BRPI0622189A2 - mÉtodos para o tratamento enzimÁtico contÍnuo de uma composiÇço contendo lipÍdeo em uma vazço substancialmente constante e para o tratamento de uma composiÇço contendo lipÍdeo com uma enzima, e, sistema para o tratamento contÍnuo da composiÇço contendo lipÍdeo - Google Patents
mÉtodos para o tratamento enzimÁtico contÍnuo de uma composiÇço contendo lipÍdeo em uma vazço substancialmente constante e para o tratamento de uma composiÇço contendo lipÍdeo com uma enzima, e, sistema para o tratamento contÍnuo da composiÇço contendo lipÍdeo Download PDFInfo
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Abstract
MÉTODOS PARA O TRATAMENTO ENZIMÁTICO CONTÍNUO DE UMA COMPOSIÇçO CONTENDO LIPÍDEO EM UMA VAZçO SUBSTANCIALMENTE CONSTANTE E PARA O TRATAMENTO DE UMA COMPOSIÇçO CONTENDO LIPÍDEO COM UMA ENZIMA, E, SISTEMA PARA O TRATAMENTO CONTÍNUO DA COMPOSIÇçO CONTENDO LIPÍDEO. Um método e sistema para o tratamento enzimático de uma carga de alimentação contendo lipídeo compreende contatar a carga de alimentação com um auxiliar de processamento, depois, fazendo com que a carga de alimentação passe em uma vazão substancialmente constante através de um sistema de tratamento que compreende uma pluralidade de reatores de leito fixo contendo enzima conectados um ao outro em série. Os reatores de leito fixo podem ser úteis individualmente, a vazão da carga de alimentação permanecendo substancialmente constante por todo o sistema quando um dos reatores de leito fixo é retirado da linha para o trabalho. Na forma de realização mais preferida, o auxiliar de processamento é uma mistura substancialmente isenta de sílica. O auxiliar de processamento pode ser colocado em um ou mais dos reatores de leito fixo, dispostos acima da enzima no reator ou este pode estar em um sistema de pré-tratamento que pode compreender um ou mais reatores.
Description
"MÉTODOS PARA O TRATAMENTO ENZIMÁTICO CONTÍNUO DE UMA COMPOSIÇÃO CONTENDO LIPÍDEO EM UMA VAZÃO SUBSTANCIALMENTE CONSTANTE E PARA O TRATAMENTO DE UMA COMPOSIÇÃO CONTENDO LIPÍDEO COM UMA ENZIMA, E, SISTEMA PARA O TRATAMENTO CONTÍNUO DA COMPOSIÇÃO CONTENDO LIPÍDEO"
Fundamentos da Invenção
Esta invenção diz respeito a um processo para o tratamento enzimático contínuo de composições contendo lipídeo em uma pluralidade de reatores de leito fixo e a um método para a prática do processo. Mais particularmente, esta invenção diz respeito a um processo e a um aparelho para o tratamento enzimático contínuo de composições contendo lipídeo usando-se uma pluralidade de reatores de leito fixo, em que o fluxo da composição contendo lipídeo permanece substancialmente constante mesmo quando a atividade enzimática de um leito fixo muda durante o tempo e mesmo quando é leito é retirado de linha, tal como para reparo, substituição ou recarga. Adicionalmente, esta invenção diz respeito a um processo e a um aparelho que fornece um aumento inesperadamente significante na atividade enzimática pelo pré-tratamento do lipídeo antes deste encontrar a enzima e operar o aparelho em um processo contínuo.
As gorduras são feitas de ácidos graxos ligados a uma cadeia principal de glicerol com três carbonos. Os ácidos graxos são feitos de cadeias de átomos de carbono com um grupo hidroxila terminal. Os grupos hidroxila podem ligar-se a um, dois, ou três dos grupos hidroxila na cadeia principal de glicerol para formar mono-, di- ou tri-acilgliceróis ou gorduras. As qualidades nutricionais e funcionais das gorduras dependerão de uma variedade de fatores incluindo se estas são monoacilglicerol (MAG), um diacilglicerol (DAG) ou um tri-acilglicerol (TAG); o número de carbonos nas cadeias de ácido graxo; se as cadeias são saturadas, mono-saturadas ou poli-saturadas; se quaisquer ligações duplas insaturadas as cadeias estiverem na forma do isômero eis ou trans; o local de quaisquer ligações duplas ao longo das cadeias e as posições dos tipos diferentes de quaisquer ácidos graxos as três carbonos da cadeia principal de glicerol.
Os lipídeos são uma classificação de uma variedade ampla de substâncias químicas caracterizadas como gorduras, óleos, ceras e fosfolipídeos. Incluídos dentro desta classificação ampla estão os triglicerídeos, diglicerídeos, monoglicerídeos, ácidos graxos, álcoois graxos, sabões e detergentes, terpenos, esteróides e vitaminas A, E, D2 e K1. Os lipídeos podem ser obtidos a partir de sementes oleosas, tais como sojas, canola, semente de colza, girassol, palma e azeitonas; produtos animais, tais como peixes, carne de porco e carne bovina e compostos sintéticos ou composições sinteticamente derivadas, tais como lipídeos estruturados para aplicações nutricionais, oleoquímicos para aplicações industriais e farmacêuticas e biodiesel para energia. Os óleos vegetais são obteníveis por compressão ou extração do solvente do óleo a partir da semente oleosa. Os óleos brutos contém muitos componentes menores. Alguns desses componentes são nocivos para as propriedades de desempenho ou estéticas dos óleos; outros, tais como esteróis e tocoferóis são nutricionalmente benéficos.
Os lipídeos obtidos a partir de sementes oleosas (soja, canola, etc.) pela extração de solvente ou compressão mecânica podem ser refinados para remover impurezas que podem contribuir com cores e/ou sabores indesejáveis no produto acabado. O refino tradicional inclui o tratamento do óleo com hidróxido de sódio para neutralizar os ácidos graxos livres e remoção dos fosfolipídeos por intermédio de centrifugação. O óleo é então lavado água suavizada quente e centrifugada para remover os sabões remanescentes e fosfolipídeos presentes no óleo. O óleo "uma vez refinado" é então alvejado com "terra alvejante" e filtrado para absorver a clorofila e os derivados de cloroflla bem como quaisquer sabões remanescentes, fosfolipídeos e metais traço presentes no óleo. O uso de terras ou argilas alvejantes para a remoção de impurezas nos lipídeos é bem conhecido na técnica. O primeiro nome comum para o material foi "terra de Fuller". Hoje, as terras alvejantes podem ser ativadas neutras ou ácidas. As argilas minerais tipicamente utilizadas são bentonita, montmorilonita, atapulgita, esmectita e/ou hormita.
Um processo alternativo que a etapa de lavagem com água totalmente e a substitui com um tratamento de gel de sílica para absorver os sabões residuais, fosfolipídeos e metais traço é bem conhecido na técnica como "Refino Cáustico Modificado". Pryor et al. Patente U.S. N0 5.336.794 e Welsh et al Patente U.S. N0 5.231.201 divulga um processo de duas fazes em que o óleo é primeiro contatado com absorventes de sílica amorfa para remover todo ou substancialmente todos os sabões ou gomas, ou ambos a partir do óleo e reduz seu teor de fosfolipídeo e depois filtrado através de um leito empacotado de um agente de remoção de pigmento para descolorir o óleo. Um gel de sílica, 0,01 a 1,0 por cento, é adicionado ao óleo em uma pasta após o óleo tratado cáustico ser centrifugado. Os produtos de gel de sílica conhecidos ser úteis para este propósito incluem aqueles vendidos sob a marca registrada TriSyl® (gel de sílica) por W. R. Grace & Co. como pós de fluxo livre de sílica amorfa contendo cerca de 60 a 65 por cento de umidade com um tamanho de partícula de cerca de 18,0 mícrons mínimo, diâmetro de poro médio entre cerca de 60 E 5000 angstroms e densidade de carga de 500 kg/m. O óleo é misturado com a sílica e então secado em um secador de pulverização a vácuo; a sílica é então filtrada do óleo. Se a argila alvejante já estiver no filtro, o processo será bem conhecido na técnica como "Alvejamento de Leito Empacotado". A umidade mantém a integridade dos poros de sílica e deixa as impurezas serem absorvidas dentro do poro.
Em anos recentes houve interesse aumentado no fornecimento de alternativas para o alto teor de gorduras trans e redução de produtos usados na preparação de alimentos tradicionais. Tradicionalmente, os óleos líquidos foram fabricados em gorduras funcionais contendo sólidos para várias margarinas e redução de produtos pela hidrogenação de níquel. Tais processos de hidrogenação levam à formação de ácidos graxos trans. Acredita-se que as gorduras tendo ácidos graxos trans reduzidos podem fornecer certos benefícios de saúde ao consumidor. Consequentemente, muitos grandes produtores de alimentos estão substituindo gorduras trans altas por composições de gorduras trans baixas ou ainda zero. Originalmente, esforços no fornecimento de produtos baixos em gordura trans focaram na redução da hidrogenação de produtos gordurosos. Mais recentemente, os esforços focalizaram na mudança da estrutura de um óleo líquido para mudar as propriedades de fusão e funcionalidade sem mudar a composição de ácido graxo ou geração de ácidos graxos trans. Um método de se atingir isso é um processo conhecido como interesterificação.
A interesterificação é uma reação conhecida de estruturas de triacilglicerol, desse modo, estruturas de ácido graxo individuais em posições do triglicerídeo sendo interesterifícadas são intertrocadas na porção de glicerol. Isto é, algumas vezes, referido ou reconhecido como uma randomização em que as porções de ácido graxo de um componente de glicerol de um são trocadas por aquele componente de glicerol de um outro triacilglicerol. Isto resulta em estruturas de triacilglicerol que tem porções de ácido graxo intertrocadas que variam de estrutura de glicerol para estrutura de glicerol. A técnica nesta área inclui Pellosa et al. Patente U.S. N0 5.434.278, Doucet Patente U.S. N0 5.908.655, Cherwin et al. Patente U.S. N0 6.124.486 e Liu et al. Patente U.S. N0 6.238.926.
A técnica de esterificação desenvolveu-se para permitir a produção de, por exemplo, composições de triglicerídeo que fornecem certos perfis de fusão que podem ser de interesse em certas aplicações. No geral, estes são reconhecidos neste como "lipídeos estruturados" para a distinção dos produtos esterificados de combinações físicas dos mesmos componentes que não foram submetidos à interesterificação. Swern, Bailey 's Industrial Oil and Fat Products, 3o edição, páginas 941 a 970 (1964) descreveu a esterificação de ácidos graxos e glicerol, mono- e poli-hidróxi álcoois, interesterificação (acidólise e alcoólise) e transesterificação de lipídeos por métodos químicos.
