Study of the lipase-catalyzed hydrolysis of waste oleochemical streams

Abstract

Residual vegetable oils and fats have attracted attention around the world because their common mismanagement generates a complex cascade of environmental and health problems. Nonetheless, since they are mostly comprised of triglycerides, they can be used as second generation raw materials in the oleochemical industry. In particular, fatty acids that are intermediates for the manufacture of surfactants, plasticizers, biofuels, among others, can be obtained through the hydrolysis of such waste triglycerides. However, the current industrial process (i.e. Emery-Colgate) for fatty acids production has important disadvantages mainly the energy intensity and waste generation. For this reason, enzymatic processes have been explored as viable alternatives to conventional ones, since they operate under milder temperature and pressure conditions. In the same way, the interest in developing effective enzymes at the industrial level has driven new advances such as immobilization in suitable and tunable solid supports that increase their stability and facilitate their reusability. Likewise, process intensification has also been employed to improve reaction yields and to reduce waste generation. In the present study, the enzymatic hydrolysis of used cooking oils was explored, using Candida Antarctica lipase B immobilized on activated carbons. It was verified a greater enzymatic activity and immobilization efficiency was obtained by amino-functionalization with subsequent cross-linking using glutaraldehyde. Once immobilized, reaction conditions were explored by changing pH, temperature, substrate ratio and immobilized enzyme loading. Finally, a comparison with currently used commercial enzymes and reusability tests were also performed to assess the feasibility of the process.

Los aceites vegetales y grasas residuales han captado mundial ya que típicamente se disponen de forma incorrecta generando una compleja cascada de problemas ambientales y de salud. Sin embargo, debido a que estos residuos están compuestos principalmente de triglicéridos, estos se pueden usar como materia prima de segunda generación para la industria oleoquímica. En particular, los ácidos grasos que son un intermediario para la manufactura de surfactantes, plastificantes, biocombustibles entre otros, pueden ser obtenidos mediante la hidrólisis de triglicéridos residuales. No obstante, el proceso industrial actual (i.e. Emery-Colgate) para la producción de ácidos grasos presenta importantes desventajas como su intensidad energética y la generación de residuos. Por esta razón se han explorado procesos enzimáticos como una alternativa viable a los convencionales, ya que estos operan en condiciones de temperatura y presión más benévolas. De la misma forma, el interés por desarrollar enzimas efectivas a nivel industrial ha impulsado nuevos avances tal como la inmovilización de enzimas en soportes sólidos adecuados y modificables para aumentar su estabilidad y facilitar su reusabilidad. Igualmente, se ha empleado la intensificación de procesos para mejorar el rendimiento de la reacción y reducir la generación de residuos. En este estudio se exploró la hidrolisis enzimática de aceites usados de cocina, usando la Cándida antártica lipasa B inmovilizada en carbones activados. Se verificó que la mayor actividad y eficiencia de inmovilización se logró por medio de amino-funcionalización seguida de entrecruzamiento usando glutaraldehído. Una vez inmovilizado, se evaluaron diferentes condiciones de reacción enzimática, variando pH, temperatura, relación de sustratos y carga de enzima inmovilizada. Finalmente, se realizó una comparación de la eficiencia del proceso usando enzimas comerciales y una evaluación de factibilidad a través de ensayos de reusabilidad. (Texto tomado de la fuente)