ES2345396T3 - Proceso para la produccion de fracciones altamente enriquecidas de compuestos naturales de aceite de palma con fluidos supercriticos y proximos al estado critico. - Google Patents
Proceso para la produccion de fracciones altamente enriquecidas de compuestos naturales de aceite de palma con fluidos supercriticos y proximos al estado critico. Download PDFInfo
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Abstract
Proceso para la producción de fracciones altamente enriquecidas de compuestos de objetivo, es decir tocotrienoles, carotenoides, y esteroles del aceite de palma con una primera fase de separación comprendiendo la separación contracorriente en múltiples etapas con fluidos supercríticos y/o próximos al estado crítico eliminando el más volátil en la parte superior, produciendo una fracción inferior enriquecida en los compuestos de objetivo y otra separación contracorriente en varias etapas con fluidos supercríticos y/o próximos al estado crítico que eliminan los compuestos naturales de objetivo en la parte superior, así limpiándolo de impurezas poco volátiles, y caracterizado por el hecho de que una segunda fase comprendiendo la adsorción selectiva y desorción por adsorción directa de la fracción de la separación contracorriente conteniendo el fluido supercrítico o próximo al estado crítico en un adsorbente, y posteriormente eluyendo la mezcla del adsorbente por el mismo u otro fluido supercrítico o próximo al estado crítico y recogiendo las diferentes fracciones.
Description
Proceso para la producción de fracciones
altamente enriquecidas de compuestos naturales de aceite de palma
con fluidos supercríticos y próximos al estado crítico.
La presente invención se refiere a un proceso
para la producción de fracciones enriquecidas de compuestos de
objetivo, es decir tocotrienoles, carotenoides, y esteroles de
aceite de palma según el preámbulo de la reivindicación 1.
Tal proceso se conoce de Jungfer, M.:
"Gegenstromtrennung von schwerflüchtigen Naturstoffen mit
überkritischen Gasen unter Verwendung von Schleppmitteln, Ph.D.
Thesis" 2000, Hamburg University of Technology, Hamburgo,
Alemania, XP002392988, y Gast, K., Jungfer, M., Saure, C., y
Brunner, G.: "Purification of tocochromanols from edible oil"
Journal of supercritical Fluids sup., vol. 34, 2005, XP002392985
USPRA PRESS, y DE 196 38 459 A1 (Peter, Siegfried, Prof. Dr., 91080
Uttenreuth, DE) 26 de Marzo de
1998(1998-03-26).
De los compuestos valiosos del aceite de palma
como los tococromanoles, pueden derivarse carotenoides,
fitoesteroles, y otros. El enriquecimiento a fracciones altamente
concentradas se obstaculiza por el enorme número de componentes
implicados, la muy baja volatilidad, la muy baja solubilidad de
muchos de los compuestos en solventes orgánicos, y la alta
viscosidad de las mezclas a procesar.
Como un ejemplo para la producción de fracciones
preconcentradas, se puede tomar el proceso Carotech (Fig. 1).
Caromin™, es un carotenoide enriquecido derivado del aceite de palma
crudo, que contiene aproximadamente un 10% de carotenoides. El
proceso integrado para extraer carotenoides y tocotrienoles
(vitamina E) se realiza de acuerdo con la patente estadounidense
5,157,142 y se resume en la Fig. 1. Ello implica la
transesterificación del aceite de palma crudo (CPO) a ésteres
metílicos (FAME), seguido de la destilación al vacío y otras fases,
dando como resultado un estrato rico en caroteno y un estrato rico
en tocotrienol. El estrato rico en caroteno, al igual que el estrato
rico en tocotrienol se concentra adicionalmente para producir
productos altamente concentrados de un contenido máximo del 30% de
carotenoides, y un contenido máximo de aproximadamente el 50% de
tococromanoles, principalmente tocotrienoles. El enriquecimiento
adicional con métodos convencionales resultó no ser posible debido a
la alta viscosidad, muy baja volatilidad, y baja solubilidad en los
solventes orgánicos convencionales. Aunque se han realizado un
número de investigaciones en varias mezclas, principalmente
tocoferoles, con fluidos supercríticos, ningún proceso fue capaz de
producir fracciones de altas concentraciones para tanto los
tococromanoles como los carotenoides del aceite de palma crudo u
otras fuentes naturales.
Jungfer, véase arriba, utiliza la separación a
contracorriente sin la aplicación de un adsorbente, para
- -
- la eliminación de los ésteres metílicos de ácido graso de los compuestos objetivo de muy baja concentración con la concentración inicial estando en la gama del 0.1% en peso,
- -
- el procesamiento de las mezclas de bajo contenido de los compuestos de objetivo, de mucho menos del 10% en peso.
