| Summary: | Los procesos catalizados por lipasas han sido ampliamente investigados como alternativa parala producción de metil ésteres de ácidos grasos (fatty acid methyl ester, FAME) o biodiesel. Elinterés en este proceso radica en que a diferencia de los procesos convencionales catalizadoscon sales alcalinas, los procesos catalizados con lipasas permiten el uso de materias primas alternativas y de menor costo, tales como el aceite residual de fritura (waste frying oil, WFO).Pese a los logros alcanzados hasta la fecha, la catálisis enzimática no ha llegado a ser competitiva con el proceso químico convencional. Esto se debe principalmente a los altos tiempos de reacción de hasta 48 horas, la pérdida de la actividad enzimática por el metanolusado en la reacción y los altos costos del proceso, asociados entre otros, a que las enzimas nopuedan ser reutilizadas. En la presente investigación se optimizó el proceso enzimático deproducción de FAME utilizando aceite de raps y WFO como materias primas, con metanol como aceptar acilo. La reacción fue catalizada por la enzima comercial lipasa de Candída antarctíca inmovilizada en resina de acrílico (Novozym 435). En una primera etapa sedesarrolló una matriz superficie respuesta (MSR) con las variables: razón metanoVaceite (mol/mol), dosis de lipasa (% p/p de Novozym 435), temperatura (oC) y el contenido de WFO en la mezcla con aceite de raps (% p/p). Los resultados obtenidos permitieron generar un modelo, el cual predijo rendimientos de hasta un 100 % de FAME en 12 horas de reacciónutilizando un 100 % de WFO. De acuerdo al modelo, la adición de WFO incrementó el rendimiento de FAME, lo cual podría estar asociado a su mayor contenido demonoacilglicéridos, diacilglicéridos y ácidos grasos libres (en comparación al aceite de raps), los cuales son sustratos más disponibles para la catálisis enzimática. Posteriormente,utilizando sólo WFO como materia prima, se realizó una segunda etapa para optimizar el proceso eliminando el agua de la reacción, a través del uso de tamices moleculares de tamaño de poro de 3 A. La adición de los tamices moleculares generó un medio anhidro que evitó las reacciones paralelas de hidrólisis y esterificación, llevando a cabo la producción de FAME principalmente a través de la transesterificación de triglicéridos. Este proceso en medio anhidro permitió disminuir la acidez del producto e incrementar el rendimiento de la reacción.En una tercera etapa, se investigó la posibilidad de reutilizar las enzimas bajo las condicionesde operación resultantes de las dos etapas previas. Se probaron solventes hidrofílicos ehidrofóbicos para el lavado de las enzimas y su posterior reutilización. Sin embargo, losmejores resultados fueron obtenidos utilizando tert-butanol como ca-solvente durante latransesterificación, el cual tiene la característica de ser medianamente polar. En esta etapa fue posible llevar a cabo 17 ciclos sucesivos de producción de FAME usando tert-butanol comoca-solvente de la reacción, mostrando que Novozym 435 puede ser reutilizada en un medio anhidro. Finalmente, se estudió la cinética de la reacción enzimática de producción de FAME utilizando WFO como materia prima en un sistema con tert-butanol como ca-solvente y medio anhidro. Los resultados se ajustaron a un modelo Ping Pong con inhibición competitiva pormetanol y sin inhibición por sustrato. Con los resultados se pudo establecer la factibilidad deusar altas dosis de metanol de hasta 8/1 moles de metanol/moles de WFO que permitieron desplazar el equilibrio hacia la formación de producto, acelerando la reacción sin inhibir la actividad enzimática. Utilizando esta dosis de metanol se implementó un reactor enzimático semi-continuo para la producción de FAME. Las condiciones de operación del reactor fueronestablecidas de acuerdo a los resultados de la primera etapa (100 % p/p WFO, 15 % p/p de Novozym 435 y 44,5 oc a 200 rpm). El reactor fue operado reutilizando las enzimas durante ciclos consecutivos de 4 horas, en un sistema con tert-butanol como ca-solvente yrecirculando la mezcla de reactantes a través de una columna con tamices moleculares paraextraer el agua. Los resultados mostraron rendimientos sobre un 80% de FAME durante 7 ciclos sucesivos, sin evidenciar pérdida de actividad enzimática. A diferencia de los trabajos reportados hasta la fecha, los cortos tiempos de reacción de este proceso y la reutilización delas enzimas generan una alternativa factible de ser utilizada a escala industrial. Este proceso presenta importantes ventajas en comparación al proceso convencional con catalizador químico. Esto se debe a que a pesar de que el proceso químico requiere solo 1 hora dereacción de transesterificación, luego del proceso es necesaria una etapa de lavado para eliminar los residuos del catalizador químico. Esta etapa anexa no es necesaria en el proceso propuesto debido a la utilización de un catalizador sólido. Además, el proceso enzimático propuesto tiene la ventaja de ser flexible permitiendo el uso de materias primas alternativas y de menor costo para la producción de FAME. Por lo tanto, los resultados de este trabajo han generado un proceso con catalizador enzimático que puede llegar a ser no solo ambientalmente sino que también económicamente competitivo con la catálisis química convencional.
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