Thesis:

Desarrollo de estrategias para el aumento del rendimiento de conversión al alquil ésteres de ácidos grasos (biodiesel) mediante el uso de CLEAs de lipasa como catalizador de la reacción de transesterificación a partir de aceite de raps canola

La creciente cantidad de proyectos destinados a la generación de biocombustibles como energías alternativas renovables incluye el biodiesel (alquil ésteres de ácidos grasos), producido principalmente mediante la transesterificación de triglicéridos con un alcohol en presencia de un catalizador. Se planteó como hipótesis que la máxima conversión de alquil ésteres de ácidos grasos usando agregados enzimáticos entrecruzados (CLEAs) de lipasa como biocatalizadores se ve incrementada al evitar el contacto de éste con glicerol. El objetivo general fue la obtención de un CLEA de lipasa capaz de llevar a cabo la producción de biodiesel a altos rendimientos de conversión (>92%). Los objetivos específicos incluyeron la selección de una lipasa no inmovilizada, la determinación de las condiciones para la preparación de CLEAs, la obtención de las mejores condiciones de producción de biodiesel y la evaluación de la adición de una superficie hidrofílica al medio de reacción o el uso de CLEAs con superficie hidrofóbica respecto al rendimiento de conversión de biodiesel. Las principales metodologías fueron la medición de la actividad de síntesis del biocatalizador (utilizando p-nitrofenolpalmitato y etanol como sustratos) y la cuantificación de alquil ésteres mediante cromatografía de gases. Los resultados destacados incluyen: la selección de la lipasa PS de Burkholderia cepacia con una actividad de síntesis de 1290,7 Us/g proteína; la obtención de un CLEA con actividad de síntesis óptima de 163,3 Us/g, preparado con polímeros de glutaraldehído a pH 11,2, concentración de glutaraldehído de 36,8 mM y una razón enzima/albúmina de 18,4 mg/mg, obteniendo un rendimiento de conversión de 72,9% p/p; la adición de sílica gel (34,2%) como superficie hidrofílica no catalítica alcanzó un rendimiento máximo de 91,3% p/p; y la preparación de un CLEA con superficie hidrofóbica usando hexametilenediamina (HMDA) como agente de entrecruzamiento y propiltrietoxisilano (PTES) para hidrofobizar la superficie, logrando una conversión máxima de 97% p/p. Este biocatalizador fue reutilizado, obteniendo 94,5% p/p de conversión en el segundo lote y 93,2% p/p en el tercero. Se concluye que la hipótesis fue apropiadamente contrastada y verificada, siendo el CLEA con superficie hidrofóbica preparado con HMDA y PTES el mejor resultado, presentándose como un biocatalizador que logra altos rendimientos de conversión y puede ser reutilizado sin perder mayormente su potencial catalítico.

The growing number of projects aimed at generating biofuels as renewable alternative energies includes biodiesel (fatty acid alkyl esters), produced mainly through the transesterification of triglycerides with an alcohol in the presence of a catalyst. It was hypothesized that the maximum conversion of fatty acid alkyl esters using cross-linked enzyme aggregates (CLEAs) of lipase as biocatalysts is increased by avoiding its contact with glycerol. The general objective was to obtain a lipase CLEA capable of carrying out biodiesel production at high conversion yields (>92%). Specific objectives included the selection of a non-immobilized lipase, determination of conditions for CLEA preparation, obtaining the best biodiesel production conditions, and evaluating the addition of a hydrophilic surface to the reaction medium or the use of CLEAs with hydrophobic surface regarding biodiesel conversion yield. The main methodologies were measuring the synthesis activity of the biocatalyst (using p-nitrophenylpalmitate and ethanol as substrates) and quantification of alkyl esters by gas chromatography. Highlighted results include: selection of PS lipase from Burkholderia cepacia with synthesis activity of 1290.7 Us/g protein; obtaining a CLEA with optimal synthesis activity of 163.3 Us/g, prepared with glutaraldehyde polymers at pH 11.2, glutaraldehyde concentration of 36.8 mM and enzyme/albumin ratio of 18.4 mg/mg, achieving a conversion yield of 72.9% w/w; addition of silica gel (34.2%) as non-catalytic hydrophilic surface reached a maximum yield of 91.3% w/w; and preparation of a CLEA with hydrophobic surface using hexamethylenediamine (HMDA) as cross-linking agent and propyltriethoxysilane (PTES) to hydrophobize the surface, achieving a maximum conversion of 97% w/w. This biocatalyst was reused, obtaining 94.5% w/w conversion in the second batch and 93.2% w/w in the third. It is concluded that the hypothesis was appropriately tested and verified, with the hydrophobic surface CLEA prepared with HMDA and PTES being the best result, presenting itself as a biocatalyst that achieves high conversion yields and can be reused without significantly losing its catalytic potential.