Verifica-se ainda que o efeito da variável temperatura (X₂) nao foi estatisticamente significativo ao nível de 95% de confiança, sugerindo que esta variável nao exerce influência significativa na formaçao do éster. Entretanto, a interaçao X₁ e X₂ foi estatisticamente significativa para um nível de confiança de 95%, demonstrando que a temperatura quando combinada com a razao molar exerce influência significativa na conversao em éster (%).

Os efeitos principais para a conversao foi ajustado por análise de regressao múltipla para um modelo polinomial e a melhor funçao ajustada pode ser descrita pela Equaçao 1, em que: Y é a variável resposta (conversao em ester %) e X₁ e X₂ representam os valores codificados para razao molar e temperatura, respectivamente.

A significância estatística dos efeitos principais e da interaçao dos fatores sobre a formaçao do caprilato de isopentila foi realizada por análise de variância, como mostrado na Tabela 4.

Por meio dos resultados obtidos (significância de 95% do modelo p<0,05), pode-se concluir que há relaçao entre as variáveis e que análise de variância proporcionou um bom ajuste do modelo aos dados experimentais. Verifica-se ainda pelo valor de R² de 0,9936 que a equaçao ajustada foi capaz de explicar 99,36% da variabilidade dos valores experimentais.

Desta forma, considera-se que o modelo estatístico obtido foi adequado para descriçao da conversao em caprilato de isopentila em funçao da razao molar ácido/álcool e da temperatura, obtendo-se a superfície de resposta apresentada na Figura 2.

Figura 2. Superfície de resposta de acordo com a equaçao predita para conversao em caprilato de isopentila (%) em funçao da razao molar álcool/ácido e temperatura

A observaçao da Figura 2 indica que a conversao em éster (%) foi dependente da razao molar (álcool/ácido) e da interaçao temperatura com a razao molar. Portanto, com o aumento da razao molar (álcool/ácido), a conversao aumenta gradativamente. Verifica-se ainda que para se obter elevadas conversoes (> 80%) em 24 h de reaçao, a razao molar entre álcool e ácido deve ser maior que 1:1,5 e a temperatura de incubaçao maior que 40 °C. O experimento conduzido nas condiçoes preditas pelo modelo (razao molar entre álcool/ácido de 1:5 e temperatura de 45 °C) indicou rápido consumo dos reagentes, atingindo conversoes superiores a 82% em 24 h de reaçao, confirmando dessa forma o modelo matemático obtido (Figura 3).

Figure 3. Perfil de consumo do isobutanol (■) e isopentanol (●) na formaçao dos ésteres caprilato de isobutila (□) e caprilato de isopentila (○) na reaçao de esterificaçao do óleo fúsel com ácido caprílico nas condiçoes estimadas pelo planejamento fatorial: razao molar (álcool/ácido) de 1:5 e temperatura de 45 °C

Os resultados obtidos quando comparado aos dados descritos na literatura indicam comportamentos diferenciados em funçao da diversidade das fontes de lipases, polaridade do grupo acila, razoes molares e tempo de reaçao (Tabela 5). A esterificaçao de ácidos carboxílicos com álcoois catalisada por lipase é uma estratégia comum para a acilaçao de álcoois primários, enquanto ainda permanece uma tarefa complexa para álcoois secundários. Neste caso específico, a seleçao de um doador do grupo acila apropriado influencia a reatividade da enzima significativamente.

Nos trabalhos identificados na literatura sao descritos a utilizaçao do óleo fúsel proveniente da fermentaçao de milho,³¹ e proveniente da fermentaçao do caldo de cana-de-açúcar.^12,13,32 Apesar da diferença entre as unidades produtoras, bem como das concentraçoes dos álcoois constituintes do óleo fúsel, isopentanol, etanol e isobutanol sempre se apresentaram em maior proporçao.

