ES2275437B1 - Proceso para la purificacion de xilitol contenido en medios fermentados obtenidos por bioconversion de hidrolizados de biomasa vegetal. - Google Patents
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Abstract
Proceso para la purificación de xilitol contenido en medios fermentados obtenidos por bioconversión de hidrolizados de biomasa vegetal, pretende obtener xilitol de elevada pureza desde disoluciones que, además de xilitol, contienen compuestos que actúan como impurezas. La producción biotecnológica de xilitol emplea disoluciones de xilosa, obtenidas por hidrólisis de biomasa vegetal que tras acondicionamiento, suplementación con nutrientes, esterilización y fermentación dan lugar a los "medios fermentados" a que se refiere el título de esta invención. El objetivo de la presente invención es procesar medios fermentados eliminando selectivamente compuestos indeseados y obtener xilitol de alta pureza. Las etapas empleadas en el procesamiento incluyen concentración, adsorción, precipitación, extracción y cristalización. Se reivindica la utilización del proceso propuesto para la obtención de xilitol de alta pureza desde medios fermentados procedentes de hidrolizados de biomasa vegetal.
Description
Proceso para la purificación de xilitol
contenido en medios fermentados obtenidos por bioconversión de
hidrolizados de biomasa vegetal.
Proceso para la purificación de xilitol
contenido en medios fermentados obtenidos por bioconversión de
hidrolizados de biomasa vegetal.
"Proceso para la purificación de xilitol
contenido en medios fermentados obtenidos por bioconversión de
hidrolizados de biomasa vegetal" plantea la aplicación de
técnicas básicas de la Química y de la Ingeniería Química
(operaciones de filtración, concentración, adsorción, cambio
iónico, precipitación, extracción y cristalización) a la
purificación de xilitol contenido en medios fermentados obtenidos
por bioconversión de hidrolizados de biomasa vegetal conteniendo
xilano. Por tratarse del desarrollo de un proceso fisicoquímico
encaminado a la obtención de un producto de interés alimentario, el
objeto de esta invención también está relacionado con áreas de la
técnica como la Tecnología de los Alimentos, Ingeniería de los
Alimentos e Ingeniería de Procesos.
Resultados de acceso público recogidos en
estudios científicos realizados hasta la fecha han permitido
establecer distintos hechos en que se basa la presente invención.
Entre ellos se incluyen trabajos sobre la composición química, el
procesamiento de la biomasa vegetal y la producción biotecnológica
de xilitol a partir de los licores obtenidos de biomasa vegetal. En
los puntos 1, 2 y 3 que se desarrollan a continuación se incluye
información relativa a cada uno de estos puntos.
1) Estudios de composición química y estructura
de biomasa vegetal de base celulósica (conocidos como materiales
lignocelulósicos). Además de los componentes no estructurales (como
extractos o cenizas), las fracciones químicas más importantes de los
materiales lignocelulósicos son polímeros de azúcares (celulosa y
hemicelulosas) y polímeros de base fenólica (lignina). Dentro de
los polímeros de azúcares, la celulosa es una molécula lineal
constituida por unidades de \beta-glucosa unidas
por enlaces 1 \rightarrow 4, y las hemicelulosas son
heteropolisacáridos ramificados constituidos por distintos
monosacáridos, como xilosa, arabinosa, manosa, galactosa, glucosa y
ramnosa. La composición de las hemicelulosas depende de la materia
prima considerada. En muchos casos (como maderas de frondosas,
salvados y determinados residuos agrícolas), el monómero principal
de las cadenas hemicelulósicas es la xilosa, y el polímero
predominante (conocido como xilano) está constituido por unidades de
este azúcar. El xilano puede estar sustituido (por ejemplo, con
grupos acetilo o con unidades de ácidos urónicos) y aparecer en
combinación con otros polímeros de azúcares (por ejemplo, polímeros
de arabinosa). Entre los materiales con un alto contenido en
hemicelulosas cuyo componente mayoritario es la xilosa cabe
destacar: paja de trigo, con 39.0-41.0% de
hemicelulosas, como indican Sun Xiao-Feng y col.
