Caracterización fisicoquímica de biodiésel de aceite de higuerilla producido a partir de catálisis enzimática con lipasas de Ricinus communis L.

Abstract

RESUMEN: Frente a la crisis ambiental y energética que vive México y el mundo actualmente, diversas medidas se han implementado con el fin de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) y con esto mitigar los efectos del cambio climático. Dentro de estas medidas se encuentran la inclusión de energías alternas como los biocombustibles, cuya realización de los mismos implica en ocasiones la catálisis por medios biológicos o enzimas (biocatalizadores) para que intervengan en su producción con una menor generación de residuos y aguas de desecho que los catalizadores químicos. En el presente trabajo se realizó la extracción de lipasas de semilla de higuerilla (Ricinus communis L.) de tres variedades distintas provenientes de Tlaltenango, Zacatecas a partir de una deslipidación de la semilla utilizando acetona como solvente, posteriormente, la actividad enzimática del extracto en polvo de lipasa extraído de las distintas variedades fue evaluada. Se obtuvo que la variedad con mayor actividad fue la denominada “Tallo rojo cenizo fruto verde cenizo” con valores de 91.34±16.65 U, 76.92±29.37 U y 76.92±11.10 U para los tres sustratos: aceite de ricino comercial, aceite de higuerilla crudo y aceite de oliva comercial, respectivamente. Se realizó también un ensayo de actividad hidrolítica con los tres mismos sustratos, la cual mostró la obtención de porcentajes máximos de hidrólisis de entre 80 y 100%, en un tiempo de 2 a 4 h. En general, la variedad que tuvo mejor desempeño fue “Tallo rojo cenizo fruto verde cenizo” teniendo una hidrólisis del 95.89±1.86% a las 2 h 30 min para el aceite de ricino comercial y de 99.66±1.88% a las 3 h de ensayo para el aceite de oliva comercial. Lo anterior permitió seleccionar el extracto en polvo de lipasas de esta variedad que fungiera como catalizador en la síntesis de biodiésel. Posteriormente, se realizó la síntesis y optimización de la reacción de transesterificación de biodiésel con aceite de higuerilla mediante una catálisis enzimática con el extracto en polvo de lipasas mencionado, donde se obtuvo un rendimiento máximo de 82.78±1.51% p/p en la que se determinaron las condiciones óptimas de reacción, que fueron: 20 % de extracto en polvo de lipasa; una relación molar aceite:metanol de 1:3; adición de un 10% p/p de buffer acetatos (pH 4.5); y una temperatura de 37°C. Se realizó la caracterización fisicoquímica del biodiésel de acuerdo a las normas internacionales ASTM D6751 (E.U.A.) y EN 14214 (UE), encontrando que los parámetros que entran dentro de dichas especificaciones son el índice de yodo y la corrosión en lámina de cobre. Por el contrario, no cumple los parámetros de densidad, índice de acidez y humedad y materia volátil, por lo que se recomienda realizar mezclas del biodiésel con diésel convencional partiendo desde B5 (5% biodiésel, 95% diésel) hasta conseguir el valor permisible en la normativa. Por último, se realizó un análisis de cromatografía líquida de alta eficacia (HPLC) a cinco muestras del biodiésel obtenido, donde, con nonadecanoato de metilo (C19:0 metil éster) como estándar, se comprobó que dichas muestras contienen mayoritariamente metil ésteres. ABSTRACT: Faced with the environmental and energy crisis that Mexico and the world are currently experiencing, various measures have been implemented in order to reduce greenhouse gas (GHG) emissions and thereby mitigate the effects of climate change. Within these measures are the inclusion of alternative energies such as biofuels, whose realization sometimes involves catalysis by biological means or enzymes (biocatalysts) to intervene in their production with a lower generation of waste and waste water than the chemical catalysts. In the present work, lipases from castor bean lipases (Ricinus communis L.) were extracted from three different varieties from Tlaltenango, Zacatecas, from a delipidation of the seed using acetone as a solvent, after, the enzymatic activity of the lipase powder extract from the different varieties was evaluated. It was obtained that the variety with the highest activity was the so-called “Tallo rojo cenizo fruto verde cenizo” with values of 91.34±16.65 U, 76.92±29.37 U and 76.92±11.10 U for the three substrates: commercial castor oil, crude castor oil and commercial olive oil, respectively. A test of hydrolytic activity was also carried out with the same three substrates, which showed the obtaining of maximum percentages of hydrolysis of between 80 and 100%, around 2 and 4 h; in general, the variety that had the best performance was “Tallo rojo cenizo fruto verde cenizo” having a hydrolysis of 95.89±1.86% at 2 h 30 min for commercial castor oil and 99.66±1.88% at 3 h of testing for the commercial olive oil. This allowed to select the lipase powder extract of this variety that would act as a catalyst in the synthesis of biodiesel. Subsequently, the synthesis and optimization of the transesterification reaction of biodiesel with castor oil was carried out by an enzymatic catalysis with the aforementioned lipase powder extract, where a maximum yield of 82.78±1.51% w/w was obtained in which the optimal reaction conditions were determinate, which were: 20% lipase powder extract; a molar ratio oil:methanol of 1:3; addition of 10% w/w acetates buffer (pH 4.5); and a temperature of 37°C. The physicochemical characterization of the biodiesel was carried out according to the international standards ASTM D6751 (USA) and EN 14214 (EU), finding that the parameters that fall within these specifications are the iodine index and the copper strip corrosion. On the other hand, it does not comply with the parameters of density, acidity index, and humidity and volatile matter, so it is recommended to mix biodiesel with conventional diesel starting from B5 (5% biodiesel, 95% diesel) until reaching the permissible values in the normative. Last, a high performance liquid chromatography (HPLC) analysis was performed on five samples of the biodiesel obtained, where, with methyl nonadecanoate (C19:0 methyl ester) as a standard, it was found that these samples mainly contain methyl esters.