Esterificação e adsorção de ésteres de aroma a partir de óleo fúsel utilizando tecnologia supercrítica [recurso eletrônico] = Esterification and adsorption of flavor esters from fusel oil using supercritical technology
Arthur Luiz Baião Dias
TESE
Inglês
T/UNICAMP D543e
[Esterification and adsorption of flavor esters from fusel oil using supercritical technology]
Campinas, SP : [s.n.], 2019.
1 recurso online (264 p.) : il., digital, arquivo PDF.
Orientador: Julian Martínez
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos
Resumo: O óleo fúsel é definido como um subproduto das destilarias de produção de etanol, composto por uma mistura de álcoois superiores que podem atuar como reagentes em sínteses orgânicas para produção de ésteres de aromas. Dentre os principais solventes empregados como meios reacionais, o dióxido...
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Resumo: O óleo fúsel é definido como um subproduto das destilarias de produção de etanol, composto por uma mistura de álcoois superiores que podem atuar como reagentes em sínteses orgânicas para produção de ésteres de aromas. Dentre os principais solventes empregados como meios reacionais, o dióxido de carbono supercrítico (SC-CO2) apresenta-se como uma alternativa viável pela sua baixa toxicidade, por ser não inflamável, não poluente, de baixo custo e totalmente recuperável. Esta tese teve como objetivo principal a produção de ésteres de acetato, em modos batelada e contínuo, a partir de óleo fúsel, utilizando SC-CO2 como meio reacional. Primeiramente, foi realizado um levantamento bibliográfico dos principais trabalhos publicados sobre a produção de ésteres de aroma utilizando SC-CO2 e a influência das principais variáveis de processo. Em seguida, um estudo sobre reações biocatalisadas a partir de óleo fúsel em SC-CO2 em modo batelada foi realizado, utilizando a enzima Lipozyme 435 imobilizada como catalisador. Amostras de óleo fúsel foram caracterizadas em termos de seus principais álcoois superiores. O teor inicial de água das amostras foi reduzido por meio de adsorção em SC-CO2, utilizando zeólitas do tipo 13X-Na como adsorvente. As maiores conversões de acetato de isoamila, isobutila e etila foram obtidas a 10 MPa e 60 °C com concentração enzimática de 6,25 g/mol OH e anidrido acético como doador de grupo acila. A seguir, foi realizado um novo estudo de reações de óleo fúsel em SC-CO2 em modo batelada para conversão de acetato de isoamila. Neste caso, foram avaliados o comportamento de fases da reação através de um sistema de expansão volumétrica, seguido do estudo das cinéticas reacionais e do ajuste de modelos matemáticos aos dados experimentais. A condição de 15 MPa e 60 °C foi capaz de gerar um sistema monofásico da reação entre óleo fúsel e anidrido acético em SC-CO2. As maiores conversões foram obtidas para razão molar de anidrido acético: álcool isoamílico de 2:1, enquanto a concentração enzimática não teve efeito significativo. O modelo elementar foi o mais preciso, apresentando menores valores de MADE (erro médio de desvio absoluto). Por fim, foi realizado estudo das reações de óleo fúsel em modo contínuo em SC-CO2 utilizando a enzima Novozym 435 imobilizada como catalisador, assim como avaliação de propriedades de transferência de massa. Apenas a vazão de substratos teve efeito estatisticamente significativo sobre a conversão de acetato de isoamila. Assim, 10 MPa, 40 °C, 0,2 mL/min e 0,4 L/min foi a condição selecionada para conduzir as cinéticas reacionais. A lei de conservação de massa foi aplicada aos dados experimentais para obter um melhor entendimento dos mecanismos de transferência de massa. A principal contribuição desta tese foi apresentar uma alternativa de reuso para o óleo fúsel através de reações biocatalisadas para produção de compostos de aroma e SC-CO2 como solvente, uma vez que se trata de uma técnica limpa e ambientalmente amigável. Além disso, os compostos de aroma obtidos podem ter valor de mercado para diversos setores da indústria, como alimentícia, química e farmacêutica
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Abstract: Fusel oil is defined as a by-product of ethanol production distilleries composed of a mixture of higher alcohols, which can act as reactants in organic synthesis to produce flavor esters. Among the main solvents used as reaction media, supercritical carbon dioxide (SC-CO2) is a viable...
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Abstract: Fusel oil is defined as a by-product of ethanol production distilleries composed of a mixture of higher alcohols, which can act as reactants in organic synthesis to produce flavor esters. Among the main solvents used as reaction media, supercritical carbon dioxide (SC-CO2) is a viable alternative due to its low toxicity, since it is non-flammable, non-polluting, has low cost and is fully recoverable. The present thesis had as main objective the production of acetate esters, in batch and continuous modes, from fusel oil using SC-CO2 as reaction medium. First, a bibliographical survey of the main published works on the production of aroma esters using SC-CO2, and the influence of the main process variables was made. Next, biocatalysed reactions from fusel oil in SC-CO2 were performed in batch mode, using immobilized Lipozyme 435 as catalyst. Fusel oil samples were characterized in terms of their major higher alcohols. The initial water content was reduced by adsorption on SC-CO2 using 13X-Na zeolites as adsorbent. The highest conversions of isoamyl, isobutyl and ethyl acetates were obtained at 10 MPa and 60 °C at an enzymatic concentration of 6.25 g/mol OH and acetic anhydride as the acyl donor. Then, a new study on fusel oil reactions in SC-CO2 in batch mode for the conversion of isoamyl acetate was performed. In this case, the phase behavior of the reactions was investigated through a volumetric expansion system, followed by a study of reaction kinetics and adjustment of mathematical models to the experimental data. The condition of 15 MPa and 60 °C could generate a single-phase system of the reaction between fusel oil and acetic anhydride in SC-CO2. The highest conversions were obtained for acetic anhydride: isoamyl alcohol molar ratio of 2:1, whereas the enzyme concentration had no significant effect. The elementary model was the most accurate, presenting smaller MADE (mean absolute deviation error). Finally, fusel oil reactions in continuous mode on SC-CO2 using immobilized Novozym 435 as catalyst were performed and mass transfer properties were evaluated. It was observed that only the substrates' flow rate was statistically significant on the conversion of isoamyl acetate. Thus, 10 MPa, 40 °C, 0.2 mL/min and 0.4 L/min was the selected condition to investigate the reaction kinetics in continuous mode. The mass conservation law was applied to the experimental data in order to better understand the mass transfer mechanisms. The main contribution of this thesis was to present an alternative for reusing fusel oil through biocatalysed reactions to produce aroma compounds with SC-CO2 as solvent, since it is a clean and environmentally friendly technique. In addition, the flavor compounds obtained may have market value for various industry fields, such as food, chemical and pharmaceutica
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Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDF
Martínez, Julian, 1976-
Orientador
Bicas, Juliano Lemos, 1982-
Avaliador
Ferreira, Marcela Cravo, 1986-
Avaliador
Gomes, Pedro Miguel Vidinha
Avaliador
Cardozo Filho, Lúcio, 1963-
Avaliador
Esterificação e adsorção de ésteres de aroma a partir de óleo fúsel utilizando tecnologia supercrítica [recurso eletrônico] = Esterification and adsorption of flavor esters from fusel oil using supercritical technology
Arthur Luiz Baião Dias
Esterificação e adsorção de ésteres de aroma a partir de óleo fúsel utilizando tecnologia supercrítica [recurso eletrônico] = Esterification and adsorption of flavor esters from fusel oil using supercritical technology
Arthur Luiz Baião Dias