(Extraction and characterization of original lignin and
hemicelluloses from wheat straw, Journal of Agricultural and Food
Chemistry, nº 53(4), págs. 860-70, 2005) y
Demirbas (Estimating of structural composition of wood and
non-wood biomass samples. Energy Sources, nº
27(8), págs. 761-767, 2005); madera de haya,
con 34.3% de hemicelulosas; cáscara de avellana, con 30.2% de
hemicelulosas; semillas de girasol, con 34.6% de hemicelulosas como
indica Demirbas en el artículo citado anteriormente; o zuros de
maíz, con 39.0% de hemicelulosas, como indican Rivas y col. (Lactic
acid production from corn cobs by simultaneous saccharification and
fermentation: a mathematical interpretation. Enzyme and Microbial
Technology, nº 34, págs. 627-634, 2004).
Información relevante sobre la composición de
materiales lignocelulósicos aparece también publicada en los
artículos de Garrote y col. (Hydrothermal processing of
lignocellulosic materials. Holz als Roh- and Werkstoff, nº 57, págs.
191-202, 1999), Ebringerova y col. (Xylan and xylan
derivatives - biopolymers with valuable properties. 1. Naturally
occurring xylan structures, isolation procedures and properties.
Macromolecular Rapid Communications, nº 21, págs.
542-556, 2000) y en el capítulo 3 (escrito por J.
Puls y J. Schuseil) del libro titulado "Hemicellulose and
Hemicellulases", editado por M. P. Coughlan y G. Hazlewood, para
la editorial Portland Press de Londres en 1993.
2) Procesos hidrolíticos para la generación de
disoluciones de xilosa. En estudios llevados a cabo con distintas
materias primas (particularmente con materiales lignocelulósicos
ricos en xilano), se han publicado datos sobre la posibilidad de
romper las cadenas de hemicelulosas para dar lugar a disoluciones de
xilosa. Los métodos habitualmente empleados para llevar a cabo esta
hidrólisis son:
- Tratamientos hidrolíticos catalizados por
ácidos, donde los xilanos se solubilizan e hidrolizan a sus
monómeros correspondientes en una única etapa. Información detallada
sobre este tipo de tratamientos se encuentra especificada en
artículos publicados por Conner y Lorenz (Kinetic modeling of
hardwood prehydrolysis. Part III. Water and dilute acetic acid
prehydrolysis of southern red oak. Wood Fiber Science, nº 18, págs.
248-263, 1986), Lavarack y col. (Measured kinetics
of the acid-catalyzed hydrolysis of sugar cane
bagasse to produce xylose. Catalysis Today, nº
63(2-4), págs. 257-265,
2000), Nguyen y col. (Two-stage
dilute-acid pretreatment of softwoods. Applied
Biochemistry and Biotechnology, nº 84-86, págs.
561-576, 2000); Lavarack y col. (The acid
hydrolysis of sugarcane bagasse hemicellulose to produce xylose,
arabinose, glucose and other products. Biomass and Bioenergy, nº
23(5), págs. 367-380, 2002) y Lloyd y col.
(Combined sugar yields for dilute sulfuric acid pretreatment of corn
stover followed by enzymatic hydrolysis of the remaining solids.
Bioresource Technology, nº 96(18), págs.
1967-1977, 2005).
- Tratamientos hidrolíticos en medio acuoso en
combinación con otras técnicas. En una primera etapa de
autohidrólisis (con agua en estado líquido o vapor) se produce la
solubilización, parcial o total, de las hemicelulosas en forma
oligomérica, mientras en otra etapa realizada posteriormente,
catalizada con ácidos o con enzimas, los oligómeros se hidrolizan a
sus monómeros constituyentes. Información relevante sobre este modo
de operar se muestra en los artículos publicados por Boussaid y col.
(Sugar Recovery and Fermentability of Hemicellulose Hydrolysates
from Steam-Exploded Softwoods Containing Bark.
Biotechnology Progress, nº 17(5), págs.
887-892, 2001), Garrote y col. (Kinetic modelling
of corncob autohydrolysis. Process Biochemistry, nº 36(6),
págs. 571-578, 2001; Manufacture of
xylose-based fermentation media from corncobs by
posthydrolysis of autohydrolysis liquors. Applied Biochemistry and
Biotechnology, nº 95(3), págs. 195-207,
2001), Vázquez y col. (Enzymatic processing of crude xylooligomer
solutions obtained by autohydrolysis of Eucalyptus wood. Food
Biotechnology, nº 16(2), págs. 91-105, 2002),
De Bari y col. (Ethanol production in
immobilized-cell bioreactors from mixed sugar syrups
and enzymatic hydrolysates of steam-exploded
biomass. Applied Biochemistry and Biotechnology, nº
113-116, págs. 539-557, 2004) y
Palmarola-Adrados y col. (Combined steam
pretreatment and enzymatic hydrolysis of starch-free
wheat fibers. Applied Biochemistry and Biotechnology, nº
113-116, págs. 989-1002, 2004).