A interesterificação pode ser realizada química ou enzimaticamente. A interesterificação química é, no geral, realizada com um catalisador químico tal como o metóxido de sódio. Enquanto a interesterificação química pode ser menos cara em termos de catalisador, esta tem diversas desvantagens distintas. O catalisador de metóxido de sódio pode ser perigoso e difícil de se manusear. A interesterificação resultante é aleatória e não dá, ao fabricante, o grau de controle que é preferido sobre a estrutura do produto resultante. A interesterificação química também pode resultar em perdas de óleo relativamente altas. A técnica nesta área inclui Kaita et al. Pedido de Patente U.S. N0 2002/0010359, Bayense et al Patente U.S. N0 6.072.064, Cooper et al. Patente U.S. N0 5.399.728 e Stipp et al. Patente U.S. N0 5.142.072.
Na interesterificação enzimática, o catalisador de enzima é mais caro do que o metóxido de sódio e tem atividade baixa e estabilidade baixa. Mas os catalisadores de enzima podem produzir uma grande parte de controle sobre a estrutura do produto inter-esterificado final. Em particular, o uso de certas enzimas pode resultar na interesterificação especificamente nas posições 1 e 3 ao longo da cadeia principal de glicerol, exatamente onde esta é mais desejada. Enquanto os catalisadores enzimáticos foram originalmente usados apenas para produtos adicionados de alto valor, estes são usados agora aumentadamente na fabricação de gorduras e combinações de gorduras consumíveis.
As enzimas são proteínas complexas que produzem uma reação química específica em outras substâncias sem, por si só, sendo mudadas, isto é, um catalisador biológico. Estes catalisadores biológicos são expressados e produzidos a partir de vários microorganismos. As enzimas adequadas para o uso na presente invenção incluem esterase; acilase; aquelas enzimas que facilitam reações de acidólise, reações de transesterificação, síntese de éster ou reações de inter-troca de éster; enzimas tendo fosfolipase ou atividade de protease, incluindo atividade de hidrolase termoestável e termotolerante e polinucleotídeos. Os microorganismos incluídos dentro da técnica são Rhizopus, Aspergillus, Mucor, Geotrichum, Pseudomonas, Penicillium, Chromobacterium, Candida, Achromobacter, Alcaligenes, Corynebaeterium, Humieora, Humicolo, Staphylococcus, Rhizomueor, Torulopsis e Baeillus. Tais enzimas produzidas dos microorganismos acima são divulgados por Sugiura et ai Pedido de Patente U.S. N0 2001/0004462, Bosley et ai. Patente U.S. N0 5,773,266, Quinlan Patente U.S. N0 5.658.768, Miyamoto et al. Patente U.S. N0 5.461.170 e Myojo et ai. Patente U.S. N0 5.219.733.
Na Patente U.S. N0 5.508.182, Schneider et al. Divulga numerosos métodos par a produção de compostos anfifílicos através da reação biocatalisada de um substrato hidrofílico, absorvido em um suporte sólido, com um segundo substrato, que pode ser hidrofóbico. Schneider et al. Descreve métodos para produzir 1,3-diglicerídeos e 1-monoglicerídeos isomericamente puros, ésteres de açúcar, ésteres de aminoácido, peptídeos e glicolipídeos, bem como fosfatos de álcoois, carboidratos e nucleosídeos. A patente descreve a absorção de substratos diferentes em um suporte sólido com uma aminoácido amino-protegido ou um peptídeo protegido por carboxila. Essencialmente, nenhuma reação ocorre sem a presença do substrato adsorvido no suporte, os exemplos 1 e 12, desta maneira, o suporte atua como o catalisador para as reações. Todos os exemplos dados foram reações em batelada, incluindo o exemplo 19 onde o laurato de vinila (dissolvido em t-BuOMe) é circulado através de uma coluna de leito empacotada contendo o glicerol absorvido no gel de sílica e a enzima. O produto de 1,3-dilaurato é removido da coluna pela extração com t-BuOMe fresco. Não foi pensado ou sugerido que o glicerol pode ser reabsorvido e a reação operada como um reator de leito fixo independente da enzima e/ou gel de sílica. A quantidade de gel de sílica utilizada na divulgação variou de 60 a 1000 por cento do substrato.
As enzimas utilizadas na divulgação por Schneider et al. foram de Mucor mihei, Pseudomonas fluorescens, Rhizopus delemar, Candida cylindracea e Penicillium cyclopium.
Um catalisador de enzima particularmente preferido é a lipase de Thermomyces lanuginosus. Esta enzima é específica para os locais 1 e 3 na cadeia principal de glicerol e esta é estável ao calor até cerca de 75 °C. Esta enzima, entretanto, pode ser facilmente inativada pelos radicais, tais como peróxidos, certas impurezas polares, tais como fosfatídeos e sabões, os produtos de oxidação secundários, tais como cetonas e aldeídos e metais de traço. Desta maneira, a qualidade da carga de alimentação oleosa é importante. A Publicação de Patente U.S. N0 2003/0054509 divulga o pré- tratamento de um óleo antes da interesterificação enzimática com uma sílica. A quantidade de sílica utilizada nos exemplos foi de 172 por cento da enzima utilizada para a reação (38 g de sílica por 22 g de enzimas).
Uma forma granulada imobilizada da lipase de Thermomyces lanuginosus é vendida pela Novozymes Corporation sob a marca registrada Lipozyme®TL IM. A literatura do produto que vem com este produto de enzima divulga um processo de uso que compreende esfriar os lipídeos a 70 °C, bombeando-se os lipídeos a uma coluna ou tanque de reator e passando o óleo através da coluna ou misturando-se o óleo com a enzima no tanque. Os lipídeos contatam a enzima na coluna ou tanque e são continuamente interesterificados. Os lipídeos interesterificados podem então ser combinados com outros lipídeos ou desodorizados ou transportados ao consumidor final.
Os fatores a serem considerados no projeto de um processo de interesterificação enzimático incluem se este deve ser de batelada ou contínuo, se este incluirá um reator de leito fixo simples ou múltiplo, se leitos fixos múltiplos, se os leitos estarão em série ou em paralelo, se a vazão será variável ou constante, como controlar a extensão de conversões enzimáticas e problemas com a contaminação cruzada potencial. Ver por exemplo, "Chemical vs. Enzymatic Intereesterification, por Wim De Greyt of the DeSmet Group, Belgium, apresentado no IUPAC-AOCS Workshop on Fats, Oils and Oilseeds Analyses and Production, 6 a 8 de dezembro de 2004, disponível em http ://www. aocs.org/archives/analy sis/pdfs/degreyt- interesterificationmodifieddgw.pdf. como divulgado neste, se um reator de leito simples for usado, a atividade enzimática mudará com o tempo. A vazão deve ser diminuída a fim de garantir que a reação é deixada chegar à finalização. Isto requer uma bomba de controle de velocidade variável, bem como monitoramento regular da conversão e resultados em uma taxa de produção baixa no final do tempo de vida da enzima. O processo não pode ser operado de modo contínuo por causa da necessidade freqüente de remover e substituir as enzimas na coluna. Freqüentemente, um leito de catalisador deve ser substituído mesmo se algum catalisador no leito ainda estiver ativo, resultando em resíduo de catalisador ativo. O tamanho da coluna de leito de enzima é limitado, porque se a altura for muito grande, a enzima que granula no fundo pode ser triturado sob a pressão exercida pela bomba do sistema e se o diâmetro for muito grande, o material granular pode se distribuir a fim de formar condutos através dos quais o óleo pode passar sem contatar e, desse modo reagir com a enzima.
Em um sistema de reator em série de leito fixo múltiplo, cada leito fixo terá uma atividade enzimática diferente, com o primeiro leito do reator tendo a atividade enzimática mais baixa e o último reator tendo a atividade enzimática mais alta. Isto ocorre porque o primeiro reator na série absorve mais das impurezas e componentes nocivos, desse modo, protegendo a enzima mais ativa nos outros reatores. Owen et al. divulga, na Patente U.S. N0 4,789,528 a operação de uma reação seqüencial de reatores em um sistema de leito fixo de reator múltiplo utilizando zeólitos em um aplicação petroquímica para a produção de uma variedade de produtos petroquímicos refinados.
O Pedido de Patente U.S. N0 US 2005/0014237 divulga um método de interesterificação enzimática em que a carga de alimentação é desodorizada antes do contato com uma enzima, para o propósito de prolongar a vida média da enzima. A desodorização é descrita neste como, tipicamente, a última etapa no processo convencional de refino de óleo e como sendo principalmente uma destilação vapor, durante o qual as substâncias com maior volatilidade são removidas pela alta temperatura sob vácuo. Várias substâncias removidas por desodorização incluem ácidos graxos livres e vários compostos de sabor e odor presentes originalmente ou gerados pela oxidação de gorduras e óleos. Também são removidas as substâncias formadas pela decomposição de peróxidos e pigmentos.
Como relatado por Ten Brink et at. em US 2005/0019316, JP 08000275 divulga que um pré-tratamento de 2 por cento de argila alvejante ativada por ácido por 20 minutos a 110 0Celsius aumenta a vida média da enzima. Ten Brink et ai. no Pedido de Patente U.S. N0 2005/0019316 ainda relata, entretanto, que tais técnicas tentam prolongar a vida média de um catalisador pela purificação dos lipídeos foram realizadas apenas em processos de laboratório em pequena escala e que tais processos sempre falharam quando melhorados a uma escala industrial. Com relação a isso, Ten Brink et al. divulga um método para o tratamento gorduras de glicerídeo "alvejadas" com um "zeólito terroso alvejante" sob energia de corte alto de 0,5 a 2,5 W/kg para uma duração que varia de 5 minutos a 12 horas em uma faixa de temperatura de 30 a 150 °Celsius antes de expor o lipídeo a um catalisador de lipase para a interesterificação.
Outros tratamentos enzimáticos de composições de lipídeo são conhecidos. Além de uma lipase, as enzimas de interesse podem incluir esterase; acilase; aquelas enzimas que facilitam as reações de acidólise, reações de transesterificação, síntese de éster ou reações de intertroca de éster; as enzimas tendo atividade de fosfolipase ou protease, incluindo atividade de hidrolase termoestável e termo tolerante e polinucleotídeos.
E, desta maneira, um objetivo da invenção fornecer um processo e um aparelho para o tratamento enzimático contínuo de uma composição contendo lipídeo em módulos de reação únicos conectados em série, em que o processo pode proceder continuamente mesmo se um dos módulos tiver que ser retirado da linha para a substituição ou reabastecimento do meio de tratamento.
Desta maneira, é um outro objetivo da invenção fornecer um processo e um aparelho para o tratamento enzimático contínuo de uma composição contendo lipídeo, em que a atividade das enzimas é prolongada.
