Produção de ésteres metílicos a partir de biomassa úmida de diferentes espécies de microalgas utilizando processo de hidrólise-esterificação empregando solvente dispersor

Abstract

O uso de biomassa algácea para produção de biodiesel tem sido investigado, uma vez que essa matéria-prima apresenta elevado rendimento de óleo quando comparado com oleaginosas convencionais. Todavia, para viabilizar a produção comercial de biodiesel a partir de microalgas é necessária a pesquisa e o desenvolvimento de métodos efetivos de produção empregando a biomassa úmida de microalgas, evitando a secagem desta. Dentro desse contexto,o objetivo do presente trabalho foi usar a biomassa algácea úmida no processo de hidrólise-esterificação“insitu”para produção de ésteres graxos de microalgas. Também foi desenvolvido um método rápido,fácil e eficiente de extração de lipídeos de biomassa úmida de microalgas assistido por micro-ondas. Inicialmente, para o desenvolvimento do método de extração foi empregada biomassa umidificada de Nannochloropsisoculata, para obter a melhor condição de extração foi aplicado um delineamento composto central 22, a melhor condição foi 1 min de irradiação de micro-ondas a 80 ºC. Em seguida, o método foi aplicado à biomassa úmida das microalgas Amphora coffeaeformis, Chaetoceros gracilis e Isochrisis galbana,cultivadas em meio fertilizante,obtendo os respectivos rendimentos de lipídeos de 16,27±1,5, 22,31±2,5e 19,87 ±2,4%. O teor de lipídeos e o perfil graxo das frações lipídicas extraídas utilizando micro-ondas foi muito semelhante ao perfil das frações extraídas pelo método convencional que utiliza ultrassom, mostrando a eficiência do método. Para investigar a produção “in situ”de ésteres utilizando biomassa úmida das microalgas N. oculata, A.coffeaeformis, C.gracilis e I. galbana foi realizada a hidrólise-esterificação na presença de um solvente dispersor acetona. Para obter a melhor condição de hidrólise foi aplicado um delineamento composto central 23, a condição ideal de hidrólise foi 5 mL de acetona (solvente dispersor), 10 mL hexano (solvente extrator), 10% H2SO4a 100 ºC em refluxo por 4 h. Já a melhor condição de esterificação foi utilizando a razão molar metanol: ácido graxo (30:1), 10% H2SO4a 100 ºC em refluxo por 1 h. De forma inédita o processo de hidrólise-esterificação utilizando acetona como solvente dispersor foi aplicado com êxito à biomassa úmida de diferentes microalgas com paredes celulares distintas alcançando rendimentos superiores a 85%. Além disso, quando comparado com os processos de extração-transesterificação e transesterificação “insitu” o processo de hidrólise-esterificação na presença do solvente dispersor apresentou rendimentos e conversão de FAMEs superiores aos demais métodos.

The use of algal biomass for biodiesel production has been investigated, since this raw material presents high oil yield when compared to conventional oilseeds.However, to enable the commercial production of biodiesel from microalgae is necessary to research and development of effective production methods employing the wet biomass of microalgae, avoiding drying it.In this context, the objective of the present work was to use the wet algal biomass in the process "in situ" hydrolysis-esterification for the production of fatty esters of microalgae.It was also developed a fast, easy and efficient extraction of wet biomass of microalgae lipid assisted by microwave.Initially, for the development of the extraction method was used humidified biomass of Nannochloropsis oculata, to obtain the best extraction condition was applied a central compound design 22, the best condition was 1 min of microwave irradiation at 80 ºC.Then, the method was applied to the wet biomass of the microalgae Amphora coffeaeformis, Chaetoceros gracilis and Isochrisis galbana,cultivated in fertilizer medium, obtaining the respective lipid yields of 16.27 ± 1.5, 22.31 ± 2.5 and 19.87 ± 2.4%.The lipid content and fatty lipid profile fractions extracted using microwave was very similar to the profile of the fractions extracted by the conventional method using ultrasound, showing its efficacy.To investigate the “in situ”production of esters using wet biomass of the microalgae N. oculata, A. coffeaeformis, C. gracilis and I. galbana hydrolysis-esterification was performed in the presence of a dispersing solvent acetone. To obtain the best hydrolysis condition a central composite 23 design was applied, the ideal hydrolysis condition was 5 mL of acetone (dispersing solvent), 10 mL hexane (extractive solvent), 10% H2SO4at 100 ° C at reflux for 4 h.The best esterification condition was the molar ratio methanol: fatty acid (30: 1), 10% H2SO4at 100 ° C at reflux for 1 h. In an unprecedented way the hydrolysis-esterification process using acetone as a dispersing solvent was successfully applied to the wet biomass of different microalgae with distinct cell walls achieving yields greater than 85%. In addition, when compared to the in extraction-trans esterification and transesterification“in situ”processes, the hydrolysis-esterification process in the presence of the dispersing solvent showed higher yields and FAME conversion than the other methods.