La reacción de degradación hidrolítica de las
hemicelulosas en medio acuoso o en medios catalizados con ácidos es
fácil de realizar, barata y rápida; pero no es selectiva: además de
la reacción deseada (hidrólisis de las cadenas de polisacáridos a
monosacáridos) existen una serie de procesos colaterales (como el
paso de la fracción de extractos de la materia prima a la fase
líquida, la solubilización de la "lignina soluble en ácido",
la hidrólisis de los grupos acetilo y las reacciones de degradación
de azúcares) que incorporan compuestos no deseados (algunos de
ellos coloreados) a la fase líquida. La reacción de hidrólisis
catalizada por enzimas a partir de licores procedentes de etapas de
autohidrólisis que da lugar a la obtención de mezclas de azúcares
es más selectiva pero cara (debido al coste de las enzimas y la
lentitud de la reacción, que ha de prolongarse durante varias
horas). Para algunas materias primas ricas en xilano, la reacción
de degradación hidrolítica de las hemicelulosas por vía química
conduce a productos de los cuales los azúcares son sólo una parte de
los solutos no
volátiles.
volátiles.
3) Bioconversión de licores ricos en xilosa
producidos por procesamiento químico de materiales
lignocelulósicos. Los licores ricos en xilosa producidos por
procesamiento químico de materiales lignocelulósicos pueden
someterse a diferentes etapas de acondicionamiento para ser
empleados como medio de fermentación. Estas etapas comprenden:
neutralización (con carbonato cálcico, hidróxido sódico, hidróxido
cálcico, etc.), suplementación con nutrientes, esterilización y, en
su caso, destoxificación ("overliming", adsorción con carbón
activo, intercambio iónico, extracción con disolventes orgánicos,
etc.) con el fin de reducir el contenido en compuestos no deseados
que puedan dificultar el proceso de fermentación. Información
relevante sobre etapas de acondicionamiento se muestra en los
artículos publicados por Domínguez y col. (Pretreatment of sugar
cane bagasse hemicellulose hydrolysate for xylitol production by
yeast. Applied Biochemistry and Biotechnology, nº
57-58, págs. 49-56, 1996), Parajó y
col. (Xylitol production from eucalyptus wood hydrolyzates extracted
with organic solvents. Process Biochemistry, nº 32(7), págs.
599-604, 1997), Parajó y col. (Improved xylitol
production with Debaryomyces hansenii Y-7426
from raw or detoxified wood hydrolyzates. Enzyme and Microbial
Technology, nº 21(1), págs. 18-24, 1997),
Maciel de Mancilha y col. (Evaluation of ion exchange resins for
removal of inhibitory compounds from corn stover hydrolyzate for
xylitol fermentation. Biotechnology Progress, nº 19(6),
págs. 1837-1841, 2003), Canilha y col. (Eucalyptus
hydrolysate detoxification with activated charcoal adsorption or
ion-exchange resins for xylitol production. Process
Biochemistry, nº 39(12), págs. 909-1912,
2004) y Carvalheiro y col. (Evaluation of the detoxification of
brewery's spent grain hydrolysate for xylitol production by
Debaryomyces hansenii CCMI 941. Process Biochemistry, nº
40(3-4), págs. 1215-1223,
2005.
La bioconversión de los hidrolizados
hemicelulósicos ricos en xilosa, eventualmente sometidos a los
procesos de acondicionamiento antes citados, puede llevarse a cabo
con levaduras, bacterias u hongos, como está documentado por
Sirisansaneeyakul y col. (Screening of yeasts for production of
xylitol from D-xylose. Journal of Fermentation and
Bioengineering, nº 80(6), págs. 565-70,
1995), Parajó y col. (Biotechnological production of xylitol. Part
1: Interest of xylitol and fundamentals of its biosynthesis.
Bioresource Technology, nº 65(3), págs.
191-201, 1998), Ikeuchi y col. (Screening of
microorganisms for xylitol production and fermentation behavior in
high concentrations of xylose. Biomass and Bioenergy, nº
16(5), págs. 333-339, 1999), Rangaswamy y
Agblevor (Screening of facultative anaerobic bacteria utilizing
D-xylose for xylitol production. Applied
Microbiology and Biotechnology, nº 60(1-2),
págs. 88-93, 2002) y Leathers (Bioconversions of
maize residues to value-added coproducts using
yeast-like fungi. FEMS Yeast Research, nº
3(2), págs. 133-140, 2003).