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No es posible utilizar tal procesamiento para
mezclas de contenido de más del 10% en peso de los compuestos de
objetivo
- -
- debido a la alta viscosidad,
- -
- debido a la baja solubilidad en la forma gaseosa (o líquida) del dióxido de carbono, incluso a altas presiones de alrededor de hasta 300 bar),
- -
- debido a la muy baja selectividad para los compuestos de objetivo si se utiliza propano, es decir las diferencias en concentraciones entre los compuestos de objetivo es insignificante (en una base libre de gas),
- -
- debido al hecho de que las mezclas de gases no combinan ambos efectos de manera favorable.
\vskip1.000000\baselineskip
La aplicación de Jungfer de la separación en
contracorriente a aceite de palma crudo inmodificado (CPO) no dio
lugar a un aumento sustancial de la concentración de los compuestos
de objetivo. Lo mismo se observó cuando se mezcló CPO con ésteres de
ácido graso, que se destinaban a actuar como modificadores.
Jungfer describe una purificación adsorbente de
tocoferol (p. 74, 75) que se refiere a la purificación de tocoferol
sintético crudo, como se describe en la página 16, donde se cataloga
una composición de la mezcla.
Este trabajo tiene una tarea totalmente
diferente al proceso propuesto, y tiene diferentes características,
que son:
- -
- los tocoferoles crudos ya están altamente enriquecidos (aproximadamente un 94%),
- -
- el número de los compuestos contaminantes es pequeño,
- -
- el carácter de los compuestos contaminantes es diferente del tocoferol
- -
- el tocoferol sintético es líquido a temperatura ambiente.
\vskip1.000000\baselineskip
Fig. 1. Proceso para la producción de
fracciones concentradas de carotenoides y tocotrienoles
mezclados (patente estadounidense 5,157,142).
Los carotenos, que imparten el distintivo
color rojo anaranjado al aceite de palma, junto con los tocoferoles
contribuyen a la estabilidad y valor nutritivo del aceite. En buena
medida estos y otros constituyentes menores determinan las
características de calidad del aceite de palma. Los carotenoides se
recuperan a menudo de la grasa natural o aceite, particularmente del
aceite de palma. Los carotenoides se pueden extraer del residuo de
destilación sin saponificar. También se pueden extraer empleando un
adsorbente en alguna fase del proceso. Durante la extracción, se
necesitan cantidades grandes de solventes orgánicos. Los procesos
adsorbentes hasta el momento no han dado lugar a fracciones de
caroteno de concentración más alta de fuentes naturales. Las razones
son las concentraciones bajas iniciales, la alta viscosidad de las
fracciones de caroteno, y la inestabilidad de los carotenos en la
mayoría de adsorbentes. Se han hecho numerosos intentos para diseñar
un proceso para producir fracciones de más alta concentración de
carotenos.
Los carotenoides son los pigmentos más
difundidos e importantes en los organismos vivos. Los carotenos
conocidos más ampliamente conocidos son los \alpha-, \beta- y
\gamma-carotenos, y licopeno. Aparte de su color,
los carotenoides, especialmente \beta-caroteno,
son bien conocidos por poseer actividad de la
pro-vitamina A ya que se pueden transformar en
vitamina A in vitro. También se ha descubierto que inhiben
las propiedades anti-cáncer debido a su capacidad de
desactivar los oxi-radicales. Como los carotenos son
compuestos naturales con propiedad de vitamina A, jugaron un papel
positivo en las aplicaciones comerciales para la síntesis de
productos farmacéuticos y nutricionales. [1, 2].
Los carotenoides se encuentran en numerosos
aceites vegetales, incluyendo aceite de cacahuete, aceite de semilla
de colza, aceite de semilla de girasol y aceite de semilla de
algodón. La concentración de carotenoides en estos aceites es
generalmente baja, de menos de 100 ppm. Entre estos, el aceite de
palma es la fuente vegetal natural más abundante de caroteno en
términos de equivalente de retinol, contribuyendo Malasia al
porcentaje más alto de producción mundial de aceite de palma. El
aceite de palma contiene la concentración conocida más alta de
carotenoides, que varía de 500 a 3000 ppm, dependiendo de las
especies del fruto de palma de donde se obtiene el aceite. [1, 2] La
concentración de carotenos en aceite de palma crudo de Malasia varía
entre 500 a 700 ppm, con \alpha- y
\beta-caroteno que forma hasta un 90% de los
carotenos totales. [3].