E um outro objetivo da invenção fornecer um processo e um aparelho para o tratamento enzimático contínuo de uma composição contendo lipídeo em reatores múltiplos de leito fixo conectados em série, em que um reator de leito fixo pode ser substituído ou reabastecido enquanto o processo permanece em uma vazão substancialmente constante.
Ainda é um outro objetivo da presente invenção fornecer um processo e um aparelho para o tratamento enzimático contínuo de uma composição contendo lipídeo em reatores múltiplos de leito fixo conectados em série, em que substancialmente toda a atividade da quantidade de enzima pode ser utilizada antes daquela quantidade de enzima ser substituída ou reabastecida.
Ainda é um outro objetivo da presente invenção fornecer um processo e um aparelho para o tratamento enzimático de uma composição contendo lipídeo em que a composição não deve ser desodorizada antes do tratamento enzimático.
Ainda é um outro objetivo da presente invenção fornecer um processo e um aparelho para o tratamento enzimático da composição contendo lipídeo que requer apenas monitoramento limitado do processo de tratamento.
Ainda é um outro objetivo da presente invenção fornecer um processo e um aparelho para o tratamento enzimático da composição contendo lipídeo que é capaz de produzir um produto contendo lipídeo que satisfaz especificações de produto predeterminadas.
Ainda é um outro objetivo da presente invenção fornecer um processo e um aparelho para o tratamento enzimático da composição contendo lipídeo em reatores múltiplos de leito fixo conectados em série em que uma vazão permanece substancialmente constante e é capaz de produzir um produto contendo lipídeo que satisfaz especificações de produto pre- determinadas.
Sumário da Invenção
A presente invenção diz respeito a um processo e aparelho para o tratamento enzimático contínuo de composições contendo lipídeo usando-se uma pluralidade de reatores de leito fixo, em que o fluxo da composição contendo lipídeo através do aparelho pode permanecer substancialmente constante mesmo quando a atividade enzimática de um leito fixo diminui durante o tempo e mesmo quando um leito fixo é retirado de linha, tal como para reparo, substituição ou reabastecimento. De acordo com este aspecto da invenção, um método para o tratamento contínuo da composição compreende as etapas de
(a) fornecer uma carga de alimentação contendo lipídeo,
(b) pré-tratar a dita carga de alimentação com um primeiro auxiliar de processamento para pré-tratar a carga de alimentação,
(c) fazer com que a dita carga de alimentação passe em uma vazão substancialmente constante através de um sistema de tratamento que compreende uma pluralidade de reatores de leito fixo contendo enzima conectados um ao outro em série e
(d) os ditos reatores de leito fixo sendo individualmente úteis, a vazão da carga de alimentação permanecendo substancialmente constante através do sistema de tratamento quando um dos ditos reatores de leito fixo é retirado de linha para trabalho.
Em uma forma de realização da invenção, o auxiliar de processamento pode ser colocado dentro de cada reator de leito fixo, posicionado acima do leito de enzima de modo que a carga de alimentação que flui no reator contate primeiro o auxiliar de processamento e depois a enzima. Em uma outra forma de realização, o auxiliar de processamento pode estar em um ou mais reatores que são distintos dos reatores que mantêm a enzima. Desta maneira, em um outro aspecto da invenção, um sistema de pré- tratamento para pré-tratar a carga de alimentação pode incluir um ou mais reatores de pré-tratamento, cada reator de pré-tratamento contendo um auxiliar de pré-processamento de tratamento adequado para a composição particular contendo o lipídeo a ser tratado, tipicamente sílica. De acordo com este aspecto da invenção, o método da presente invenção pode compreender as etapas de
(a) fornecer uma carga de alimentação contendo composição de lipídeo,
(b) contatar a carga de alimentação contendo composição de lipídeo com uma quantidade de um auxiliar de processamento de pré- tratamento em um sistema de pré-tratamento por um período de tempo suficiente para fornecer uma carga de alimentação pré-tratada, o sistema de pré-tratamento compreendendo uma pluralidade de reatores de pré-tratamento conectados em série,
(c) fazer com que a dita carga de alimentação passe em uma vazão substancialmente constante através de um sistema de tratamento que compreende uma pluralidade de reatores de leito fixo contendo enzima conectados um ao outro em série e
(d) os reatores de pré-tratamento sendo individualmente úteis, a vazão da carga de alimentação permanecendo substancialmente constante através do sistema de pré-tratamento remanescente quando um dos ditos reatores de pré-tratamento é retirado de linha para trabalho.
Ainda, em um outro aspecto da invenção, os inventores ainda observaram neste que a atividade dos catalisadores de enzima é grandemente prolongada se a sílica usada na etapa de pré-tratamento é substancialmente isenta de umidade. Isto está em contraste com os produtos de sílica tentados serem usados em processos de pré-tratamento da técnica anterior, tais produtos de sílica tendo teores de umidade aproximam-se de 65 %. Desta maneira, em um outro aspecto da invenção, o método da presente invenção compreende as etapas de
(a) fornecer uma carga de alimentação contendo composição de lipídeo,
(b) contatar a carga de alimentação contendo composição de lipídeo com uma quantidade de sílica substancialmente isenta de umidade para fornecer a carga de alimentação pré-tratada,
(c) fazer com que a dita carga de alimentação passe em uma vazão substancialmente constante através de um sistema de tratamento que compreende um ou mais reatores de leito fixo contendo enzima conectados em série.
Em uma forma de realização preferida deste aspecto da invenção, o sistema de tratamento compreende uma pluralidade de reatores de leito fixo que são individualmente úteis, a vazão da carga de alimentação permanecendo substancialmente constante através do sistema de tratamento quando um dos ditos reatores de leito fixo é retirado de linha para trabalho.
Em algumas formas de realização, a carga de alimentação pode compreender uma ou mais composições contendo lipídeo que são, preferivelmente refinadas e alvejadas; refinadas, alvejadas e hidrogenadas ou fracionadas, refinadas e alvejadas. O sistema de pré-tratamento da presente invenção pode servir para remover componentes indesejáveis da carga de alimentação, se aqueles componentes são conhecidos ou desconhecidos. A enzima no sistema de tratamento é imobilizada nos reatores de leito fixo e podem ser lipase; esterase; acilase; aquelas enzimas que facilitam a acidólise, reações de transesterificação, síntese de éster ou reações de troca de éster; as enzimas tendo atividade de fosfolipase ou protease, incluindo atividade de hidrolase termoestável e termotolerante e polinucleotídeos.
Em um outro aspecto, a invenção diz respeito a um aparelho para realizar o método como apresentado acima, o aparelho compreende
(a) uma entrada de carga de alimentação,
(b) uma saída de produto,
(c) um sistema de pré-tratamento que compreende um ou mais módulos de tratamento,
(d) um sistema de tratamento que compreende uma pluralidade de enzima contendo reatores de leito fixo conectados em série e
(e) um meio de comunicação fluida ajustável que deixa a carga de alimentação fluir no aparelho através da saída, através do sistema de pré- tratamento, através do sistema de tratamento e fora do aparelho através da dita saída, os meios de comunicação fluida sendo ajustáveis a fim de permitir que um dos módulos de pré-tratamento e/ou reatores de leito fixo sejam retirados de linha enquanto a carga de alimentação continua a fluir através do aparelho, desse modo, um módulo ou reator pode ser retirado de linha enquanto o fluxo da composição da carga de alimentação através do aparelho permanece substancialmente constante. Em uma forma de realização preferida, o sistema de pré-tratamento compreende uma quantidade de sílica substancialmente isenta de umidade disposta dentro do dito um ou mais pré-módulos de tratamento. Em uma forma de realização mais preferida, os pré-módulos de tratamento estão na forma de reatores de leito fixo.
Por causa de um módulo de pré-tratamento ou reator de leito fixo podendo ser retirado de linha enquanto o processo está em operação, o processo não necessita experimentar reduções de velocidade e interrupções que ocorrem em sistemas da técnica anterior quando um leito de enzima gradualmente perde a sua atividade. Uma vantagem significante do método e do aparelho da presente invenção é que a taxa de reação não diminuirá substancialmente quando a reação procede, de modo que não seja necessário diminuir a vazão de carga de alimentação no aparelho e o método e o aparelho podem operar em uma vazão substancialmente constante, mesmo quando um módulo de tratamento está sendo reabastecido ou substituído. O processo e o aparelho da presente invenção fornecem atividade de enzima significantemente prolongada e permite o uso de substancialmente toda a atividade enzimática em um reator antes do reator ser retirado de linha para o reabastecimento. O processo e o aparelho da invenção também permitem que o tratamento proceda com menos monitoramento do operador do processo do que é necessário com métodos de tratamento de módulo simples. Ainda, uma outra vantagem é que é possível produzir um produto tratado que satisfaça as especificações de produto predeterminadas. Ainda, uma outra vantagem da invenção é que produtos de qualidade alta podem ser atingidos sem desodorizar a composição contendo lipídeo antes do pré-tratamento e etapas de tratamento da enzima.
Descrição das Figuras
A FIG. 1 é uma vista esquemática de uma forma de realização de um aparelho que pode ser usado na prática do método da presente invenção, o aparelho compreendendo um sistema de pré-tratamento e um sistema de tratamento.
A FIG. 2 é uma vista esquemática de uma forma de realização de um reator de leito fixo da técnica anterior que pode ser usado como um módulo de tratamento no método e aparelho da presente invenção.
A FIG. 3 é uma vista aumentada do sistema de pré-tratamento da FIG. 1.
A FIG. 4 é uma vista aumentada do sistema de tratamento da FIG. 1.
A FIG. 5 ilustra os três tipos diferentes de colunas empacotadas adequadas para o uso em várias formas de realização da presente invenção.
A FIG. 6 é um gráfico que compara a mudança no Teor de Gordura Sólida de 40° de três testes de um produto oleoso que foi submetido aos processos de tratamento e de pré-tratamento de acordo com a presente invenção contra o número de dias de condução nos testes.
Descrição Detalhada da Invenção
Como requerido, uma descrição detalhada de uma forma de realização da invenção é divulgada neste. Deve ser entendido, entretanto, que a forma de realização divulgada é meramente exemplar da invenção, que pode ser modalizada em várias formas. Portanto, detalhes específicos como divulgados neste não devem ser interpretados como limitantes, mas meramente como uma base para as reivindicações e como uma base representativa para ensinar uma pessoa habilitada na técnica utilizar variadamente os muitos aspectos da presente invenção de uma maneira apropriada.