Macedo e Pastore¹² testaram cinco lipases microbianas de Geotrichum sp., Alcaligenes sp., Aspergillus sp. 1068, Aspergullus sp. 1099 e Rhizopus sp. quanto à capacidade de catalisar a síntese de ésteres formadores de aroma por esterificaçao em meio isento de solvente orgânico utilizando óleo fúsel como precursor. A natureza da enzima, assim como o tamanho da cadeia dos ácidos afetaram as conversoes obtidas. Os resultados mais elevados foram obtidos na síntese do laurato de isoamila (88%) e propianato de isoamila (72%) utilizando a lipase de Rhizopus sp. em 24 h de incubaçao, seguido de 82% de conversao na síntese de acetato de isopropila por Alcaligenes sp. em 24 h de incubaçao. O desempenho superior reportado por De Castro et al.,¹³ empregando um sistema reacional composto de ácido láurico e óleo fúsel (conversoes de 92% em 8 h de reaçao) pode ser relacionado ao biocatalisador utilizado (Lipozyme) uma preparaçao de lipase de Mucor miehi imobilizada em resina de troca iônica disponível comercialmente.¹⁷ Este biocatalisador é considerado um dos mais adequados para mediar reaçoes de esterificaçao devido ao levado poder do suporte em adsorver a água formada durante a reaçao de síntese, mantendo desta forma condiçao adequada de baixo teor de água no meio reacional, reduzindo a ocorrência da reaçao inversa de hidrólise.¹⁷

Resultados similares foram obtidos por Anschau et al.,¹⁴ utilizando também Lipozyme TL IM na síntese de butirato de isopentila a partir do óleo fúsel e ácido butírico em quantidades equimolares na presença de hexano a 30 °C. Nessas condiçoes foram relatados 93% conversao e concentraçao do butirato de isopentila de 1,0 mol L^-1 em 18 horas de reaçao.

Guvenç et al.,¹⁵ utilizando o sistema reacional ácido acético e isopentanol reportaram resultados de conversao de 75% (3,40 mol L^-1) em 8 h na reaçao catalisada pela lipase imobilizada da Candida antarctica (Novozym^® 435) em meio isento de solvente, e verificaram que variável mais significativa foi a razao molar ácido/álcool (0,2:0,8). Ainda Welsh e Williams,³¹ reportaram produçao máxima de uma mistura de éster de ácido butírico (0,62 mol L^-1; conversao = 65,8%) e éster de ácido acético (0,052 mol L^-1; conversoes = 46,4%) em 48 h de reaçao utilizando a lipase Candida cylindracea. Dormo et al.¹⁶ construíram um sistema com pervaporaçao para ser utilizado na remoçao da água produzida na reaçao de esterificaçao do óleo fúsel com ácido oleico catalisada pela lipase Novozym^® 435. Nas condiçoes otimizadas o sistema foi adequado para obter elevadas conversoes (99,8%) em 6 h de reaçao.

Desta forma, verifica-se que os resultados descritos no presente trabalho se comparam favoravelmente com os descritos na literatura, em termos de conversao em éster nas condiçoes empregadas (ausência de solventes, utilizaçao de suporte nao comercial e ausência de estratégia para remoçao da água formada como subproduto).