Hoy en día, los carotenos que se encuentran en
el mercado son \beta- carotenos químicamente sintéticos o
carotenos extraídos del alga Dunaliella. Ya que los
carotenoides van a crecer más probablemente en importancia y valor,
la recuperación de carotenoides del aceite de palma y sus
subproductos se hace importante. Varios métodos de extracción para
recuperar carotenos del aceite de palma se han desarrollado durante
los años incluyendo saponificación, tratamiento de urea, extracción
de solvente selectivo, destilación molecular, separación por
adsorción, cristalización, y transesterificación seguida de la
destilación de ésteres. [1,4,5].
Tococromanoles: las vitaminas son
sustancias importantes para la salud humana. Regulan varios procesos
en el cuerpo y tienen efectos positivos en muchas funciones vitales.
En términos generales las vitaminas actúan como coenzimas o
pro-hormonas mientras la mayoría de sus otras
funciones como anti-carcinógeno o efectos
anti-oxidantes aún están por investigar. La mayoría
de las vitaminas no pueden ser sintetizadas por el cuerpo humano y
por lo tanto estos nutrientes tienen que ser ingeridos con los
alimentos. Ya que las vitaminas varían en su estructura y sus
funciones, un primer enfoque es categorizarlas en grupos de soluble
en agua y soluble en aceite. Las vitaminas solubles en agua se
distribuyen dentro del cuerpo entero y por lo tanto surten efecto en
casi todos los órganos, mientras que las vitaminas solubles en
aceite están presentes principalmente en las membranas. El
transporte en el flujo sanguíneo y la digestión de estas vitaminas
sólo se pueden hacer si están presentes una cantidad suficiente de
lípidos de aceite y micelas.
Vitamina E es el término genérico para ocho
sustancias del grupo de los tococromanoles que poseen una actividad
de vitamina E. Los tococromanoles se pueden subdividir en dos
grupos: los tococromanoles y los tocotrienoles: con los
tocotrienoles que poseen tres enlaces dobles insaturados en su
cadena de hidrocarburo y los tocoferoles que poseen una cadena de
hidrocarburos completamente insaturada. Ambos subgrupos de tocoferol
y trienol consisten en cuatro homólogos, designados \alpha-,
\beta-, \delta-, y \gamma-tocoferol
(-trienol), dependiendo de los sustitutos de sus anillos cromano.
Los tococromanoles son antioxidantes solubles en aceite que se
encuentran principalmente en la membrana celular de los órganos. El
\gamma-tocoferol tiene la actividad
anti-oxidante más alta y por lo tanto se utiliza
principalmente como anti-oxidante en la industria
alimenticia y cosmética. Sin embargo recientes estudios informan de
las funciones adicionales del otro tococromanol homólogo como
propiedades anti-carcinógenas o
anti-tumorales.
Como consecuencia, la demanda de mezclas
naturales de tococromanol que consisten en todos los homólogos está
aumentando regularmente. Los frutos de la palma de aceite malasio
poseen el contenido más alto de tococromanoles en el mundo. El
aceite de palma crudo (CPO) consiste en un 94% en peso de
triglicéridos, 3-4% en peso de ácidos grasos libres
(FFA), y sólo un 1% en peso del CPO consiste de tococromanoles,
carotenoides y fitonutrientes. El aceite de palma está disponible en
grandes cantidades y a un precio relativamente bajo. Es la fuente
más grande de tocotrienoles. Los tocotrienoles se pueden recuperar
de las fracciones destiladas obtenidas durante el refinado y
desodorización del aceite de palma crudo. Los carotenoides son
destruidos durante este proceso. Es razonable por lo tanto intentar
recuperar ambos grupos de compuestos valiosos en una secuencia del
proceso. La manera más económica sería adsorber estos compuestos del
aceite de palma crudo en un adsorbente apropiado y retirar los
compuestos posteriormente del adsorbente. Se han realizado numerosos
intentos. Hasta el momento no se obtuvo ningún éxito. Por lo tanto,
la necesidad de otro enfoque dio lugar a la transesterificación de
los triglicéridos del aceite de palma a ésteres metílicos del ácido
graso y su eliminación por destilación al vacío. El proceso
adicional de generar fracciones de concentrado más altas está
limitado por las mencionadas propiedades de las mezclas. Las
necesidades de un proceso diferente son obvias.