A presente invenção diz respeito a um processo e a um aparelho para o tratamento de uma carga de alimentação contendo lipídeo. A carga de alimentação pode compreender uma ou mais composições contendo lipídeo que são, preferivelmente refinadas e alvejadas; refinadas, alvejadas e total ou parcialmente hidrogenadas ou fracionadas, refinadas e alvejadas. Tais composições podem compreender gorduras ou óleos de fontes vegetais ou de fontes animais. Se de fontes vegetais, o óleo ou gordura podem ser obtidos pela compressão mecânica ou extração química. Os óleos e gorduras adequados para o uso na composição contendo lipídeo incluem, por exemplo e sem limitação, óleo de canola, óleo de mamona, óleo de coco, óleo de coentro, óleo de milho, óleo de semente de algodão, óleo de avelã, óleo de semente de cânhamo, óleo de linhaça, óleo de grama do prado, óleo de oliva, óleo de palma, óleo de semente de palma, óleo de amendoim, óleo de semente de colza, óleo de farelo de arroz, óleo de cártamo, óleo de sasanqua, óleo de soja, óleo de semente de girassol, talóleo, óleo tsubaki, variedades de óleos "naturais" tendo composições de ácido graxo alteradas por intermédio de Organismos Geneticamente Modificados (GMO) ou "criação" tradicional, tais como óleos saturados baixos, oleicos altos ou linolênicos baixos, óleos saturados baixos (óleo de canola oleico baixo, óleo de soja linolênico baixo ou óleos de girassol esteárico baixo), óleo vegetal, savelha, óleo de candlefish, óleo de fígado de bacalhau, óleo irregularmente laranja, óleo de sardinha, óleo de arenque, lardo, sebo e combinações de qualquer um dos acima.
Os produtos de sílica usados na etapa de pré-tratamento da presente invenção são, preferivelmente, substancialmente isentos de umidade. Por "substancialmente isento de umidade" é entendido que o produto de sílica tem menos do que cerca de 10 % de voláteis e mais preferivelmente menos do que cerca de 5 % de voláteis. Preferivelmente quando analisados em uma base seca, o produto é pelo menos cerca de 95 % de SiO2 e preferivelmente pelo menos cerca de 99 % de SiO2. Além disso, o produto de sílica pode ter um tamanho de poro médio maior do que cerca de 150 Angstroms, preferivelmente maior do que cerca de 160 Angstroms. Para evitar a formação de sabões no reator, é preferido que a sílica tenha um pH menor do que cerca de 7,0 e um pH de cerca de 6,8 é particularmente preferido. Foi observado que o uso de tal sílica em uma etapa de pré-tratamento prolongue inesperadamente a vida útil de catalisadores de enzima em um sistema de tratamento de lipídeo. O auxiliar de processamento de sílica pode compreender um produto de sílica selecionado de um ou mais dos grupos que consistem de sílica cromatográfica, sílica fundida, sílica precipitada, sílica defumada, sílica coloidal, sílica amorfa, hidrogel de sílica e silicato de alumínio sódico. A sílica de grau cromatográfico foi observada ser adequada no método e aparelho da presente invenção. Um produto conhecido ser particularmente adequado para o uso em um sistema de pré-tratamento da presente invenção é uma mistura substancialmente isenta de gel de sílica fornecido por W. R. Grace & Co. sob a denominação de produto SP 535- 10065. Foi observado que quando um produto de sílica substancialmente isento de umidade é usado, a quantidade de sílica usada por quantidade de enzima pode ser de cerca de 50 % ou menos e preferivelmente cerca de 25 % ou menos e mais preferivelmente cerca de 15 % ou menos.
A enzimas usadas no processo ou no aparelho da presente invenção são enzimas imobilizadas em reatores de leito fixo e podem ser uma lipase; esterase; acilase; aquelas enzimas que facilitam reações de acidólise, reações de transesterificação, síntese de éster ou reações de inter-troca de éster; as enzimas tendo atividade de fosfolipase ou protease, incluindo atividade de hidrolase termoestável e termotolerante e polinucleotídeos. As enzimas adequadas incluem, sem limitação, aquelas derivadas de Achromobacter, Alcaligenes, Aspergillus, Bacillus, Candida, Chromobacterium, Corynebacterium, Geotrichum, Humicolo, Humicora, Mueor, Penieillium, Pseudomonas, Rhizomueor, Rhizopus, Staphylococcus, Thermomyees, e Torulopsis. As enzimas derivadas adequadas incluem, sem limitação Mueor mihei, Pseudomonas fluoreseens, Rhizopus delemar, Candida cylindracea, Penicillium cyelopium e Thermomyces lanuginosus. Um catalisador de enzima particularmente preferido é a lipase de Thermomyees lanuginosus.
A produtividade de um sistema de tratamento de enzima para gorduras ou óleos pode ser avaliada em termos de quilogramas de óleo bem sucedidamente tratado por grama de enzima no sistema de tratamento. O tratamento bem sucedido de um óleo ou gordura significa que o óleo ou gordura tratados esteja dentro das especificações para o produto pensado ser atingido com o tratamento enzimático. Quando uma quantidade de enzima torna-se desativado, não será mais bem sucedido o tratamento do óleo ou da gordura com a qual este entra em contato. No método e aparelho da presente invenção, a enzima pode processar muito mais gordura ou óleo do que a mesma enzima nos processos da técnica anterior, mesmo se a gordura ou óleo não forem desodorizados antes do tratamento no processo inventivo. De acordo com a presente invenção, a atividade da enzima é pelo menos de 1,0 kg de óleo/g de enzima, mais preferivelmente pelo menos cerca de 1,5 kg de óleo/g de enzima e mais preferivelmente pelo menos cerca de 1,8 kg de óleo/g/enzima.
O processo da presente invenção pode produzir melhores resultados quando operados sob condições de pH controladas. No geral, o pH deve ser menor do que 7,2. Bons resultados são esperados quando o pH está na faixa de cerca de 3 a 7 e o pH preferido pode ser de cerca de 6,8.
Nas Figuras, números de referência semelhantes são usados para referir-se a partes semelhantes.
Referindo-se agora à FIG. 1, uma forma de realização de um aparelho 10 para o uso no método da presente invenção compreende uma entrada de carga de alimentação 12, um sistema de pré-tratamento 20, um sistema de tratamento 50 e uma saída de produto 90. Na forma de realização ilustrada, cada sistema de pré-tratamento 20 e o sistema de tratamento 50 compreende uma pluralidade de módulos ou reatores conectados um ao outro em série. Será estimado, entretanto, que, nem todas as formas de realização da invenção incluirão um sistema de pré-tratamento. Além disso, quando um sistema de pré-tratamento está incluído, o sistema que compreende uma pluralidade de módulos ou reatores pode ser o sistema de pré-tratamento ou o sistema de tratamento, ou ambos.
A FIG. 2 ilustra um reator de leito fixo típico da técnica anterior que pode ser usado como um módulo de pré-tratamento ou de tratamento no aparelho da presente invenção. Cada reator de leito fixo compreende um alojamento de reator 110 que contém um meio de pré- tratamento ou tratamento 123 que repousa em um meio de retenção 121, tal como uma tela de arame ou outros meios permeáveis que retenham o meio de tratamento enquanto permite-se o fluxo através da carga de alimentação sendo tratada. O alojamento do reator 110 pode compreender uma porção de corpo 112 e uma porção de cobertura 114 que são seladamente presas na gaxeta 116. A porção de cobertura 114 pode ser liberada da porção do corpo 112 por meio de braço mecânico 118 tendo uma dobradiça 119. A porção de cobertura 114 é fornecida com calibrador de pressão 115 e visor 117, permitindo que as condições dentro do alojamento do reator 110 sejam monitoradas. Porção do corpo 112 podem ser fornecidas com suportes de montagem 113, entrada 124, saída 126, e porta de limpeza secundária 128. Disposto abaixo da saída 126 está um vidro visor 127. Disposto dentro do interior da porção do corpo 110 está um sistema de fluxo de distribuição de carga de alimentação na forma de guarda chuva 125, conhecido coloquialmente na indústria como um "chapéu de chinaman". A porção de corpo 112 ainda pode ser fornecida com uma sonda de temperatura 129 disposta acima dos meios de retenção 121 e sonda de temperatura 131 disposta abaixo dos meios de retenção 121. A porta de amostragem 132 vantajosamente pode estar a jusante da saída 126. Será estimado que o projeto do reator ou módulo de tratamento particular não é por si só um aspecto crítico da presente invenção e que os módulos de tratamento ou reatores de outra estrutura ou projeto podem ser usados na prática da presente invenção. A descrição precedente de um projeto de reator possível é fornecido para facilitar o entendimento da transcrição da invenção.
Quando o pré-tratamento de uma carga de alimentação é desejada, um sistema de pré-tratamento adequado pode compreender um módulo simples ou uma pluralidade de módulos. Cada tal módulo pode estar na forma de um reator de leito fixo como ilustrado na FIG. 2 ou este pode estar em uma forma de realização diferente como pode ser mais adequado para uma situação particular. A FIG. 3 ilustra uma forma de realização de um tal sistema de pré-tratamento da presente invenção, em que uma pluralidade de pré-módulos de tratamento é usada, cada módulo de pré-tratamento estando na forma de um reator de leito fixo substancialmente como ilustrado na FIG. 2. Na forma de realização ilustrada, o sistema de pré-tratamento 20 compreende reatores de leito fixo 22 e 22' e um meio de comunicação fluida ajustável 30, cujos meios de comunicação 30 compreendem o sistema de condutos de fluido em, fora de e entre os reatores 22 e 22', incluindo válvulas e medidores apropriados, como explicado mais totalmente abaixo. Cada reator de leito fixo compreende uma porta de entrada 24, 24' e uma porta de saída 26, 26'. Associada com cada porta de saída 26, 26' está uma válvula de fechamento de fluxo de saída 27, 27'. Cada leito de reator é empacotado com um meio de pré-tratamento adequado, não mostrado. Em uma forma de realização preferida, o meio de pré-tratamento é uma mistura substancialmente isenta de sílica. Os meios de comunicação fluida ajustáveis 30 compreendem um conduto 32 deixando a entrada 12. Ajusante da entrada 12 está uma bomba 14 que mantém um fluxo substancialmente constante de carga de alimentação no conduto 32. O conduto 32 passa através do trocador de calor 33 com entradas e saídas de meio de troca de calor 31, 31'; o trocador de calor pode ser usado para manter uma temperatura ótima de carga de alimentação de influxo para um meio de pré-tratamento específico. A água é um meio de troca de calor aceitável. O conduto 32 é fornecido com um transmissor de fluxo 34, que monitora a vazão da carga de alimentação e os conectores 36 e 36' deixando as portas de entrada 24, 24' dos reatores 22 e 22', respectivamente. Cada conector 36, 36' é fornecido com uma válvula de fechamento 38, 38'. Os reatores 22 e 22' são conectados um ao outro em série por intermédio de um conector inter-reator primário 39 tendo a válvula de fechamento 40 e estendendo-se da saída 26 do reator 22 à entrada 24' do reator 22'. Os reatores 22 e 22' também são conectados um ao outro em série por intermédio de um conector inter-reator secundário 39' tendo válvulas de fechamento 40' e 41' e estendendo-se da saída 26' do reator 22' através das válvulas de fechamento 41' e 40' para a entrada 24 do reator 22.