Información relevante sobre el tema de
producción biotecnológica de xilitol a partir de hidrolizados
hemicelulósicos se puede encontrar en Parajó y col.
(Biotechnological production of xilitol. Part 3: operation in
culture media made from lignocellulose hydrolyzates. Bioresource
Technology, nº 66(1), págs. 25-40, 1998),
Rivas y col. (Bioconversion of posthydrolysed autohydrolysis
liquors: an alternative for xylitol production from corn cobs.
Enzyme and Microbial Technology, nº 31(4), págs.
431-438, 2002) y Saha (Hemicellulose bioconversion.
Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology, nº
30(5), págs. 279-291, 2003).
Los medios fermentados obtenidos por
bioconversión de hidrolizados hemicelulósicos contienen xilitol y
otros productos originados durante el proceso de fermentación
(arabitol, glicerina, etanol, etc.), productos del proceso de
degradación hidrolítica de las hemicelulosas (xilosa residual,
monómeros de azúcares distintos de la xilosa y sus derivados
urónicos, ácido acético procedente de la hidrólisis de los grupos
acetilo, compuestos de degradación de azúcares como furfural e
hidroximetilfurfural), compuestos derivados de la fracción de
extractos y de la "lignina soluble en ácido" presente en la
materia prima, nutrientes no consumidos durante el proceso de
fermentación, biomasa microbiana empleada como catalizador biológico
del proceso, etc., cuya presencia hace inviable la recuperación del
xilitol en una única etapa de procesamiento (por ejemplo, por
cristalización).
La presente invención trata de la purificación
de xilitol contenido en medios fermentados obtenidos por
bioconversión de hidrolizados de biomasa vegetal. Los medios
fermentados se procesan para eliminar selectivamente la mayor
fracción posible de compuestos no deseados, de modo que se obtenga
xilitol de alta pureza.
La presente invención se refiere al Proceso
consistente en la secuencia de etapas de purificación que se
aplican a los medios fermentados, y que se detallan a
continuación:
- a)
- Una etapa (opcional) de coagulación y floculación.
- b)
- Una etapa de centrifugación o de filtración (a vacío o a través de membranas).
- c)
- Una o varias etapas (opcionales) de adsorción (con carbón activo u otro adsorbente de elevada superficie específica) y/o intercambio fónico, para eliminar compuestos no deseados, obteniendo una fase líquida con mayor fracción másica de xilitol.
- d)
- Una o varias etapas (opcionales) de extracción con disolventes (como acetato de etilo ó éter etílico).
- e)
- Una o varias etapas de concentración mediante procedimientos convencionales como evaporación a vacío, evaporación rotatoria, evaporación de película ascendente o tecnologías de membrana.
- f)
- Los licores procedentes de la etapa b), c), la fase acuosa resultante del apartado d) o las disoluciones concentradas resultantes del apartado e) se someten a una o varias etapas secuenciales de precipitación por adición de disolventes orgánicos (como metanol, etanol, propanol, butanol, heptano, hexano o acetona) para precipitar impurezas no deseadas.
- g)
- Una etapa de concentración de licores mediante evaporación a vacío con la finalidad de eliminar el disolvente presente en la fase acuosa. El disolvente puede recuperarse del vapor y recircularse a la etapa f).
- h)
- Una o varias etapas (opcionales) de intercambio iónico.
- i)
- Una o varias etapas de concentración (por evaporación a vacío, evaporación rotatoria o tecnologías de membrana), para alcanzar la concentración deseada.
- j)
- Una o varias etapas de cristalización (opcionales) de los licores obtenidos en el punto anterior, por enfriamiento. En esta etapa es opcional la adición de disolventes orgánicos (como etanol o metanol) para disminuir la solubilidad del xilitol y favorecer el proceso de cristalización. Se obtiene así una fase sólida constituida por cristales de xilitol y una fase líquida que puede recircularse a diferentes niveles del proceso.
- k)
- La recuperación (por filtración o centrifugación) de la fase sólida (xilitol) obtenida en las condiciones descritas en el apartado j), el lavado (opcional) de la misma y su secado (a presión atmosférica o a vacío).
El producto sólido resultante debe contener un
porcentaje en peso de xilitol superior al 92%.
Los Ejemplos 1, 2 y 3 detallan dos posibles
modos de realización del Proceso que se ha descrito.