Aquí, la extracción de fluido supercrítico (SFE)
es una alternativa a la extracción convencional con solventes
orgánicos. SFE es capaz de producirse en un extracto libre de
solvente y debido a su baja temperatura crítica se puede utilizar
para el tratamiento de sustancias sensibles a la temperatura como
las vitaminas. Los fluidos supercríticos pueden disolver los
componentes poco volátiles y llevarlos a través de cualquier proceso
por la fase gaseosa. Además, las soluciones líquidas altamente
viscosas disuelven una gran cantidad de fluidos supercríticos, en
particular el dióxido de carbono y propano, con el efecto de una
viscosidad mucho más reducida. Entonces, incluso las soluciones
líquidas se pueden manejar en un proceso.
Aunque estos hechos se han conocido cada uno por
sí mismo durante algún tiempo, los efectos sorprendentes para un
enriquecimiento adicional de los tococromanoles y los carotenoides
por la aplicación de combinaciones apropiadas de separación SFE
contracorriente y adsorciones de SFE con posterior desorción SFE
selectiva no se han reconocido. El nivel de la técnica conseguido
hasta el momento se reseña en el siguiente.
La investigación hecha en la extracción de
materiales naturales con dióxido de carbono supercrítico está
aumentando hoy en día. Los parámetros críticos del dióxido de
carbono son 7,4 MPa y 304,21 K [6], Debido a estos bajos parámetros
críticos, el utilizar dióxido de carbono supercrítico está dando
como resultado un bajo coste operacional y debido a la baja
temperatura critica incluso los materiales sensibles a la
temperatura pueden ser extraídos. Al contrario que el solvente
orgánico, el dióxido de carbono no es tóxico, ni inflamable, e
inerte. Por otra parte, el dióxido de carbono está disponible
fácilmente y se puede eliminar completamente del deseado producto
sin residuos. La solubilidad del dióxido de carbono se puede ajustar
por la densidad, por lo tanto se puede ajustar al material de
alimento. Estas son las razones para la enorme cantidad de trabajo
de investigación en el campo de la extracción de dióxido de carbono
supercrítico. III' es et al. [7] y Gnayfeed et al.
[8] por ejemplo investigaron la extracción de pimienta roja y aceite
de la pimienta con CO_{2} supercrítico y propano subcrítico con
respecto al contenido de tocoferol y carotina. Se descubrió que la
solubilidad del dióxido de carbono supercrítico no era suficiente
para disolver la carotina. La solubilidad de los tocoferoles en
ambos solventes fue buena, y fue posible disolver tocoferoles tanto
en CO_{2} como en propano. Nagesha et al. [9] y Shishikura
et al. [10] han investigado el enriquecimiento de los
tocoferoles del destilado desodorizado de soja por extracción
supercrítica del fluido. Se ha hecho un trabajo de investigación
adicional en el enriquecimiento del escualeno de un intermediario de
la producción de aceite de oliva (Dreschner et al.[11]) y el
enriquecimiento del tocoferolacetato y tocoferol (Fleck [12]).
El ajuste de la solubilidad del dióxido de
carbono supercrítico a través de la densidad da una alta
flexibilidad a la extracción supercrítica. Pero debido a la carente
polaridad del dióxido de carbono, la solubilidad para las sustancias
polares es limitada. Una posibilidad de aumentar la solubilidad es
añadir un modificador al dióxido de carbono supercrítico. Los
modificadores comunes son el isopropanol, etanol y propano. No se
debe descuidar que un aumento de la solubilidad con modificadores a
menudo es acompañado con una disminución de la selectividad. Así,
los estudios recientes se focalizan en un proceso de adsorción
adicional previo a la extracción supercrítica. Debido a la adsorción
adicional, la selectividad del proceso se puede aumentar, ya que el
adsorbente tiene una afinidad diferente a los diferentes
componentes. El resultado es que los componentes se adsorben y
desorben a una extensión diferente. Wang et al. [13]
investigaron la separación de \alpha-tocoferol y
escualeno utilizando una técnica de adsorción por oscilación de
presión con dióxido de carbono supercrítico como solvente. En la
primera fase del proceso el alimento se mezcla con CO_{2}
supercrítico y entra en una columna rellena de gel de sílice a baja
presión, donde el alimento se adsorbe en el gel de sílice. En la
segunda fase lo adsorbido es desorbido del gel de sílice con dióxido
de carbono supercrítico puro bajo alta presión. Durante estos
experimentos Wang et al. fueron capaces de enriquecer
\alpha-tocoferol de un alimento del 20% en peso al
60% en peso y escualeno del 80% en peso al 98% en peso. El trabajo
teórico de la adsorción y desorción en dióxido de carbono
supercrítico se ha hecho por Reverchon et al. [14] y Goto
et al. [15], El grupo de investigación de Reverchon utilizó
un isotermo de adsorción Langmuir similar multicomponente a fin de
describir el comportamiento de adsorción de una mezcla de terpeno
compleja bajo condiciones supercríticas, mientras que el grupo de
investigación de Goto utilizó el isotermo de adsorción BET para
hacer su simulación. Ambos trabajos llevan a modelos matemáticos que
son capaces de simular datos experimentales con una alta
exactitud.
