Caracterização e produção de uma lipase obtida a partir da levedura Pseudozyma hubeiensis e aplicação em biocatálise de biodisel

Abstract

O mundo tem experenciado uma série de problemas ambientais decorrentes do uso de combustíveis fósseis que há muitos anos alimentam os setores industrial e de transportes em escala global. Os biocombustíveis são alternativas renováveis e sustentáveis tão eficientes quanto os análogos de origem fóssil, apresentando propriedades semelhantes em relação a rendimento e potencial energético, bem como características superiores como a biodegradabilidade e a possibilidade de aplicação de diversas matérias-primas em sua produção. Um biocombustível que merece destaque é o biodiesel, tanto por suas qualidades próximas ao diesel comum, como por suas qualidades superiores como combustível. O mesmo é obtido por reações de esterificação/transesterificação de óleos e gorduras com álcoois de cadeia curta, por via química ou enzimática. A catálise enzimática apresenta vantagens em relação a catálise química: necessitando de condições menos extremas, possibilitando a recuperação e reutilização das enzimas e não necessitando de matérias-primas purificadas. Por sua vez, a lipase obtida da levedura Pseudozyma hubeiensis, se comparada a biocatalisadores comerciais, apresenta a vantagem de ser produzida em grandes quantidades pelo microrganismo, sendo secretada pelas células, não necessitando de extração, e também demonstrando-se capaz de realizar a catálise sem purificação, reduzindo os custos do processo, principal barreira encontrada no mesmo. Dadas tais qualidades, o objetivo do projeto é caracterizar tal enzima e aplicar a mesma à síntese de biodiesel. A produção de lipase foi realizada por incubação da levedura em meio indutor, em plataforma rotatória e em biorreator. O cultivo foi centrifugado, o sobrenadante recuperado e submetido a diferentes tempos de liofilização. A atividade enzimática para cada tempo possui resultados variando de 6 a 87 U/mg de proteína. Análises por SDS-PAGE revelaram a presença de diversos componentes proteicos na amostra, no entanto, também demonstraram a presença de impurezas proteicas na lipase controle (lipase from porcine pancreas - Sigma – Aldrich). A identificação das proteínas está em andamento por espectrometria de massas. Os parâmetros avaliados durante a catálise foram: relação enzima:substrato, temperatura da reação, possibilidade de solvência da enzima, razão molar álcool:óleo, tempo reacional e agitação. A análise via cromatografia gasosa revelou, para a avaliação da relação enzima/substrato, a existência de ésteres etílicos de biodiesel, com conversão de 10% da matéria-prima. A enzima mostrou-se capaz de realizar as reações necessárias ao processo e produziu uma catálise com um rendimento superior a enzima comercial (máximo de 8,2%, neste trabalho).

The world has experienced a series of environmental problems due to the constant use of fossil fuels, which supply for several years the industrial and transports sectors. Biofuels are renewable and sustainable alternatives, as efficient as the similar fossil fuels, showing resembling properties for productivity and energetic potential. Besides, they have superior characteristics like biodegradability and possibility for application of several raw materials in their production. Biodiesel is a biofuel that deserves considerations, not only for its qualities diesel-like but also for the high qualities as a fuel. It is produced by oil and fats transesterification/esterification with short chain alcohols, by chemical or enzymatic way. The enzymatic way shows advantages above chemical catalysis: doesn’t need extreme conditions, making possible the recuperation and reuse of enzymes and no need for purificated raw materials. The Pseudozyma hubeiensis’s lipase, compared with commercial biocatalysts, shows the advantage of being produced in large scale by the yeast, without further step of enzyme extraction, because it is secreted by the cells. Besides, the enzyme is capable of catalyzing the reaction without purification, which reduces the process costs, which are the biggest issue. Due to these qualities, the aim of this work is to characterize the enzyme and apply it at biodiesel synthesis. The lipase was produced by incubation of the yeast on inductor media, in shaker and bioreactor. This cultivation was centrifuged and the supernatant was collected and liofilizated in different times. SDS-PAGE analysis showed several proteic products in the samples, but also revealed some interferers on the commercial control lipase (lipase from porcine pancreas – Sigma – Aldrich). Proteins identification by mass spectrometry are ongoing. Reaction parameters evaluated during the catalysis was: enzyme:substrate ratio, temperature, solvent possibilities, alcohol:oil ratio, reaction time and mass flux. The gas chromatography analysis revealed, concerning the enzyme:substrate ratio, the existence of biodiesel esters, with maximum yield of 10% from the raw-material. The enzyme shows capable of catalyzing the reaction and produced a catalysis with higher yield than the commercial lipase (8,2% maximum, in this study).