Na operação normal, os meios de comunicação fluida 30 é inicialmente adaptado com válvulas de fechamento 38, 40 e 27' na posição aberta e válvulas de fechamento 38', 40', 27 e 41' na posição fechada. Na operação inicial, a carga de alimentação flui da entrada 12 no conduto 32 por intermédio da bomba 14 e através do trocador de calor 33, depois através do transmissor de fluxo 34. Como as válvulas de fechamento 38' e 40' estão fechadas, todo a carga de alimentação fluirá através da válvula de fechamento aberta 38 no conector 36, através da porta de entrada 24 e então no reator 22 onde este encontra o primeiro leito fixo de pré-tratamento. A carga de alimentação se desloca através da saída 26. Visto que a válvula de saída 27 está fechada, a carga de alimentação então se desloca através do conector do reator primário 39 e por intermédio da válvula aberta 40' à entrada 24' e então no reator 22' onde este encontra o segundo leito de tratamento. A carga de alimentação totalmente pré-tratada flui através da saída 26', depois através da válvula aberta 27'. Neste ponto, a saída do reator 22' está completamente pré- tratada e a carga de alimentação pré-tratada pode fluir através do conduto 42 para o sistema de tratamento 50. Será estimado que o meio de pré-tratamento no reator 22 inicialmente encontre impurezas mais significantes do que o meio de pré- tratamento no reator 22', tal que o reator 22 torne-se esvaziado antes do reator 22'. As portas de amostra 28, 28' em cada um dos reatores 22, 22' permite ao operador amostrar a composição pré-tratada na extremidade do reator para determinar a funcionalidade do meio de pré-tratamento no reator. Nos sistemas da técnica anterior, a saída dos reatores deve ser monitorada freqüentemente para determinar se a funcionalidade do meio diminuiu. Quando tal condição ocorreu, a taxa de tratamento no reator 22 deve diminuir, de modo que a taxa de entrada da carga de alimentação através da bomba 14 como medido pelo transmissor de fluxo 34 deve ser diminuída. Eventualmente, o sistema total deve ser desligados e os conteúdos de um ou mais reatores substituídos pelo meio de pré-tratamento fresco, mesmo se nem todo o meio no leito ou leitos for desativado.
Estas desvantagens da técnica anterior são superadas pelo método e aparelho da presente invenção da presente invenção. De acordo com a invenção, se for determinado que o meio de pré-tratamento de reator 22 necessita ser substituído, o seguinte procedimento é seguido. As válvulas de fechamento 38 e 40 fechadas e a válvula de fechamento 38' é aberta. Nesta configuração, a carga de alimentação não flui mais no conduto 36 e no reator 22, mas, em vez disso flui através do conduto 36' no reator 22'. Porque a válvula 40' está fechada, a carga de alimentação não pode fluir de volta através do conector do inter-reator primário 39. O reator 22' é, agora, o primeiro reator de pré-tratamento. A carga de alimentação desloca do reator 22' através da saída 26', então através da válvula 27' para o conduto 42 e fora para o sistema de tratamento 50.
Neste ponto no processo, o reator 22 está "off-line", isto quer dizer que nenhuma carga de alimentação está fluindo dentro ou fora do reator 22. O reator 22 pode ser aberto e o material de pré-tratamento "gasto" substituído ou o reator 22 pode sofrer outros procedimentos de manutenção ou de serviço. Uma vez que o serviço do reator 22 está completo 22 este pode ser colocado novamente na linha. A válvula 27' é fechada e as válvulas 41', 40' e 27 são todas abertas, deixado a carga de alimentação fluir do reator 22' através da válvula 41' continuando através os conector do inter-reator secundário 39' e então através da válvula 40' na entrada 24 deixando a carga de alimentação encontrar o novo material de pré-tratamento no reator 22. O reator 22 é agora o segundo reator de pré-tratamento. A carga de alimentação pré-tratada agora se desloca através da saída 26, depois através da válvula 27 e através do conduto 42 para o sistema de tratamento 50.
Os mesmos princípios ilustrados e descritos acima com respeito a um sistema de pré-tratamento de dois módulos também pode ser aplicado a um sistema de tratamento de reator de leito fixo múltiplo como ilustrado na FIG. 4. Na forma de realização ilustrada existem cinco módulos de tratamento 422, 522, 622, 722 e 822 na forma de reatores de leito fixo, cada leito incluindo uma enzima imobilizada adequada para tratar a composição contendo lipídeo. Cada reator de leito fixo compreende uma porta de entrada 424, 524, 624, 724 e 824e uma porta de saída 426, 526, 626, 726 e 826. Associado com cada porta de saída está uma válvula de fechamento de fluxo de saída 427, 527, 627, 727, e 827. Os meios de comunicação fluida ajustável 930 compreendem os sistemas de conduto de fluido dentro, fora de e entre os reatores 422, 522, 622, 722 e 822, com as válvulas e medidores como explicado mais detalhadamente abaixo. Os conduto 932 leva do conduto 42 do sistema de pré-tratamento 20. O conduto 932 é fornecido com um transmissor de fluxo 934, que monitora a vazão da carga de alimentação pré- tratada. Os conectores 436, 536, 636, 736, 836 levam nas portas de entrada 424, 524, 624, 724 e 824 de reatores 422, 522, 622, 722, 822 respectivamente. Cada conector é fornecido com uma válvula de fechamento 438, 538, 638, 738, 838. Os reatores são conectados um ao outro em série por intermédio de conectores inter-reator primários 439, 539, 639, 739 tendo válvulas de fechamento 440, 540, 640 e 740. Os reatores também são conectados uns aos outros em série por intermédio do conector de inter-reator secundário 339 tendo válvula de fechamento 340.
Em uma operação inicial normal, as válvulas 438, 440, 540, 640, 740, e 827 são todas abertas, e as válvulas remanescentes são fechadas. Os fluxos de carga de alimentação pré-tratada a partir do conduto 42 no conduto 932, através do transmissor de fluxo 934, e através da válvula aberta 438. As válvulas tampadas 340, 538, 638, 738, e 838 são todas fechadas, todo a carga de alimentação abrirá através do fluxo e a válvula fechada 438 no conector 436, através da porta de entrada 424 e então no reator 422 onde estes contatos, o primeiro tratamento fixo no leito. A carga de alimentação movimenta-se através da passagem 426. Visto que a produção da válvula 427 é fechada, a carga de alimentação então movimenta-se através de um conector inter-reator primário 439 e por intermédio de uma válvula aberta 440 pela entrada 524, e no reator 522 onde estes encontram-se no segundo leito de pré- tratamento. Na mesma maneira, o fluxo da carga de alimentação continua através dos reatores 622, 722, e 822. Neste ponto a produção do reator 822 é completamente tratado, e a composição do lipídeo tratado pode fluir através do conduto 90 e fora do sistema.
Os análogos do sistema de pré-tratamento 20, o primeiro módulo de tratamento nas séries do sistema de tratamento 50 será o primeiro a mostrar uma diminuição na atividade enzimática, e eventualmente necessitará ser substituída. A seguinte descrição aplicará com respeito a entrada do primeiro reator 422 fora de linha para o serviço tal como reabastecimento da enzima, entretanto a descrição será igualmente aplicável na entrada qualquer de outros reatores fora de linha, com referências às partes correspondentes. De acordo com a invenção, se este é determinado que o reator de leito fixo 422 necessita ser servido, o procedimento seguinte é seguido. As válvulas tampadas 438 e 440 são fechadas, e a válvulas tampada 538 é aberta. Nesta configuração, a carga de alimentação, nenhum fluxo mais longo no conduto 436 e reator 422, mas no lugar de fluxos através do conduto 536 no reator 522. Por causa da válvula 440 ser fechada, a carga de alimentação não pode fluir através do conector inter-reator primário 439. O reator 522 é agora o primeiro leito de tratamento. A carga de alimentação movimenta-se fora do reator 522 através da passagem 526, então continua através dos reatores 622, 722, e 822 na mesma maneira e fora do sistema de tratamento 50 por intermédio do conduto 90.
Neste ponto no processo, o reator 422 está "fora de linha," que é dito que na carga de alimentação é fluída dentro ou fora do reator 422. O reator 422 pode ser aberto e o material de tratamento consumido" substituído, ou reator 422 pode sofrer outra manutenção ou procedimentos de serviço. Uma vez que o serviço do reator 422 esteja completo este pode ser conduzido auxiliando em linha. A válvula 827 é fechada e as válvulas 340 e 427 são abertas, deixando a carga de alimentação fluir a partir do reator 822 através da passagem 826 no conector inter-reator secundário 339, e então através da válvula 340 e pela entrada 424 deixando a carga de alimentação para encontrar novos materiais de tratamento no reator 422. O reator 422 é agora o último leito de tratamento. A carga de alimentação totalmente tratada agora movimenta-se através da passagem 426, então a válvula 427 e através do conduto 90 para sair do sistema de tratamento 50.
Na mesma maneira, quando este é tempo para mudar o reator 522, este será colocado fora de linha na mesma maneira, o reator 622 tornar- se o primeiro reator nas séries, o reator 522 será servido, e será conduzido auxiliando em linha como o último reator nas séries. Este processo pode ser repetido para cada um dos reatores como os leitos das enzimas gradualmente perdem a sua funcionalidade. Será visto que o leito fresco é sempre conduzido auxiliando em linha como o último nas séries, deste modo recebendo a composição de lipídeo após este ter este já ter passado através de todos os reatores remanescentes. A composição quando este reage o último reator nas séries já foi extensivamente tratado, e é relativamente livre de qualquer impureza devido a sua remoção ou reação com as prévias enzimas em cada reator anterior, garantindo a reação completa substancialmente da composição. A enzima no último reator nas séries retém esta funcionalidade muito mais longe do que quando o mesmo reator for o primeiro nas séries. Ainda, mais das enzimas no reator é usado antes do reator ter sido colocado fora de linha novamente. Surpreendentemente, este foi observado tanto quanto um aumento de seis vezes em vida útil de um leito de reator de enzima pode ser atingido com o método e o sistema da presente invenção como comparado antes dos sistemas do técnica.