Avaliaçao sensorial dos ésteres formados durante as reaçoes de esterificaçao

Além da pureza das amostras e teor do componente de interesse (éster), diversas características físico-químicas e sensoriais sao fundamentais para a aceitaçao de um produto pelo consumidor. Estas características sao comumente avaliadas por técnicas de análise sensorial. A avaliaçao sensorial é uma medida qualitativa baseada em informaçoes recebidas pelos sentidos humanos.²³ Esta medida é muitas vezes realizada em painéis de análise sensorial, nos quais pessoas sao empregadas para avaliar as características do produto.^33,34 Métodos sensoriais de medida, no entanto, apesar de serem muito importantes e largamente empregados, parecem perder a precisao desejável em pesquisa científica em funçao da variabilidade inerente à avaliaçao individual de cada pessoa envolvida. Assim, o emprego de equipamentos capazes de realizar medidas mais objetivas e que possam pelo menos complementar a análise tradicional na avaliaçao da qualidade de produtos alimentícios é desejável. Neste caso, o uso de sensor olfativo artificial mostra-se como uma técnica promissora, pois permite detectar os diferentes aromas presentes no produto final, bem como monitorar a uniformidade e consistência dos aromas formados durante o processo.³⁴ Desta forma, os aromas dos três componentes, ácido caprílico, óleo fúsel e ésteres formados pela esterificaçao do ácido caprílico com óleo fúsel foram avaliados pelos sensores gerando o perfil mostrado na Figura 4.

Figura 4. Perfil dos aromas dos ésteres obtidos (quadrado vermelho) e dos materiais de partida na esterificaçao do ácido caprílico (círculo preto) com óleo fúsel (losango verde)

O perfil permite a comparaçao dos aromas entre os materiais de partida e os produtos formados nas sínteses de ésteres. Verifica-se que os ésteres formados apresentaram aromas diferentes dos materiais de partida. Os ésteres sao representados na cor vermelha, na regiao central da figura, ao seu lado esquerdo tem-se o ácido caprílico representado na cor preta, e ao seu lado direito tem-se o óleo fúsel na cor verde. Desta forma, é possível afirmar que ocorreram mudanças nos aromas dos materiais de partida antes e após as reaçoes de esterificaçao.

Verifica-se ainda que o perfil do aroma referente ao óleo fúsel apresentou grande espalhamento, o que pode estar associado à composiçao mista de alcoóis presentes nesta matéria-prima. O mesmo comportamento foi observado para os aromas dos ésteres formados, porém em menor grau. Por outro lado, este comportamento nao foi observado no caso do ácido caprílico por se tratar de reagente puro. Os componentes (1, 2 e 3) explicam juntos 96,68% das variaçoes ocorridas entre as amostras, demonstrando que os sensores discriminaram as amostras satisfatoriamente.

CONCLUSAO

O presente trabalho teve como enfoque sintetizar ésteres a partir da matéria-prima residual óleo fúsel utilizando lipases como catalisadores e como doador do grupo acila o ácido caprilico. Mediante testes de seleçao de fontes de lipases microbianas, foi selecionada a lipase R. oryzae com potencial para aplicaçao na síntese do caprilato de isopentila resultando em elevadas conversoes em 24 h de reaçao. As condiçoes reacionais da síntese de ésteres utilizando óleo fusel foram estabelecidas por planejamento experimental, avaliando o efeito das variáveis: temperatura e razao molar ácido/álcool. A análise dos resultados revelou que a formaçao do caprilato de isopentila foi influenciada somente pela variável razao molar ao nível de 95% de confiança. O modelo matemático proposto permitiu prever as condiçoes que favorecem o alcance de elevados rendimentos de formaçao do éster, sendo a reaçao maximizada (82% em 24 h) para meios reacionais constituídos de óleo fúsel e ácido caprílico na razao molar de 1:5 e temperatura de 45 °C. O perfil sensorial efetuado pelo nariz eletrônico permitiu uma comparaçao dos aromas entre materiais de partida e os produtos formados, sendo constatado que os ésteres formados apresentaram aromas bem distintos dos materiais de partida, sugerindo que ocorreram mudanças nos aromas dos materiais de partida antes e após as reaçoes de esterificaçao.

MATERIAL SUPLEMENTAR

Os espectros de RMN¹H, bem como a análise das estruturas dos padroes cromatográficos utilizados neste trabalho, estao disponíveis em http://quimicanova.sbq.org.br, na forma de arquivo PDF, com acesso livre.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem o apoio financeiro concedido pela CAPES (Coordenaçao de Aperfeiçoamento de Pessoal de Ensino Superior) e CNPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico).

REFERENCIAS

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