Se parte de 10 kg de medio fermentado obtenido
mediante el proceso descrito en el artículo publicado por Rivas y
col. (Bioconversion of posthydrolysed autohydrolysis liquors: an
alternative for xylitol production from corn cobs. Enzyme and
Microbial Technology, nº 31(4), págs.
431-438, 2002). El medio fermentado se analiza por
técnicas cromatográficas (siguiendo la metodología descrita en el
artículo de Garrote y col. Kinetic modelling of corncob
autohydrolysis. Process Biochemistry, nº 36(6), págs.
571-578, 2001) y espectrofotométricas (siguiendo la
metodología descrita en los artículos de Lowry y col., Protein
measurement with the Folin phenol reagent, Journal of Biological
Chemistry, nº 193(1), págs. 265-75, 1951 y en
el artículo de Blumenkrantz y col., New method for quantitative
determination of uronic acid, Analytical Biochemistry, nº 54, págs
484-489, 1973) llegándose a un contenido en solutos
no volátiles de 114.14 g/kg disolución, que corresponden a xilitol,
63.90 g/kg disolución; xilosa 3.61 g/kg disolución; arabinosa 6.80
g/kg disolución; arabitol 2.70 g/kg disolución; proteínas, 4.61
g/kg disolución; ácidos urónicos 2.01 g/kg disolución, cenizas
13.69 g/kg disolución, biomasa microbiana 10.56 g/kg disolución y
otros solutos no volátiles (concentración medida por diferencia al
total de solutos no volátiles, determinada por secado a estufa
hasta peso constante), 6.25 g/kg disolución. Se somete el medio a
una etapa de filtración a vacío donde se eliminan 102 g de biomasa
microbiana en base seca (correspondiente a 357 g en base húmeda),
obteniéndose 9.63 kg de licores. Los licores obtenidos se someten a
adsorción con carbón activo, utilizando 1 g carbón activo/60 g
licores, operando a temperatura ambiente, con un tiempo de contacto
de 1 hora, en medio con agitación magnética a 150 rpm). Los licores
resultantes (9.41 kg) contienen 107.23 g de solutos no volátiles/kg
disolución, que corresponden a xilitol, 68.09 g/kg disolución;
xilosa 3.61 g/kg disolución; arabinosa 7.00 g/kg disolución;
arabitol 2.70 g/kg disolución; proteínas, 2.81 g/kg disolución;
ácidos urónicos 2.06 g/kg disolución, cenizas 14.53 g/kg disolución,
y otros solutos no volátiles (concentración medida por diferencia
respecto al total de sólidos no volátiles, determinada por secado a
estufa hasta peso constante), 6.44 g/kg disolución. Los licores se
concentran por evaporación a vacío (temperatura máxima, 40ºC) hasta
reducir su masa a 1/4 de la inicial, llegándose a 2.26 kg de
licores concentrados. Sobre esta disolución se añade etanol (en una
relación volumétrica licores/etanol = 1/4), y se mantiene a 4ºC,
durante 1 hora con agitación magnética a 300 rpm. La mezcla se deja
precipitar a la temperatura indicada, y la fase líquida se separa
del residuo sólido por centrifugación (4000 rpm, 10 min.), se
concentra por evaporación a vacío hasta obtener una masa total de
1.08 kg licor. Los licores obtenidos contienen 803.11 g de solutos
no volátiles/kg disolución, que corresponden a xilitol, 554.29 g/kg
disolución; xilosa 29.73 g/kg disolución; arabinosa 60.45 g/kg
disolución; arabitol 21.90 g/kg disolución; proteínas, 18.53 g/kg
disolución; ácidos urónicos 12.31 g/kg disolución, cenizas 90.59
g/kg disolución, y otros solutos no volátiles (medidos por
diferencia respecto al total de solutos no volátiles), 15.30 g/kg
disolución. A esta disolución se le añade etanol (362 g) y se
mantiene durante 72 horas a una temperatura de -5ºC en un medio con
agitación rotatoria a 40 rpm para permitir la cristalización del
xilitol. Se añadieron cristales de xilitol que actuasen como núcleo
de cristalización, en una concentración de 1 g/kg. La fase sólida
se recuperó por filtración a vacío, se lavó y se secó para eliminar
el disolvente. Se obtuvieron 231.8 g de sólido, formado por xilitol
(219.39 g), xilosa (3.37 g), arabinosa (5.37 g), arabitol (2.33 g),
proteínas (0.60 g), ácidos urónicos (0.31 g) y otros solutos no
volátiles (0.42 g, cantidad medida por diferencia). Con ello se
consigue una recuperación del 34.33% del xilitol que entra al
proceso, correspondiendo el xilitol al 94.65% del sólido
producido.