Lee et al. [16] publicaron un trabajo
sobre la cinética de la adsorción de fosfolípidos de aceite de soja
tratado en la arcilla regenerada. El grupo de investigación de Lee
utilizó una ecuación de reacción cinética a fin de describir el
proceso de adsorción midiendo la concentración antes y después del
absorbedor. Este fue un enfoque totalmente diferente que el de los
autores anteriores, ya que no se utiliza ningún isotermo de
adsorción para describir el sistema. Sin embargo el grupo de
investigación de Lee fue capaz de derivar una ecuación de reacción
que es capaz de predecir los datos experimentales. La regeneración
de arcilla modificada con dióxido de carbono supercrítico se
investigó por Cavalcante et al. [17] y Carneiro et al.
[18]. La arcilla modificada es un importante adsorbente en la
tecnología medioambiental, ya que su capacidad para adsorber
sustancias orgánicas es muy importante en el campo de tratamiento
del agua. Por lo tanto la regeneración de la arcilla es una cuestión
económica importante para la eficiencia económica del proceso. Zetzl
[19] trató la separación de aromas del aceite de limón aplicando una
adsorción selectiva en el gel de sílice seguida de una desorción
bajo dióxido de carbono supercrítico. La curva de desorción de
limoneno y citral se investigó y se introdujo un modelo que
describía los datos experimentales con una alta exactitud.
Una patente para la técnica de separación de
adsorción selectiva seguida de una desorción con CO_{2}
supercrítico se solicitó para separar los terpenos de los aceites
esenciales. La patente europea EP 0363971 A2 [20] describe tal
proceso. El aceite se mezcla por agitación a una temperatura
constante con el adsorbente y luego se extrae con CO_{2}
supercrítico. Esto es posible debido a la baja viscosidad del aceite
tratado.
La patente japonesa JP200226723 [21] presenta un
método para el enriquecimiento de caroteno del aceite de palma.
Primero el aceite de palma es transesterificado. Entonces, el éster
es extraído con un solvente hidrofílico tal como metanol para ser
separado en una fase de éster concentrado. Este concentrado es
aplicado entonces a una columna embalada con gel de sílice para
adsorber caroteno. Entonces se desorbe el caroteno utilizando hexano
que contiene alrededor de 4000 ppm de acetona.
La concentración adsorbente del concentrado rico
en caroteno también se empleó en la patente estadounidense nº.
6072092 [22], donde el gel de sílice se utiliza como adsorbente y se
utiliza una gran cantidad de solvente no polar para recuperar el
caroteno.
La patente europea EP0242148 [23] describe un
método similar utilizando gel de sílice o alúmina activada como
adsorbente y un solvente no polar que contiene determinadas
cantidades de solventes polares como eluyente para el
enriquecimiento del caroteno.
La patente japonesa JP63132871 [24] describe un
proceso para enriquecer el caroteno aplicando zeolita como
adsorbente y un solvente no polar, tal como tetracloruro de carbono
como eluyente.
La Patente estadounidense nº. 5157132 [25]
describe un proceso que recupera caroteno del aceite mediante la
transesterificación y saponificación. El caroteno enriquecido se
puede extraer del residuo saponificado con un solvente orgánico. El
residuo obtenido tiene un contenido de caroteno del 20%. También la
patente europea EP1398311 [26] describe un proceso similar. Se puede
obtener de un 10% a un 20% del concentrado de caroteno.
La patente alemana DE 4429506 [27] presenta la
extracción de carotenoides de material seco con propano o butano. Se
descubrió que la solubilidad de ambos gases puede ser inmensamente
mejorada cuando se utiliza un cosolvente.
Estas patentes requieren solventes orgánicos en
una cantidad grande como eluyente y la recuperación de los solventes
por destilación para obtener el concentrado de carotenoides. En el
proceso nuevo sólo se utilizan como solventes el propano y CO_{2}
supercrítico a temperaturas bajas para obtener el concentrado. Estos
solventes se pueden eliminar fácilmente por expansión.