O método e o sistema da presente invenção fornece vantagens significantes em métodos da técnica anterior e sistemas para o tratamento da enzima das composições de lipídeo. A vida do catalisador pode ser aumentado tanto quanto seis vezes. O pré-tratamento com sílica ou outro meio do pré- tratamento é contínuo sem qualquer interrupção devido a desativação ou substituição do meio de pré-tratamento em um módulo de pré-tratamento particular. Similarmente, a modificação dos lipídeos é contínuo sem qualquer interrupção devido à desativação das enzimas ou substituição das enzimas imobilizadas. A vazão não é apenas contínua mas também constante substancialmente. Substancialmente 100 por cento da conversão de uma composição de lipídeo pode ser atingido sem qualquer interrupção ou processo da mudança da vazão. O monitoramento do processo limitado é requerido por garantir substancialmente 100 por cento da conversão. Além disso, os produtos de boa qualidade podem ser atingidos sem o requerimento de uma etapa de desodorização antes ou durante o pré-tratamento por sílica ou tratamento enzimático.
Os exemplos seguintes apresentados no desenvolvimento do método da presente invenção, incluindo a verificação das etapas da invenção e as comparações com outros processos. A extensão dos exemplos relacionam à invenção como reivindicados neste, os exemplos são apresentados por meio da ilustração e não por meio de limitação, e são pretendidos para ilustrar mas um pouco de muitas maneiras possíveis em que a presente invenção pode ser praticada.
Exemplo 1
Verificação de Interesterificação enzimática (Controle)
O óleo usado em cada um dos seguintes exemplos foi uma mistura de óleo refinado e alvejado totalmente hidrogenado produzido a partir de Palm Kernel (PK) e Palm Oils (PO) (60:40 mistura), utilizado com a carga sólida para um produto de margarina tipo "zero" trans tendo ácidos graxos "zero" trans, e conduzido em temperatura líquida e alvejado com 1 % de terra alvejante e 0,5 % de sílica de TrySil® de acordo com os métodos conhecidos. O vácuo foi quebrado com nitrogênio e o material resultante foi armazenado em menos do que 10°Celsius até usado em vários exemplos neste.
Na verificação de interesterificação enzimática inicial, as amostras da mistura de óleo foram interesterificada sem qualquer pré- tratamento utilizando ambos os métodos de CIE tradicionais (interesterificação química) com o catalisador de metóxido de sódio e o processo EIE (interesterificação de enzima) usando enzima imobilizada Novozymes Lipozyme® TL IM. No processo CIE, 400 a 500 g da mistura de óleo seca foi aquecida a 95 a 105°Celsius, e 0,1 a 0,2 % do catalisador de metóxido de sódio foi adicionado e deixado reagir por 40 a 60 minutos em um reator agitado de vidro. No processo EIE, um sistema de tratamento de enzima por escala de laboratório foi configurado como três colunas em série, cada coluna sendo 250 milímetros de altura, com um diâmetro interno de 10 milímetros, e contendo 7 gramas irregulares da enzima Novozymes Lipozyme® TL IM, cada uma das colunas estando cheias em uma configuração no geral indicadas como coluna de tipo "1" na Figura 5. Na parte superior e funda de cada uma coluna, uma pequena quantidade de pérolas de vidro (2 mm de diâmetro) é retida entre camadas de lã de vidro e posicionadas na coluna para reter a enzima imobilizada na coluna e não tampada nas conexões entre as colunas. Uma amostra de 5,2 kg da mistura de óleo foi aquecida a 70 0Celsius em que esta está no estado líquido, e bombeada em uma vazão constante de cerca de 2 gramas de óleo por grama da enzima por hora direto ao sistema de tratamento. Este processo produziu 3,8 kg de óleo interesterificado enzimaticamente, que corresponde à produtividade ou conversão total de 0,14 kg de óleo por grama da enzima (3,8 kg/21 g da enzima).
Este foi observado que os perfis de fusão dos produtos produzidos pelo processos CIE e EIE foram essencialmente idênticos. A Tabela I abaixo apresenta o teor de gordura sólida (SFC) de cada um dos produtos CIE e EIE em várias temperaturas de interesse, e compara estes à especificação pelo produto de margarina de gordura zero trans desejada. O nível tocoferol no óleo CIE foi 50 % do nível tocoferol no óleo EIE. Este pode ser visto que o processo ElE quase preserva todos do tocoferol benéfico originalmente presentes na mistura de óleo antes de qualquer Interesterificação, enquanto o processo CIE destruiu cerca de 50 % do tocoferol.
Tabela 1
<table>table see original document page 30</column></row><table> Ainda para avaliar os produtos dos processos CIE e EIE, os produtos foram misturados em composições oleosas com 14,0 % do produto de Interesterifícação, 85,5 % de óleo de soja, e 1,5 % de óleo de palma totalmente hidrogenado. A Tabela 2 abaixo apresenta o teor de gordura sólida de duas misturas em várias temperaturas de interesse. A estabilidade das composições oleosas, como medido por um Rancimato Metrohm (modelo 743) a 130 0Celsius, foi de 10 horas para a mistura utilizando o produto CIE e 20 horas para a mistura utilizando o produto EIE.
Tabela 2
<table>table see original document page 31</column></row><table>
Exemplo 2
Avaliação de ácido cítrico como ajuda no processo de pré-tratamento
(Exemplo Comparativo)
Este foi sugerido que os tirantes de metais presentes nos produtos do óleo podem oxidar o óleo e causar desativação prematura da enzima. O ácido cítrico atuará como um agente de quelação para os tirantes de metais, resultando em sua inativação, como relatado por Dutton et ai. in the J.A.O.C.S. (1948 e 1949). De acordo, o ácido cítrico foi testado como uma ajuda no processo de pré-tratamento para determinar se este deve resultar na atividade enzimática prolongada em um processo EIE subsequente. Dois testes do ácido cítrico como uma ajuda no processo de pré-tratamento foram conduzidos. Um sistema de tratamento de interesterifícação da enzima por escala de laboratório como descrito no Exemplo I foi usado, mas usando três colunas conectados em séries. A segunda e terceira coluna nas séries foram do Tipo "I" como ilustrado na Figura 5 e usado no Exemplo 1 acima, mas a primeira coluna foi do Tipo "2" ilustrado na Figura 5. Cada uma das três colunas foram cheias com 7 gramas irregulares da enzima Novozymes Lipozyme® TL IM, junto com lã de vidro e pérolas de vidro na parte superior e funda da enzima em cada uma coluna como descrito no Exemplo 1. Na primeira coluna do Tipo 2, 0,80 gramas do ácido cítrico granular (obtido a partir de Tate e Lyle, código do produto 510 104 176) foi adicionado (1 cm de altura) na parte superior do leito da enzimas como uma ajuda no processo. No primeiro teste, um total de 21,57 gramas da enzima foi usado. Em cada teste, uma amostra de 5,2 kg da mistura de óleo como descrito acima foi conduzido a 70 0Celsius e deixado rotacionar através das três colunas por um período de cerca de cinco dias em uma vazão de cerca de 2,0 g de gordura/gramas da enzima/hora.
A Tabela 3 abaixo lista as propriedades do óleo usado neste exemplo após o alvejamento mas antes de ser submetido à interesterifícação da enzima. Este pode ser visto que todos mas duas das propriedades estão dentro da faixa das especificações internas para este tipo de produto.
<table>table see original document page 32</column></row><table> Tabela 3
<table>table see original document page 33</column></row><table>
A Tabela 4 abaixo lista as propriedades do produto do óleo após o tratamento por EIE nas três colunas com o pré-tratamento de ácido cítrico no primeiro teste. Este pode ser visto que como o teste continuado ao quinto dia, mais das propriedades não encontraram a especificação pelo produto, particularmente o teor de gordura sólida em temperaturas elevadas.
Tabela 4
<table>table see original document page 33</column></row><table>
Após 2 dias da produção, o produto desviado fora da especificação do produto SFC, indicando que a reação não foi mais longo do que a partida completa enquanto a vazão constante foi mantida. Para atingir a reação mais completa, deve ser necessário diminuir a vazão da composição por todo o sistema, contrário ao propósito da presente invenção. Em um período do dia cinco (apenas o primeiro de dois que resultaram no produto aceitável), o processo produziu 24 kg de gordura interesterificada que a fusão das especificações do produto desejado, correspondem à produtividade ou conversão de 0,11 kg da gordura por grama da enzima (2,4 kg/21,57 g da enzima).
No segundo teste, o óleo a partir da mesma fonte foi passado através do mesmo arranjo de colunas contendo 0,80 gramas do ácido cítrico e 20,79 gramas da enzima, na mesma vazão e temperatura como o primeiro teste, mas por um período apenas de quatro dias. As propriedades do óleo após o alvejamento mas antes do tratamento de EIE são apresentados na Tabela 5 abaixo. Esta amostra do óleo de partida foi unido a partir da mesma mistura original, entretanto, este tem uma análise levemente diferente a partir da amostra usado no primeiro teste.
Tabela 5
<table>table see original document page 34</column></row><table>
A Tabela 6 abaixo apresenta as propriedades do óleo após 4 dias de tratamento através do sistema EIE. Após quatro dias, o valor para o teor de gordura sólida em 45,0 0Celsius desvia-se significantemente a partir da especificação, e a avaliação foi descontinuada.
Tabela 6
<table>table see original document page 35</column></row><table>
Após quatro dias, este teste produziu 3,5 kg de gordura interesterificada, e corresponde à produtividade de 0,17 kg de gordura/gramas de enzima. A razão para a diferença na produtividade entre os dois testes não foi determinado, mas este é teorizado que a solubilidade do ácido cítrico no óleo tem algumas inclinações. Ambos os testes com o ácido cítrico demonstraram uma conversão muito baixa/produtividade. A comparação do teor SFC em 40°C entre o nenhum pré-tratamento do teste do Exemplo Ieo pré-tratamento do ácido cítrico deste Exemplo 2 leva a conclusão que o ácido cítrico não aumenta a vida da enzima, mas atualmente atua um veneno.
Exemplo 3
Avaliação de EDTA como ajuda no processo de pré-tratamento
(Exemplo Comparativo)
Como este foi concluído que os dois testes a partir do Exemplo 2 que o ácido cítrico exibiu um efeito de "envenenamento" na enzima, este foi considerado que um diferente agente de quelação pode ter uma inclinação positiva na atividade da enzima pela remoção dos tirantes de metais presente nos óleos. O EDTA (Ácido tetraacético etilenodiamina de sódio) é conhecido como um agente de quelação para a inativação dos tirantes de metais.
