Gallik asit esterlerinin lipaz enzimi ile üretim parametrelerinin incelenmesi
Investigation of parameters for the production of gallic acid esters by lipase enzyme
Yazar: CEREN ÜLGER
Danışman: PROF. DR. ZEKİYE SERPİL TAKAÇ
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Transesterifikasyon = Transesterification

Özet:
Çalışmada, gallik asit esterlerinin lipaz enzimi katalizörlüğünde yeşil çözücü ortamında transesterleşme tepkimesi ile üretim parametreleri incelenmiştir. Model ester olarak gallik asit metil esteri (metil gallat), yeşil çözücü olarak ise derin ötektik çözücü kolin klorür-gliserol (ChCl:Gly) seçilmiştir. Biyokatalizör olarak Novozym 435 kullanılmıştır. Propil gallatın metanol ile transesterleşme tepkimesi, kesikli işletim ile çalkalamalı hava banyosunda ve izoterm koşullarda gerçekleştirilmiştir. Girdi ve ürün analizleri HPLC ile yapılmıştır. Tepkime hava ve azot ortamlarında gerçekleştirilerek inert ortamın dönüşüm ve verime etkisi incelenmiştir. ChCl:Gly-su (% 10 (a/a))  ikili karışımında organik çözücülere göre daha yüksek dönüşüm elde edilmiştir. Tepkime ortamındaki su derişiminin etkisi farklı miktarlarda su içeren ChCl:Gly-su ortamlarında gerçekleştirilen tepkimeler ile incelenmiş ve su miktarı yüksek olan ortamlarda yan tepkime hidrolizdeki artış göz önüne alınarak ChCl:Gly-su (% 10 (a/a))  seçilmiştir. Transesterleşme tepkimesi için optimum koşullar 40 g/L enzim derişimi, 1:6 girdi mol oranı (propil gallat/metanol), 50oC sıcaklık ve 200 rpm karıştırma hızı olarak bulunmuştur. Bu koşullarda 120 saat tepkime sonunda % 17.38 propil gallat dönüşümü, % 60.38 metil gallat verimi ve % 1.97 hidroliz elde edilmiştir. Propil gallatın metanol ile lipaz katalizli heterojen transesterleşme tepkimesi için iç yayınım ve dış yayınım etkileri incelenmiş, Ping-Pong Bi-Bi mekanizmasına uyan kinetik model önerilmiş ve kinetik sabitler bulunmuştur. Tepkimenin aktivasyon enerjisi 56.12 kJ/mol olarak hesaplanmıştır. Çalışmada model bileşik metil gallat dışında çeşitli gallik asit esterlerinin DES ortamında üretimleri de incelenmiştir.

Abstract:
The parameters for the production of gallic acid esters in green solvents by a transesterification reaction catalyzed by lipase enzyme were investigated. Gallic acid methyl ester (methyl gallate) and deep eutectic solvent choline chloride:glycerol (ChCl:Gly) were chosen as model ester and green solvent, respectively. Novozym 435 was used as biocatalyst. The transesterification reaction of propyl gallate with methanol was performed batch-wise in an orbital shaking incubator under isothermal conditions. Substrate and product were analysed using HPLC. The effect of inert atmosphere on conversion and yield was studied by performing the reaction under both air and nitrogen atmospheres. In comparison to organic solvents, higher conversion was obtained in ChCl:Gly-water (10%(w/w)) binary mixture. The effect of water content of reaction medium was explored. It was found that with the increase of water amount, the competitive side reaction hydrolysis became significant. Therefore, ChCl:Gly-water (10%(w/w)) was chosen. The optimum conditions for transesterification reaction were identified as 40 g/L enzyme concentration, 1:6 molar ratio (propylgallate/methanol), 50oC reaction temperature and 200 rpm shaking speed. Under these conditions, 17.38% propyl gallate conversion, 60.38% methyl gallate yield and 1.97% hydrolysis were obtained after 120 h of reaction. The effects of internal and external diffussions on lipase catalyzed heterogeneous transesterification of propyl gallate with methanol were investigated. Kinetic models that obey the Ping-Pong Bi-Bi kinetic mechanism were suggested and kinetic parameters were found. The activation energy for the transesterification reaction was calculated as 56.12 kJ/mol. Also, the production of different gallic acid esters in deep eutectic solvents were investigated.