La mayor parte de las técnicas descritas en
literatura que utilizan dióxido de carbono supercrítico u otros
gases comprimidos para el enriquecimiento de ambos fitosteroles y
tococromanoles de aceite comestible empiezan a partir de
concentraciones muy bajas de los componentes aquí tratados. Por lo
tanto, el foco principal de estos trabajos se encuentra en la
depleción de las sustancias como triglicéridos o FAME, porque éstas
son con diferencia las sustancias más prominentes cuando se trata
con aceite crudo o esterificado, respectivamente. Adicionalmente, la
mayor parte de los procesos descritos son accionados de forma
discontinua. Así, el enfoque aquí descrito, empezando a partir de
unos derivados de aceite de palma ya enriquecidos y empleando una
combinación de una columna continuamente accionada de extracción con
una operación de adsorción/desorción por un lado y una posterior
extracción todavía no se ha aplicado.
El objeto citado arriba se resuelve por el
proceso como caracterizado en la reivindicación 1.
Generalmente los compuestos de vitamina del
grupo de los tococromanoles y carotenoides se enriquecen de mezclas
derivadas de aceites naturales en el proceso descrito abajo. Estas
mezclas contienen ésteres metílicos de ácido graso o ésteres
etílicos de ácido graso, escualeno, monoglicéridos, diglicéridos,
esteroles, y los compuestos de objetivo.
Con dióxido de carbono supercrítico como
solvente, en una primera secuencia de separación (Fig. 2, columnas
C1 y C2), de los tococromanoles o los carotenoides se eliminan los
compuestos más solubles en dióxido de carbono supercrítico que los
compuestos de objetivo en la parte superior de una columna de
separación accionada por contra corriente, y los compuestos menos
solubles en el fondo. Este proceso da lugar a concentraciones para
los tococromanoles de aproximadamente el 70% en peso, y para los
carotenoides de aproximadamente el 30% en peso. Los detalles de esta
separación se dan a continuación.
En una segunda secuencia, siguiendo directamente
el proceso de contracorriente, las mezclas se procesan por adsorción
selectiva y fases de desorción (Fig. 2, absorbedores A1, A2, A3). La
adsorción tiene lugar a partir del flujo másico tomado de la
separación contracorriente que comprende un fluido supercrítico o
casi critico y los compuestos de objetivo, y está depositado
directamente en el adsorbente. De esta manera, se hace posible la
manipulación de la solución altamente viscosa o solución sólida.
Posteriormente, la desorción se lleva a cabo del lecho fijo cargado
con la mezcla de alimento. La desorción se puede llevar a cabo con
el mismo fluido supercrítico o próximo al estado crítico, o uno
diferente, o en una secuencia de dos o más de tales solventes. La
desorción también se lleva a cabo en condiciones diferentes en
comparación con la adsorción, es decir valores diferentes de
presión, temperatura, caudal de gas. Los solventes supercríticos o
próximos al estado crítico pueden comprender mezclas de fluidos
supercríticos o próximos al estado crítico, preferiblemente de
dióxido de carbono y propano.
Se descubrió que la separación por adsorción y
desorción se puede mejorar sin rellenar el adsorbente entero con la
mezcla de alimento, sino sólo una parte de él. Durante la desorción
una secuencia de fases de adsorción y desorción tienen lugar, que
aumentan la eficiencia de la separación, y así las concentraciones
de las fracciones separadas. La proporción de la primera sección
adsorbida a la primera sección libre del lecho fijo de adsorbente es
variable, normalmente de 0.5 a 0.1.
Fig. 2. Diagrama de flujo del proceso para la
concentración de tococromanoles y carotenoides por tecnología
SFE.
El proceso nuevo para la producción de
fracciones de tococromanol altamente enriquecidas, conteniendo
principalmente tocotrienoles de mezclas derivadas de aceite de palma
combinan una separación contracorriente continua en varias etapas
usando un fluido supercrítico, preferiblemente dióxido de carbono,
para eliminar el volátil más ligero (es decir, los compuestos más
solubles en compuesto supercrítico, respecto al dióxido de carbono)
sobre la parte superior de la columna. Los fondos de la columna son
una fracción enriquecida en tocotrienoles con un contenido
relativamente alto en esteroles y otros compuestos un tanto polares.
Esta fracción inferior se pasa por encima de un adsorbente adecuado.