Se parte de 10 kg de medio fermentado obtenido
mediante el proceso descrito en el artículo publicado por Rivas y
col. (Bioconversion of posthydrolysed autohydrolysis liquors: an
alternative for xylitol production from corn cobs, Enzyme and
Microbial Technology, nº 31(4), págs.
431-438, 2002). El medio fermentado se analiza por
técnicas cromatográficas (siguiendo la metodología descrita en el
artículo de Garrote y col. Kinetic modelling of corncob
autohydrolysis. Process Biochemistry, nº 36(6), págs.
571-578, 2001) y espectrofotométricas (siguiendo la
metodología descrita en el artículo de Lowry y col., Protein
measurement with the Folin phenol reagent, Journal of Biological
Chemistry, nº 193(1), págs. 265-75, 1951 y en
el artículo de Blumenkrantz y col., New method for quantitative
determination of uronic acids, Analytical Biochemistry, nº 54,
págs. 484-489, 1973), llegándose a un contenido en
solutos no volátiles de 114.42 g/kg disolución, que corresponden a
xilitol, 64.88 g/kg disolución; xilosa 1.74 g/kg disolución;
arabinosa 6.78 g/kg disolución; arabitol 2.34 g/kg disolución;
proteínas, 4.78 g/kg disolución; ácidos urónicos 1.99 g/kg
disolución, cenizas 13.12 g/kg disolución, biomasa microbiana 10.59
g/kg disolución y otros solutos no volátiles (concentración medida
por diferencia), 8.20 g/kg disolución. Se somete el medio a una
etapa de filtración a vacío donde se eliminan 102 g de biomasa
microbiana (en base seca, equivalente a 357 g en base húmeda)
obteniéndose 9.63 kg de licores, que se someten a adsorción con
carbón activo usando una relación 1 g carbón activo/15 g licores (a
temperatura ambiente, tiempo de contacto 1 hora; contacto entre
fases en sistema con agitación magnética regulada a 150 rpm). Los
licores resultantes (9.07 kg) tras la etapa de filtración a vacío
contienen 100.73 g de solutos no volátiles/kg disolución, que
corresponden a xilitol, 69.71 g/kg disolución; xilosa 1.79 g/kg
disolución; arabinosa 7.12 g/kg disolución; arabitol 2.45 g/kg
disolución; proteínas, 0.96 g/kg disolución; ácidos urónicos 1.89
g/kg disolución, cenizas 14.47 g/kg disolución, y otros solutos no
volátiles (concentración medida por diferencia respecto al total de
solutos no volátiles), 2.34 g/kg disolución. Los licores se
concentran por evaporación a vacío (temperatura máxima, 40ºC) hasta
reducir su masa a 1/4 de la inicial. Los licores concentrados (2.27
kg) se someten a una etapa de precipitación con etanol empleando
una relación volumétrica licor/etanol = 1/4, operando a 4ºC durante
1 hora en medio con agitación con agitación magnética a 300 rpm. La
fase líquida se separa del residuo sólido por centrifugación a 4000
rpm durante 10 min. y se concentra por evaporación a vacío hasta
una masa final de licores de 1.13 kg. Los licores resultantes
contienen 730.99 g de solutos no volátiles/kg disolución, que
corresponden a xilitol, 533.83 g/kg disolución; xilosa 12.88 g/kg
disolución; arabinosa 51.72 g/kg disolución; arabitol 18.57 g/kg
disolución; proteínas, 4.15 g/kg disolución; ácidos urónicos 7.59
g/kg disolución, cenizas 89.84 g/kg disolución, y otros solutos no
volátiles (concentración medida por diferencia), 12.39 g/kg
disolución. A esta disolución se le añaden 381 g de etanol y se
mantiene durante 72 horas a una temperatura de -5ºC con agitación
rotatoria a 40 rpm para permitir la cristalización, que se
favoreció por la adición de cristales de xilitol (en una
concentración de 1 g/kg) que actuasen como núcleo de
cristalización. La fase sólida se recuperó por filtración a vacío,
se lavó con etanol, se secó para eliminar el disolvente. Se
obtuvieron 286.99 g de sólido, formado por xilitol (283.94 g),
xilosa (0.32 g), arabinosa (0.79 g), arabitol (0.87 g), proteínas
(0.42 g), ácidos urónicos (0.24 g) y otros solutos no volátiles
(0.41 g, cantidad medida por diferencia). Con ello se consigue una
recuperación del 43.77% del xilitol que entra al proceso,
obteniéndose un producto en que el xilitol supone el 98.94% del
sólido producido.
