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Tipo: Dissertação
Título: Um estudo teórico e experimental da produção bioquímica de biodiesel de babaçu (Orbignya sp.)
Autor(es): Alexandre, Jeferson Yves Nunes Holanda
Orientador: Rios, Maria Alexsandra de Sousa
Coorientador: Santos, José Cleiton Sousa dos
Palavras-chave: Biodiesel;Hidroesterificação;Taguchi, Métodos (Controle de qualidade);Docking molecular;Dinâmica molecular
Data do documento: 2022
Resumo: Foi realizado um estudo teórico e experimental da produção biocatalítica do biodiesel de babaçu por meio da hidroesterificação enzimática. A hidroesterificação é uma rota sintética que se baseia na hidrolise seguida da esterificação. A hidrólise completa do óleo de babaçu foi conduzida utilizando uma solução com solução mássica de 1:1, a 40 °C por 4 horas empregando 0,4% da lipase de Thermomyces lanuginosus (TLL) em relação a massa de óleo. Em seguida, utilizando a lipase Eversa® Transform 2.0 na etapa de esterificação, foi realizado um planejamento estatístico variando os parâmetros: temperatura (25-55 °C), razão molar ácidos graxos livres (AGLs) e álcool (1:1 a 1:9), porcentagem de biocatalisador (0,1% a 0,9%) e tempo de reação (1-5 horas) através do método Taguchi. A porcentagem de biocatalisador foi o fator mais influente sob o processo com percentual de contribuição igual a 67,80%. Os níveis de reação ideal obtidos após o tratamento estatístico foram: L3 (5 horas) para o tempo, L2 (40 °C) para a temperatura, L2 (1:5 AGL/álcool) para a razão molar e L3 (0,9% de massa em relação a massa de AGL) para a porcentagem de biocatalisador, nessas condições, a conversão teórica foi de 98,64%. Após a realização da reação proposta, notou-se uma conversão de 95,15% ± 0,1. O resultado da reação otimizada foi menor que o valor teórico de conversão proposto, pois, biocatalisadores podem perder a sua atividade catalítica facilmente, visto que esses materiais são suscetíveis a diversas interferências. Os resultados de viscosidade cinemática e densidade indicam que o biodiesel produzido tem potencial para aplicações futuras. Por fim, realizou-se um estudo de docking e dinâmica molecular com o intuito de avaliar a estabilidade dos complexos formados entre os ácidos octanóico, decanóico, dodecanoico, tetradecanóico, hexadecanóico e cis-9-octadecenóico e a Eversa lipase. A proteína foi modelada por homologia, através do digrama de Ramachandran foi possível identificar as regiões que mantiveram a estrutura conservada e os locais variáveis com alinhamento. Além disso, o modelo obtido apresentou pontuação média 3D-1D ≥ 0,2 de 93,71% na função Verify 3D comprovando a compatibilidade do modelo atômico com a sequência de aminoácidos. Foi observado nos resultados de docking molecular que os ligantes interagiram diretamente com o sítio catalítico (Ser153, Asp206 e His268) e a cavidade oxiânion (Leu154 e Ser91), esses resultados sugerem que as combinações entre os ligantes com a enzima foram estáveis. Nas simulações de dinâmica molecular, constatou-se por meio do Root Mean Square Deviation (RMSD) que não houve grandes mudanças conformacionais dos complexos estudados durante os períodos de simulação, com RMSD abaixo de 2,0Å. Ademais, os resultados teóricos e experimentais expostos neste trabalho, indicam que os ácidos graxos advindos do óleo de babaçu formam complexos estáveis com o sítio catalítico da Eversa, o que valida a sua aplicação na produção de ésteres metílicos de babaçu.
Abstract: A theoretical and experimental study of the biocatalytic production of babassu biodiesel through enzymatic hydroesterification was carried out. Hydroesterification is a synthetic route based on hydrolysis followed by esterification. Complete hydrolysis of babassu oil was conducted using a 1:1 solution by weight at 40 °C for 4 hours using 0.4% lipase from Thermomyces lanuginosus (TLL) in relation to oil weight. Then, using Eversa® Transform 2.0 lipase in the esterification step, a statistical planning was carried out varying the parameters: temperature (25-55 °C), molar ratio free fatty acids (FFAs) and alcohol (1:1 to 1: 9), percentage of biocatalyst (0.1% to 0.9%) and reaction time (1-5 hours) using the Taguchi method. The percentage of biocatalyst was the most influential factor in the process with a contribution percentage equal to 67.80%. The ideal reaction levels obtained after statistical treatment were: L3 (5 hours) for time, L2 (40 °C) for temperature, L2 (1:5 AGL/alcohol) for molar ratio and L3 (0.9 % of mass in relation to the mass of FFA) for the percentage of biocatalyst, under these conditions, the theoretical conversion was 98.64%. After carrying out the proposed reaction, a conversion of 95.15% ± 0.1 was noted. The result of the optimized reaction was lower than the proposed theoretical conversion value, since biocatalysts can easily lose their catalytic activity, since these materials are susceptible to various interferences. The kinematic viscosity and density results indicate that the biodiesel produced has potential for future applications. Finally, a study of docking and molecular dynamics was carried out to evaluate the stability of the complexes formed between octanoic, decanoic, dodecanoic, tetradecanoic, hexadecanoic, and cis-9-octadecenoic acids and Eversa lipase. The protein was modeled by homology, through the Ramachandran diagram it was possible to identify the regions that maintained the conserved structure and the variable sites with alignment. In addition, the obtained model presented an average 3D-1D score ≥ 0.2 of 93.71% in the Verify 3D function, proving the compatibility of the atomic model with the amino acid sequence. It was observed in the molecular docking results that the ligands interacted directly with the catalytic site (Ser153, Asp206, and His268) and the oxyanion cavity (Leu154 and Ser91), these results suggest that the combinations between the ligands and the enzyme were stable. In the molecular dynamics simulations, it was verified through the Root Mean Square Deviation (RMSD) that there were no major conformational changes in the complexes studied during the simulation periods, with RMSD below 2.0 Å. Furthermore, the theoretical and experimental results presented in this work indicate that the fatty acids from babassu oil form stable complexes with the catalytic site of Eversa, which validates its application in the production of babassu methyl esters.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/71564
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