Dois testes de EDTA como uma ajuda no processo de pré- tratamento foram conduzidos. Um tipo "2" de coluna e dois tipos de colunas "1" foram arranjados em séries como descrito no Exemplo 2 acima. As três colunas arranjadas continham um total de 21,3 g da mesma enzima como descrito acima. Para o primeiro teste, 0,43 gramas de EDTA micro-granular (obtido a partir de Aksell Quimica (lndaiatuba, SP Brasil) código do produto 1282710200) foi usado como a ajuda no processo na parte superior do leito da enzima na primeira coluna, 1 cm de altura. Uma amostra da mesma mistura de óleo como foi usado nos Exemplos 1 e 2 foi rotacionado através das colunas em um período de sete dias em uma vazão de 2,0 g de gordura/gramas da enzima/hora em uma temperatura de 70 0Celsius. A Tabela 7 abaixo apresenta as propriedades do óleo antes do tratamento da enzima. A Tabela 8 apresenta as propriedades do óleo depois do tratamento da enzima com o pré- tratamento de EDTA.
Tabela 7
<table>table see original document page 36</column></row><table> Tabela 8
<table>table see original document page 37</column></row><table>
O teste foi interrompido após seis dias devido à alta pressão da bomba. Aparentemente a ajuda no processamento de EDTA tem tornado compactado no leito. Este teste produziu 7,2 kg de gordura interesterifícada correspondente à produtividade ou conversão de 0,39 kg da gordura por grama da enzima.
Para o segundo teste, o apresentado foi idêntico ao primeiro teste, com um total de 21,3 g da enzima em três colunas conectadas em séries e a vazão de 2,0 g de gordura/gramas de enzima/hora, exceto que uma mistura de EDTA (0,43 gramas) e pérolas de vidro (2 mm em diâmetro) em uma razão de 75:25 foi usada como o auxiliar de processamento em uma tentativa de melhorar a vazão e reduzir a pressão de bombeamento. A mistura de pérola de vidro/EDTA foi colocada em uma parte superior da enzima na primeira coluna a uma altura de 1 cm. As propriedades do óleo antes do tratamento são apresentados na Tabela 9, e as propriedades do óleo após o tratamento são apresentados na Tabela 10. Tabela 9
<table>table see original document page 38</column></row><table>
Tabela 10
<table>table see original document page 38</column></row><table>
Este segundo teste, semelhante ao primeiro teste, mostrou um compacto de EDTA. As pérolas de vidro usadas no segundo teste mostraram uma taxa do compacto, mas após oito dias o teste tem que ser terminado devido à alta pressão da bomba. Este segundo teste produziu 9,6 kg de gordura interesterificada correspondente à produtividade ou conversão de 0,45 kg da gordura por grama da enzima. O EDTA melhora o sistema de produtividade pela irregularidade de 100 por cento no sistema EIE do Exemplo 1 acima em que nenhuma ajuda no processamento foi usada.
Exemplo 4
Avaliação de Gel de sílica como ajuda no processo de pré-tratamento
Quatro colunas foram preparada e arranjadas em séries para este teste. A primeira coluna nas séries foi configurada como o tipo "3" como ilustrado na Figura 5, usando um leito de sílica de grau cromatográfico disponível sob a designação SP 535 - 10065 (3,3 g de sílica) a partir de W.R.Grace; este gel de sílica é substancialmente a umidade livre com aproximadamente 316 m /g da área de superfície, volume do poro de 1,029 ml/g, um pH de 6,8, voláteis totais de 4,4 por cento, densidade tampada de 358 g/l, uma média da densidade do poro de 163 angstroms, distribuição do tamanho da partícula entre 100 e 300 mícrons, um tamanho de trama de 50 a 150, e teor de SiO2 de 99,7 % em uma base seca. As outras três colunas nas séries foram configuradas como o tipo "1" das colunas como ilustrado na Figura 5, cheios em com um total de 22,0 g de Novozymes Lipozyme® TL IM, o mesmo produto imobilizado da enzima que foi usado em cada um dos prévios três exemplos. A razão de sílica a enzima foi cerca de 15 %. O teste foi rotacionado com a mesma mistura de óleo como usado nos prévios três exemplos. O teste continuado por trinta e três dias em uma vazão de 2,0 g de gordura/gramas da enzima/hora.
A Tabela 11 abaixo apresenta as propriedades do óleo antes do tratamento da enzima, e Tabelas 12 e 13 apresentados como propriedades do óleo depois do tratamento da enzima com pré-tratamento de sílica, a sílica sendo substancialmente umidade livre. A atividade e estabilidade dos processos enzimáticos podem ser medidos pelas mudanças na leitura SFC de 45 e 40 0Celsius. Tabela 11
<table>table see original document page 40</column></row><table>
Tabela 12
<table>table see original document page 40</column></row><table>
Tabela 13
<table>table see original document page 40</column></row><table> O processo produziu 40 kg de uma gordura interesterificada que o encontro da especificação interna com um sistema estável. A produtividade da enzima foi calculada em 1,82 kg da gordura por grama da enzima, representando um aumento maior do que 1000 % na atividade em uma atividade da enzima sem qualquer pré-tratamento, com base na produtividade de 0,14 kg óleo/grama da enzima. Uma análise do óleo antes e depois do pré-tratamento de sílica mas antes do tratamento da enzima não mostrou diferença substancial em comumente medido no critério da indústria. Sem vontade de ser ligado pela teoria, este é acreditado que substancialmente a umidade isenta de sílica é removida como uma substância ainda não caracterizada na composição contendo lipídeo.
<table>table see original document page 41</column></row><table>
Tabela 14
A Figura 6 é uma ilustração gráfica dos dados de teor de gordura sólida a partir dos testes do Exemplo 1 com nenhum pré-tratamento. O Exemplo 2 com o pré-tratamento de ácido cítrico, e o Exemplo 4 com o pré-tratamento substancialmente da umidade isenta de sílica. Este pode ser visto o pré-tratamento com o ácido cítrico fornece um efeito negativo, isto é, o resultado ainda é pior do que o obtido com nenhum pré-tratamento em todos. A linha dos dados a partir do pré-tratamento com substancialmente a umidade livre de sílica que mostra um declive inferior significantemente, e é capaz de rotacionar em um período de teste muito mais longo.
Os resultados precedentes demonstram que o ácido cítrico é prejudicial à atividade da enzima e a conversão total do material a ser interesterificado. EDTA na forma de pó estado não é aceitável devido á compressão do leito e pressão na construção, ainda quando misturado com pérolas de vidro melhora o fluxo do processo. Substancialmente a umidade livre sílica foi observada ser extremamente benéfica para a atividade e vida do catalisador da enzima. Além disso, estes resultados foram atingidos com muito menos de sílica do que foi debatido em outra técnica anterior aos processos de escala por laboratório. O processo do Exemplo 4 neste usado 3,3 g substancialmente da umidade livre sílica por 22,0 g da enzima imobilizada, ou cerca de 15 %. No Publicação do Pedido de Patente U.S. N°. 2003/0054509 e Publicação do Pedido de Patente 2005/0014237, nos Exemplos 3, este é relatado que 38 gramas de um produto de sílica que não é presumidamente da umidade livre são usados por 22 gramas da enzima, ou cerca de 172 %. Deste modo a presente invenção permite uma redução drástica na quantidade do meio do pré-tratamento enquanto ainda obtém uma alta qualidade do produto interesterificado em um processo contínuo.
Exemplo 5
Processo industrial
(Controle)
O processo por escala enzimática de interesterificação industrial (EIE) foi configurado de acordo com a Figura 4 exceto que apenas quatro colunas foram colocadas em séries e cheias com 20 kg de Novozymes Lipozyme® TL IM cada um por um total de 80 kg da enzima. O mesmo produto imobilizado da enzima que foi usado em cada um dos prévios quatro exemplos foi utilizado neste exemplo. O processo industrial é operado em um modo contínuo onde quatro reatores são colocados em séries de acordo com a Figura 4. Os reatores são indicados como "A", "B", "C", e "D" na planta industrial a partir da esquerda a direita. Uma seqüência do reator de "CDBA" significa que o reator "C" é um primeiro reator para atingir um contato com o material de lipídeo seguido pelos reatores "D", "B", e "A". O reator "C" deve ser o reator que foi alinhado mais longo, enquanto o reator "A" deve estar cheio com novas enzimas. A configuração do reator durante este teste foi "ABCD". Antes do teste deste Exemplo 5, os reatores tem processados 10 toneladas de um óleo da base desodorizada para encontrar as especificações do produto. Neste exemplo de controle, a configuração industrial não foi equipada com um sistema de pré-tratamento, ou foi uma ajuda no processo usada em quaisquer das colunas. Uma quantidade do mesmo óleo como usado nos Exemplos 1 a 4 acima foi aquecido em um tanque em temperatura líquida (no geral 70 a 100°C), e foi bombeada em uma vazão constante de 200 kg/hora através de um trocador por calor ao frio do óleo a 70°C, e então através das séries das colunas cheias para o contato da enzima.
A Tabela 15 abaixo apresenta as propriedades do óleo antes do tratamento da enzima e Tabela 16 apresenta as propriedades do óleo depois do tratamento da enzima sem qualquer pré-tratamento.
Tabela 15
<table>table see original document page 43</column></row><table> Tabela 16
<table>table see original document page 44</column></row><table>
20 toneladas métricas de óleo misturado foram processado durante os quatro dias do processo do teste. O fluxo de óleo foi reduzido no dia dois em uma tentativa para produzir o material que deve encontrar a especificação do produto. O processo foi interrompido após quatro dias porque o produto não encontrou as especificações requeridas. A produtividade ou conversão para este período do teste é zero (kg/g), porque nenhum óleo produziu o encontro das especificações do produto.
Exemplo 6
Processo industrial com o pré-tratamento de sílica
O processo industrial com sílica foi configurado o mesmo como o Exemplo 5, exceto com cada um dos reatores requeridos novas enzimas, estas foram cheias com 20 kg de Novozymes Lipozyme® TL IM seguido por 3 kg de sílica cromatográfica substancialmente da umidade livre (SP 535 - 10065 vendido por W.R.Grace), isto é, cada uma coluna foram cheias como um tipo "2" de coluna na Figura 5, com substancialmente a umidade isenta de sílica usado como a ajuda no processo. O processo continuado por rotacionado até cada uma coluna foi novamente cheia a ser um tipo '"2" de coluna, então a avaliação para este Exemplo iniciado. As bateladas da mesma mistura de óleo usadas no Exemplos 1 a 5 acima foram bombeadas por todo o sistema em uma taxa constante de fluxo de 200 kg/hora no primeiro dia e 170 kg/hora para cada dia seguinte, em uma temperatura de 70 °C, o primeiro contato com o óleo e sílica e então a enzima em cada uma das colunas. A Tabela 17 abaixo apresenta as características da mistura do óleo usado neste exemplo como amostra na primeira, sessenta e nove, e os primeiros cem dias da avaliação antes do tratamento EIE, e Tabela 18 abaixo apresenta as características do óleo interesterificado como amostra naquele mesmo dia da avaliação.