El gel de sílice resultó ser un adsorbente aplicable. La mezcla
adsorbida es desorbida por un fluido supercrítico, preferiblemente
dióxido de carbono en dos fases de desorción. Lo primero se lleva a
cabo a una presión de aproximadamente 140 bar y retira compuestos
más volátiles o más supercríticos de dióxido de carbono soluble. En
la segunda fase de desorción, llevada a cabo a aproximadamente 250
bar, se extraen fracciones altamente enriquecidas de tococromanol,
conteniendo principalmente tocotrienoles. Las fracciones extraídas
pueden ser divididas adicionalmente por su colección en vasos
diferentes. Dependiendo del corte de las fracciones, la
concentración de tocotrienoles está en la gama de 85 a casi 100% con
un rendimiento de aproximadamente el 50% de la mezcla de alimento.
El adsorbente se regenera con solventes líquidos como etanol etc. y
reutilizado para la fase de adsorción.
El proceso comienza con una fracción
preenriquecida, que se puede obtener por varios métodos, uno puede
comprender la transesterificación de los glicéridos con metanol y
eliminación de los ésteres de ácido graso obtenidos por la
destilación de trayectoria corta o por extracción con fluidos
supercríticos, como dióxido de carbono. Por ejemplo, el material de
inicio para la primera fase de extracción fue uno derivado de aceite
de palma que entre otras sustancias contenía el 56% en peso de
tococromanoles (con \gamma-tocotrienol,
\alpha-tocotrienol, y
\alpha-tocoferol siendo los componentes más
importantes), 16% en peso de escualeno, 5% en peso de fitosteroles
(con \beta-sitosterol y campesterol siendo las
especies más prominentes), y 11% en peso de mono- y diglicéridos.
Este material se alimentó en una columna de extracción continuamente
accionada, empleando dióxido de carbono supercrítico como solvente.
La columna sé embaló con un embalaje Sulzer EX estructurado y con un
diámetro interno de 17.5 mm y una altura total de 7 m, de los cuales
6 m están embalados. Empleando presiones de 20-30
MPa y temperaturas de 323 a 358 K, fue posible producir un producto
superior libre de esterol y tococromanol, extrayendo sólo
específicamente FAME, escualeno, y monoglicéridos, por lo tanto
obteniendo un producto inferior enriquecido a aproximadamente el 70%
de tococromanoles con fitosteroles y otros compuestos más
probablemente más polares comprendiendo el resto.
Una columna más larga hubiese reducido
completamente la fase inferior de los componentes más volátiles. Con
métodos de ingeniería química se calculó la altura necesaria para la
separación completa de FAME, escualeno, y monoglicéridos de
tococromanoles, esteroles, y otros componentes poco volátiles. Los
resultados son que una separación completa de estos componentes es
posible con 13 fases teóricas de separación, correspondientes a una
altura de la columna de aproximadamente 15 m, una proporción de
solvente-a-alimento de 80 a 140, con
una proporción de reflujo de 6 a 12, a una temperatura de 323 K, y
una presión de 20-25 MPa.
Teóricamente, el enriquecimiento adicional de
tocotrienoles debería ser posible al emplear otra separación
contracorriente usando un fluido supercrítico. Las investigaciones
experimentales revelaron que la solubilidad del producto inferior
enriquecido con tocotrienol en dióxido de carbono supercrítico es
demasiado baja como para ser considerado como un solvente para un
proceso de separación. Por lo tanto, los modificadores se mezclaron
con el fluido supercrítico básico, dióxido de carbono, a fin de
aumentar la solubilidad. Se investigaron las siguientes
composiciones de solvente: CO_{2} + propano con un contenido de
propano del 29, 55, y 83%, además de CO_{2} + solvente orgánico
líquido, es decir etanol, isopropanol, 1-butanol, y
acetato de etilo, cada uno en una concentración del 5 y 10% en peso,
respectivamente. Las mediciones se llevaron a cabo en una gama de
presión de 5-30 MPa y a temperaturas de 323, 343, y
358 K, respectivamente, en el caso de experimentos con propano y a
una presión fija de 20 MPa y a temperaturas de 323 y 343 K en el
caso de los modificadores líquidos. En todas las condiciones
investigadas, la concentración de los compuestos poco volátiles se
enriqueció en la fase gaseosa, pero la selectividad con respecto a
los tocotrienoles se redujo a tal extensión que los esteroles se
disolvieron en la fase gaseosa, por lo tanto haciendo imposible
enriquecer la concentración de tocotrienol adicionalmente.