Se parte de 10 kg de medio fermentado obtenido
mediante el proceso descrito en el artículo publicado por Rivas y
col. (Bioconversion of posthydrolysed autohydrolysis liquors: an
alternative for xylitol production from corn cobs, Enzyme and
Microbial Technology, nº 31(4), págs.
431-438, 2002). El medio fermentado se analiza por
técnicas cromatográficas (siguiendo la metodología descrita en el
artículo de Garrote y col. Kinetic modelling of corncob
autohydrolysis. Process Biochemistry, nº 36(6), págs.
571-578, 2001) y espectrofotométricas (siguiendo la
metodología descrita en el artículo de Lowry y col., Protein
measurement with the Folin phenol reagent, Journal of Biological
Chemistry, nº 193(1), págs. 265-75, 1951 y en
el artículo de Blumenkrantz y col., New method for quantitative
determination of uronic acids, Analytical Biochemistry, nº 54,
págs. 484-489, 1973), llegándose a un contenido en
solutos no volátiles de 114.42 g/kg disolución, que corresponden a
xilitol, 64.88 g/kg disolución; xilosa 1.74 g/kg disolución;
arabinosa 6.78 g/kg disolución; arabitol 2.34 g/kg disolución;
proteínas, 4.78 g/kg disolución; ácidos urónicos 1.99 g/kg
disolución, cenizas 13.12 g/kg disolución, biomasa microbiana 10.59
g/kg disolución y otros solutos no volátiles (concentración medida
por diferencia), 8.20 g/kg disolución. Se somete el medio a una
etapa de filtración a vacío donde se eliminan 102 g de biomasa
microbiana (en base seca, equivalente a 357 g en base húmeda)
obteniéndose 9.63 kg de licores, que se someten a adsorción con
carbón activo usando una relación 1 g carbón activo/15 g licores (a
temperatura ambiente, tiempo de contacto 1 hora; contacto entre
fases en sistema con agitación magnética regulada a 150 rpm). Los
licores resultantes (9.07 kg) tras la etapa de filtración a vacío
contienen 100.73 g de solutos no volátiles/kg disolución, que
corresponden a xilitol, 69.71 g/kg disolución; xilosa 1.79 g/kg
disolución; arabinosa 7.12 g/kg disolución; arabitol 2.45 g/kg
disolución; proteínas, 0.96 g/kg disolución; ácidos urónicos 1.89
g/kg disolución, cenizas 14.47 g/kg disolución, y otros solutos no
volátiles (concentración medida por diferencia respecto al total de
solutos no volátiles), 2.34 g/kg disolución. Los licores se
concentran por evaporación a vacío (temperatura máxima, 40ºC) hasta
reducir su masa a 1/4 de la inicial. Los licores concentrados (2.27
kg) se someten a una etapa de precipitación con etanol empleando
una relación volumétrica licor/etanol = 1/4, operando a 4ºC durante
1 hora en medio con agitación con agitación magnética a 300 rpm. La
fase líquida se separa del residuo sólido por centrifugación a 4000
rpm durante 10 min. y se concentra por evaporación a vacío hasta
una masa final de licores de 1.13 kg. Los licores resultantes
contienen 736.58 g de solutos no volátiles/kg disolución, que
corresponden a xilitol, 537.92 g/kg disolución; xilosa 12.98 g/kg
disolución; arabinosa 52.12 g/kg disolución; arabitol 18.72 g/kg
disolución; proteínas, 4.18 g/kg disolución; ácidos urónicos 7.65
g/kg disolución, cenizas 90.53 g/kg disolución, y otros solutos no
volátiles (concentración medida por diferencia), 12.48 g/kg
disolución. A esta disolución se le añaden 391 g de etanol y se
mantiene durante 72 horas a una temperatura de +5ºC con agitación
rotatoria a 40 rpm para permitir la cristalización, que se
favoreció por la adición de cristales de xilitol (en una
concentración de 1 g/kg) que actuasen como núcleo de
cristalización. La fase sólida se recuperó por filtración a vacío,
se lavó con etanol, se secó para eliminar el disolvente. Se
obtuvieron 243.00 g de sólido, formado por xilitol (238.97 g),
xilosa (1.20 g), arabinosa (0.91 g), arabitol (0.97 g), proteínas
(0.36 g), ácidos urónicos (0.17 g) y otros solutos no volátiles
(0.41 g, cantidad medida por diferencia). Con ello se consigue una
recuperación del 36.83% del xilitol que entra al proceso,
obteniéndose un producto en que el xilitol supone el 98.34% del
sólido producido.