Tabela 17
<table>table see original document page 45</column></row><table>
A fim de determinar a produtividade da enzima sendo utilizada em um sistema contínuo, um "ciclo" para cada uma coluna foi definido. Um ciclo consiste de um novo reator sendo colocado nas linhas como apresentado, então um terceiro, segundo, e finalmente um primeiro reator na série. O ciclo 1 abaixo na Tabela 19 é o ciclo para o reator "A", isto é para o reator A do ciclo 1 foi a partir do Dia 1 ao Dia 69. Cada período da seqüência do reator foi mudado como mostrado na Tabela 19, o procedimento foi deixado como descrito acima em relação a Figura 4, e a vazão por todo o sistema permanece constante.
Tabela 19
<table>table see original document page 46</column></row><table>
A produtividade para o ciclo 1 foi calculado como a soma de todos os óleos bombeadas durante o período do reator foi alinhado (190.000 kg) dividido pela quantidade da enzima o óleo foi em contato com (80 kg), produzindo uma produtividade de 2,38 kg de óleo por grama da enzima. A produtividade de todos os ciclos na Tabela 20. Este pode ser visto que todos estes valores são melhoramentos substanciais nos processos da técnica anterior dos Exemplos 1 a 3, e ainda no processo por escala de laboratório da invenção do Exemplo 5.
Tabela 20
<table>table see original document page 46</column></row><table>
As diferenças na produtividade durante o teste pode ser atribuído aos períodos onde o sistema enzimático de interesterificação não foi utilizado pelos períodos de tempo devido a manutenção da planta e desligamentos operacionais de planta. Este é esperado que a produtividade de cerca de 3,5 kg/g será atingida em 100 % da utilização da enzima nos reatores industriais e quando os reatores de pré-tratamento do tipo no geral indicados como a coluna de tipo "3" na Figura 5 são colocados na linha. Os exemplos claramente demonstram a utilidade do sistema de reator múltiplo e as vantagens não esperadas de uma sílica substancialmente da umidade livre como uma ajuda no processamento do pré-tratamento para o melhoramento e comercialização econômica para um processo enzimático contínuo.
Aqui foram debatidos um método e sistemas para o tratamento enzimático contínuo de uma composição contendo lipídeo, preferivelmente com um sistema de pré-tratamento, em que o tratamento ou o pré-tratamento ou ambos ocorrem em uma pluralidade de módulos de tratamento conectados em séries, os módulos arranjados tal que um destes podem ser retirados em linha enquanto o sistema é operado, neste garantindo a operação contínua. O método e sistema significantemente estende-se a vida da enzima, e fornece mais a eficiência do uso da enzima inteira nos módulos do tratamento. A invenção ainda compreende e o processo EIE usando uma ajuda no processo de pré-tratamento de sílica substancialmente da umidade livre, usado em um reator ou sistema de pré-tratamento separado, ou colocado acima da enzima em cada uma coluna de reação.
Claims (35)
1. Método para o tratamento enzimático contínuo de uma composição contendo lipídeo em uma vazão substancialmente constante, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: (a) fornecer uma carga de alimentação contendo lipídeo, (b) contatar a dita carga de alimentação com um primeiro auxiliar de processamento para pré-tratar a carga de alimentação, (c) fazer com que a dita carga de alimentação passe em uma vazão substancialmente constante através de um sistema de tratamento que compreende uma pluralidade de reatores de leito fixo contendo enzima conectados um ao outro em série e (c) ditos reatores de leito fixo sendo individualmente úteis, a vazão da carga de alimentação permanecendo substancialmente constante através do sistema de tratamento quando um dos ditos reatores de leito fixo é retirado de linha para manutenção.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito auxiliar de processamento está disposto em pelo menos um dos ditos reatores de leito fixo contendo enzima.
3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o dito auxiliar de processamento está disposto na parte superior da dita enzima no dito pelo menos um reator de leito fixo contendo enzima.
4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito auxiliar de processamento está disposto em um sistema de pré-tratamento.
5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o dito sistema de pré-tratamento compreende pelo menos um reator de leito fixo.
6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o dito sistema de pré-tratamento compreende uma pluralidade de reatores de leito fixo, cada um dos ditos reatores de leito fixo sendo individualmente úteis, a vazão da carga de alimentação permanecendo substancialmente constante através do dito sistema de pré-tratamento quando um dos ditos reatores de pré-tratamento é retirado de linha para manutenção.
7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita enzima é selecionada de um ou mais do grupo que consiste de lipase; esterase; acilase; aquelas enzimas que facilitam as reações de acidólise, reações de transesterificação, síntese de éster ou reações de inter- troca de éster; as enzimas tendo atividade de fosfolipase ou protease, incluindo atividade de hidrolase termoestável e termotolerante e polinucleotídeos.
8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita enzima é derivada de um ou mais do grupo que consiste de Achromobacter, Alcaligenes, Aspergillus, Bacillus, Candida, Chromobacterium, Corynebacterium, Geotrichum, Humicolo, Humicora, Mueor, Penieillium, Pseudomonas, Rhizomueor, Rhizopus, Staphylococcus, Thermomyees e Torulopsis.
9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a dita enzima é selecionada do grupo que consiste de Mueor mihei, Pseudomonas fluoreseens, Rhizopus delemar, Candida eylindraeea, Penieillium eyelopium e Thermomyees lanuginosus.
10. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito auxiliar de processamento compreende uma sílica.
11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a dita sílica é selecionada de um ou mais dos grupos que consistem de sílica cromatográfica, sílica fundida, sílica precipitada, sílica defumada, sílica coloidal, sílica amorfa, hidrogel de sílica e silicato de alumínio sódico.
12. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o dito auxiliar de processamento compreende uma sílica substancialmente isenta de umidade.
13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a dita sílica contém menos do que cerca de 10% de voláteis em peso.
14. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a dita sílica contém menos do que cerca de 5% de voláteis em peso.
15. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a dita sílica quando analisada em uma base seca é pelo menos cerca de 95% de SiO2.
16. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a dita sílica quando analisada em uma base seca é pelo menos cerca de 99% de SiO2.
17. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que dito produto de sílica tem um tamanho de poro médio maior do que cerca de 150 Angstroms.
18. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o dito produto de sílica tem um tamanho de poro médio de maior do que cerca de 160 Angstroms.
19. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a dita sílica tem um pH menor do que cerca de 7,0.
20. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a razão de sílica para enzima em peso não é maior do que cerca de 50%.
21. Método de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que a razão de sílica para enzima em peso não é maior do que cerca de 25%.
22. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita carga de alimentação contendo lipídeo não é desodorizado antes de ser usado no método.
23. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita carga de alimentação contendo lipídeo contém um ou mais óleos selecionados do grupo que consiste de óleo de canola, óleo de mamona, óleo de coco, óleo de coentro, óleo de milho, óleo de semente de algodão, óleo de avelã, óleo de semente de cânhamo, óleo de linhaça, óleo de grama do prado, óleo de oliva, óleo de palma, óleo de semente de palma, óleo de amendoim, óleo de semente de colza, óleo de farelo de arroz, óleo de cártamo, óleo de sasanqua, óleo de soja, óleo de semente de girassol, talóleo, óleo tsubaki, variedades de óleos "naturais" tendo composições de ácido graxo alteradas por intermédio de Organismos Geneticamente Modificados (GMO) ou "criação" tradicional, tais como óleos saturados baixos, oleicos altos ou linolênicos baixos, óleos saturados baixos (óleo de canola oleico baixo, óleo de soja linolênico baixo ou óleos de girassol esteárico baixo), óleo vegetal, savelha, óleo de candlefish, óleo de fígado de bacalhau, óleo irregularmente laranja, óleo de sardinha, óleo de arenque, lardo, sebo e combinações de qualquer um dos precedentes.
24. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita carga de alimentação compreende materiais de lipídeo que foram refinados e alvejados ou refinados, alvejados e total ou parcialmente hidrogenados ou fracionados, refinados e alvejados.
25. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita enzima opera em uma atividade de pelo menos cerca de 1,0 kg de óleo/g de enzima
26. Método de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que a dita enzima opera em uma atividade de pelo menos cerca de 1,5 kg óleo/g de enzima.
27. Método de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que a dita enzima opera em uma atividade de pelo menos cerca de 1,8 kg de óleo/g de enzima.
28. Método para o tratamento de uma composição contendo lipídeo com uma enzima, o método compreendendo a etapa de contatar a composição contendo lipídeo com a dita enzima, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de contatar a dita composição contendo lipídeo com uma sílica substancialmente isenta de umidade antes de contatar a dita composição com a dita enzima.
29. Sistema para o tratamento contínuo da composição contendo lipídeo, caracterizado pelo fato de que compreende (a) uma entrada de carga de alimentação, (b) uma saída de produto, (c) uma pluralidade de reatores de leito fixo contínuos contendo enzima disposta entre a dita entrada e a dita saída e (d) um meio de comunicação fluida ajustável para a conexão dos ditos reatores de leito fixo a um outro em série, tal que as cargas de alimentação fluam no dito sistema através da dita entrada, depois através dos ditos reatores de leito fixo conectados serialmente e finalmente fora do dito sistema como um produto tratado através da dita saída, os ditos meios comunicação fluida sendo ajustáveis de modo que permitam que um dos ditos reatores de leito fixo sejam retirados de linha enquanto o outro reator ou reatores de leito fixo na dita série permaneça(m) em comunicação fluida com o dito sistema, enquanto o fluxo da dita composição contendo lipídeo através do dito sistema permaneça substancialmente constante.
30. Sistema de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que ainda compreende meios para pré-tratar a dita composição contendo lipídeo com um auxiliar de processo antes da composição contatar a dita enzima em pelo menos uma dita pluralidade de reatores de leito fixo.
31. Sistema de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que o dito auxiliar de processo compreende uma sílica substancialmente isenta de umidade.
32. Sistema de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de que a razão de sílica substancialmente isenta de umidade para enzima não é maior do que cerca de 50 %.
33. Sistema de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que a razão de sílica substancialmente isenta de umidade para enzima não é maior do que cerca de 25 %
34. Sistema de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que os ditos meios para pré-tratar a dita composição contendo lipídeo compreende uma quantidade do dito auxiliar de processo em pelo menos uma da dita pluralidade de reatores de leito fixo tal que a composição contendo lipídeo que flui no dito reator contata o dito auxiliar de processo antes deste contatar a dita enzima disposta neste.
35. Sistema de acordo com a reivindicação, 30 caracterizado pelo fato de que os ditos meios para pré-tratar a dita composição contendo lipídeo compreende um ou mais reatores de pré-tratamento contendo uma quantidade do dito auxiliar de processo, dos ditos um ou mais reatores de pré- tratamento dispostos em série e a montante com a dita pluralidade de reatores de leito fixo.
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