Ésteres de sacarose: síntese enzimática e avaliação de suas propriedades tensoativas

Abstract

O presente trabalho objetivou estudar a produção enzimática de ésteres de sacarose e suas propriedades tensoativas. Lipase comercial de Candida antarctica B (CALB) imobilizada em resina acrílica foi utilizada em produções em batelada. A maior conversão do ácido esteárico (53,4%) em ésteres de sacarose foi obtida usando 2-metil-2-butanol e proporção molar de 1:3 (sacarose: ácido esteárico), após 72 h a 65 ºC. A síntese foi confirmada por cromatografia em camada delgada (CCD) e espectroscopia de infravermelho (FTIR). A tensão superficial de equilíbrio (ye) e a concentração micelar crítica (CMC) foram obtidas, e seus valores (45 +_ 1 mN/m e 10 mg/L, respectivamente) eram característicos de um surfactante não iônico. As propriedades interfaciais de misturas de ésteres de sacarose e goma guar ou goma xantana, na interface óleo-água foram determinadas. Observou-se que a adição dos polissacarideos no meio aumentou a tensão na interface. Estudos de viscoelasticidade interfacial mostraram que todos os filmes produzidos eram predominantemente elásticos. Verificou-se ainda, que emulsões produzidas com ésteres de sacarose apresentaram excelente estabilidade ao longo de 28 dias. Posteriormente, foi desenvolvido um biorreator enzimático para a síntese de ésteres de sacarose em modo contínuo. Lipase de Candida rugosa (CRL) foi imobilizada em criogel de poliacrilamida. A metodologia de superfície de resposta, com base em um delineamento composto central rotacional, foi utilizada para otimizar a produção enzimática de ésteres de sacarose. A porcentagem máxima de esterificação prevista foi de 93,01% utilizando uma razão molar de 1:3,13 (sacarose: ácido esteárico), temperatura de 55,8 C e proporção de 7,44:92,56 (DMSO: tert-butanol). O modelo ajustado foi validado experimentalmente nas condições Ótimas. Novamente, a síntese de ésteres de sacarose foi confirmada por CCD e FTIR e a tensão superficial de equilíbrio e a CMC foram determinadas (44 +_ 1 mNm e 14,5 mg/L, respectivamente). Após 10 ciclos sucessivos, o biorreator manteve uma alta taxa de conversão. Assim, este trabalho apresenta contribuições significativas para o avanço da tecnologia enzimática para síntese de ésteres de sacarose, que devido aos baixos valores de tensão interfacial têm potencial aplicação como emulsificantes para a indústria. Palavras-chave: Surfactante. Lipases. Otimização. Emulsões. Dinâmica interfacial.

Commercial lipase from Candida antarctica B (CALB) immobilized on acrylic resin was used in batch productions. The highest conversion of stearic acid (53.4%) to sucrose esters was obtained using 2-methyl-2-butanol and a molar ratio of 1:3 (sucrose: stearic acid), after 72 h at 65 ºC. The synthesis was confirmed by thin layer chromatography (TLC) and infrared spectroscopy (FTIR). Equilibrium surface tension (ye) and critical micelle concentration (CMC) were obtained, and their values (45 +_ 1 mN/m and 10 mg/L, respectively) were characteristic of a non-ionic surfactant. The interfacial properties of mixtures of sucrose esters and guar gum or xanthan gum at the oil-water interface were determined. It was observed that the addition of polysaccharides in the medium increased the tension at the interface. Interfacial viscoelasticity studies showed that all films produced were predominantly elastic. It was also verified that emulsions produced with sucrose esters showed excellent stability over 28 days. Subsequently, an enzymatic bioreactor was developed for the synthesis of sucrose esters in continuous mode. Candida rugosa lipase (CRL) was immobilized on polyacrylamide cryogel. The response surface methodology, based on a central composite rotational design, was used to optimize the enzymatic production of sucrose esters. The maximum percentage of esterification predicted was 93.01% using a molar ratio of 1:3.13 (sucrose: stearic acid), temperature of 55.8 ºC and proportion of 7.44:92.56 (DMSO: tert-butanol). The fitted model was experimentally validated under optimal conditions. Again, the synthesis of sucrose esters was confirmed by TLC and FTIR and the equilibrium surface tension and CMC were determined (44 +_ 1 mN/m and 14.5 mg/L, respectively). After 10 successive cycles, the bioreactor maintained a high conversion rate. Thus, this work presents significant contributions to the advancement of enzymatic technology for the synthesis of sucrose esters, which, due to their low interfacial tension values, have potential application as emulsifiers for industry. Keywords: Surfactant. Lipases. Optimization. Emulsions. Interfacial dynamics.