Claims (1)
1. Un proceso para la purificación de xilitol
contenido en medios fermentados obtenidos por bioconversión de
hidrolizados de biomasa vegetal, que consta de:
- a)
- Una etapa (opcional) de coagulación y floculación.
- b)
- Una etapa de centrifugación o de filtración (a vacío o a través de membranas).
- c)
- Una o varias etapas (opcionales) de adsorción (con carbón activo u otro adsorbente de elevada superficie específica) y/o intercambio iónico, para eliminar compuestos no deseados, obteniendo una fase líquida con mayor fracción másica de xilitol.
- d)
- Una o varias etapas (opcionales) de extracción con disolventes (como acetato de etilo ó éter etílico).
- e)
- Una o varias etapas de concentración mediante procedimientos convencionales como evaporación a vacío, evaporación rotatoria, evaporación de película ascendente o tecnologías de membrana.
- f)
- Los licores procedentes de la etapa b), c), la fase acuosa resultante del apartado d) o las disoluciones concentradas resultantes del apartado e) se someten a una o varias etapas secuenciales de precipitación por adición de disolventes orgánicos (como metanol, etanol, propanol, butanol, heptano, hexano o acetona) para precipitar impurezas no deseadas.
- g)
- Una etapa de concentración de licores mediante evaporación a vacío con la finalidad de eliminar el disolvente presente en la fase acuosa. El disolvente puede recuperarse del vapor y recircularse a la etapa f).
- h)
- Una o varias etapas (opcionales) de intercambio fónico.
- i)
- Una o varias etapas de concentración (por evaporación a vacío, evaporación rotatoria o tecnologías de membrana), para alcanzar la concentración deseada.
- j)
- Una o varias etapas de cristalización (opcionales) de los licores obtenidos en el punto anterior, por enfriamiento. En esta etapa es opcional la adición de disolventes orgánicos (como etanol o metanol) para disminuir la solubilidad del xilitol y favorecer el proceso de cristalización. Se obtiene así una fase sólida constituida por cristales de xilitol y una fase líquida que puede recircularse a diferentes niveles del proceso.
- k)
- La recuperación (por filtración o centrifugación) de la fase sólida (xilitol) obtenida en las condiciones descritas en el apartado j), el lavado (opcional) de la misma y su secado (a presión atmosférica o a vacío).
El producto sólido resultante debe contener un
porcentaje en peso de xilitol superior al 92%.
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|---|---|---|---|
| ES200502866A ES2275437B1 (es) | 2005-11-22 | 2005-11-22 | Proceso para la purificacion de xilitol contenido en medios fermentados obtenidos por bioconversion de hidrolizados de biomasa vegetal. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200502866A ES2275437B1 (es) | 2005-11-22 | 2005-11-22 | Proceso para la purificacion de xilitol contenido en medios fermentados obtenidos por bioconversion de hidrolizados de biomasa vegetal. |
Publications (2)
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|---|---|
| ES2275437A1 ES2275437A1 (es) | 2007-06-01 |
| ES2275437B1 true ES2275437B1 (es) | 2008-03-01 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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| ES (1) | ES2275437B1 (es) |
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| FR2641545A1 (fr) * | 1989-01-10 | 1990-07-13 | Agrocinq | Procede de biosynthese du xylitol |
| RU2108388C1 (ru) * | 1989-01-17 | 1998-04-10 | Суомен Ксюрофин Ой | Способ получения ксилита из водного раствора ксилозы |
| US7109005B2 (en) * | 1990-01-15 | 2006-09-19 | Danisco Sweeteners Oy | Process for the simultaneous production of xylitol and ethanol |
-
2005
- 2005-11-22 ES ES200502866A patent/ES2275437B1/es active Active
Non-Patent Citations (2)
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|---|
| JUAN C. PARAJÓ et col. Solvent extraction of hemicellulosic wood hydrolysates: a procedure useful for obtaining both detoxified fermentation media and polyphenols with antioxidant activity. Food Chemistry Vol 67, (1999), páginas 147-153. * |
| TIMOTHY D.LEATHERS et col. Xylitol production from corn fibre hydrolysates by a two-stage fermentation process. Process Biochemistry Vol 35, (2000) páginas 765-769. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2275437A1 (es) | 2007-06-01 |
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