Hydrodynamics and kinetics of lipase-catalysed synthesis of diacylglycerols (dag) in batch and continuous flow systems

Hydrodynamique et cinétique de la synthèse catalysée par la lipase des diacylglycérols (DAG) dans les systèmes discontinus et continus Les diacylglycérols (DAG) ont été largement utilisés dans les industries alimentaires, médicales, cosmétiques et pharmaceutiques grâce à leurs propriétés exceptionnelles en tant qu'émulsifiants, stabilisants et additifs nutritionnels pour l'homme. Comme alternative à l'utilisation de catalyseurs chimiques, cette étude a examiné la synthèse de dioléates de glycérol (GDO) par estérification du glycérol avec l'acide oléique par la Candida antartica lipase B (CALB 1) dans les systèmes batch et à flux continu. La première section de ce travail a examiné les effets de différents systèmes de solvants sur la conversion, le rendement et la sélectivité des oléates de glycérol. Les propriétés rhéologiques des systèmes sans solvant, ou utilisant comme solvants l’acétone, le tert-butanol ou un mélange, ont montré un comportement d'écoulement newtonien, et leurs viscosités ont diminué à des températures élevées. Par rapport aux monooléates de glycérol (GMO) et au trioléate de glycérol (GTO), la synthèse de GDO a conduit à un rendement et à une conversion plus élevées (70 %) avec une sélectivité de 54 %, à 40 ºC en 2 h dans un mélange acétone:tert-butanol. La deuxième section se concentre sur l'optimisation et la cinétique de la synthèse de GDO catalysée par les lipases en utilisant un réacteur discontinu. Une conversion élevée de l'acide oléique de 73% et une sélectivité du GDO de 77% ont été obtenues dans un mélange de acétone:tert-butanol 70:30 (v/v) à 45°C et avec une quantité d’enzyme de 0,15g. A 45°C, le modèle cinétique de Ping-Pong Bi-Bi, sans inhibition du substrat, donne le meilleur ajustement avec des valeurs de paramètres de Vmax = 1.21 M h-¹, K Gm = 1.81 M et K OAm = 6.81 M, pour les concentrations de glycérol et d'acide oléique entre 0.31 et 1.32 mol L-1 et 1.88 à 2.13 mol L-¹, respectivement. La dernière section s’intéresse à la synthèse enzymatique de GDO dans un système à flux continu. La conversion maximale de l'acide oléique et la sélectivité du GDO ont atteint 85% et 74% respectivement, à 77 min de temps de passage (2x10-5 L min-¹) avec un rapport molaire 1,6:1 d'acide oléique:glycérol à une température constante de 45 ºC. Les études hydrodynamiques ont montré que la réaction d'estérification est cinétiquement contrôlée et non affectée par le transfert de matière externe et interne. En utilisant le modèle de Lilly-Hornby pour l'évaluation cinétique, les valeurs de Km augmentent avec le débit, tandis que Vmax semble être indépendant du débit. Les tests de réutilisation ont révélé que l'activité de la lipase immobilisée reste la même après 9 cycles de réaction successive. Après 11 jours de fonctionnement, la stabilité de la lipase dans le milliréacteur à lit fixe continu n'a diminué que de 5 à 7 %, ce qui indique une opérabilité et une recyclabilité satisfaisantes. Les résultats globaux ont mis en évidence tout l’intérêt de l’utilisation de la lipase dans la synthèse du DAG dans des réacteurs discontinus et des réacteurs à flux continu. Ce travail a montré que la conversion de l'acide oléique et la sélectivité en GDO atteintes étaient de 73-85 % et 74-77 %, respectivement. Le temps de réaction optimal pour la synthèse de GDO dans un réacteur discontinu est de 2 h et peut être réduit à 1,3 h dans un réacteur à flux continu. Contrairement à l'approche du système discontinu, la lipase peut être facilement éliminée et efficacement recyclée de la colonne du réacteur à flux sans subir de changements de conversion appréciables. En utilisant les avantages de l'intensification des procédés, les résultats obtenus à partir des travaux pourraient être appliqués à la conception de procédés futurs et à l’extrapolation de la synthèse du DAG à des fins de commercialisation.