Sorprendentemente se descubrió que los factores
de separación se mantuvieron altos incluso aumentaron, si el
material inferior se mezcló con geles de sílice especiales y
entonces se desorbieron o extrajeron de este adsorbente con dióxido
de carbono supercrítico. El producto inferior de la primera fase de
enriquecimiento se mezcló con determinadas cantidades de adsorbente
(gel de sílice) en una proporción de 4 a 10. La mezcla se introdujo
en una columna como lecho fijo. Entonces, aplicando un fluido
supercrítico (dióxido de carbono) a una presión de aproximadamente
14 a una temperatura de aproximadamente 333 K, los componentes muy
volátiles tales como los ésteres de ácido graso y escualeno se
desorbieron. En una segunda fase de desorción (extracción), a
aproximadamente la misma temperatura, pero una presión más alta de
aproximadamente 25 MPa, se desorbieron tocotrienoles con una alta
concentración. Con una proporción de adsorbente a alimento de 10,
una proporción de solvente de dióxido de carbono supercrítico de
aproximadamente 300 [kgCO_{2}/Kg. alimento y hora], se obtuvo una
fracción del 27% del alimento durante 1 h con una concentración del
75% de tocotrienoles, después de esa fracción, otra fracción del 25%
del alimento con un 100% de concentración de tocotrienoles se podría
recuperar en otra hora. Experimentos con una mezcla de dióxido de
carbono y propano mostraron que la solubilidad se podría realzar
mientras se mantuviera la selectividad. Por lo tanto, la proporción
de solvente puede ser más baja que con CO_{2} puro.
Un concentrado de carotenoide (1 al 10% en peso)
es alimentado en un dispositivo de extracción continuamente
accionado, construido como un mezclador-asentador de
alta presión de cinco fases. En tres secuencias de separación con
este aparato, empleando presiones de 20-30 MPa y
temperaturas de 323 a 358 K, fue posible producir un producto,
conteniendo hasta un 30% en peso de carotenoides. Este producto se
pasa por encima del adsorbente, un gel de sílice especial,
preferiblemente Zeofree 5170, por lo cual la mezcla de carotenoides,
esteroles y otras sustancias, y los ésteres de ácido graso se
adsorben. La proporción de la mezcla está en la gama de 4 a 10.
Posteriormente, el adsorbente cargado entra en contacto primero con
dióxido de carbono supercrítico, y entonces con propano próximo al
estado crítico a condiciones del estado, p. ej. 5 MPa y 323 K,
preferiblemente en la gama de 2 a 7 MPa y 313 a 343 K. Con el
dióxido de carbono, se desorben y eluyen principalmente los no
carotenoides, y con propano próximo al estado crítico, se desorben
los carotenoides. La proporción de solvente de propano a alimento
está en la gama de 20 a 100 preferiblemente aproximadamente 30. La
concentración de los carotenoides eluidos se realzaba si durante la
fase de adsorción se cargaba sólo una fracción del adsorbente con el
alimento.
Una extracción supercrítica continuamente
accionada de múltiples fases se llevó a cabo con dióxido de carbono
puro como solvente y una mezcla de alimento conteniendo 50% en peso
de tococromanoles (con \gamma-tocotrienol,
\alpha-tocotrienol, y
\alpha-tocoferol siendo los mayores componentes),
16% en peso escualeno, 3% en peso fitosteroles (con
\beta-sitosterol y campesterol siendo las especies
más prominentes), y 11% en peso mono- y diglicéridos. La columna
empleada tenía una altura efectiva de 6 m y fue embalada con un
embalaje estructurado Sulzer EX. Las condiciones de funcionamiento
fueron las siguientes: 20 MPa, 323 K, proporción de
solvente-a-alimento = 19.8,
proporción de reflujo = 7.3.
Estas condiciones resultaron en un producto de fase superior consistiendo del 2% en peso FAME, 58% en peso de escualeno y fue reducido completamente de los tococromanoles y fitosteroles. El producto de fondo consistió en el 8% en
peso escualeno, 58% en peso de tococromanoles, 4% en peso de fitosteroles, y estaba completamente libre de FAME.
Estas condiciones resultaron en un producto de fase superior consistiendo del 2% en peso FAME, 58% en peso de escualeno y fue reducido completamente de los tococromanoles y fitosteroles. El producto de fondo consistió en el 8% en
peso escualeno, 58% en peso de tococromanoles, 4% en peso de fitosteroles, y estaba completamente libre de FAME.
Una extracción supercrítica continuamente
accionada de múltiples fases se llevó a cabo con dióxido de carbono
puro como solvente y una mezcla de alimento conteniendo el 50% en
peso de tococromanoles (con \gamma-tocotrienol,
\alpha-tocotrienol, y
\alpha-tocoferol siendo los mayores componentes),
16% en peso de escualeno, 3% en peso de fitosteroles (con
\beta-sitosterol y campesterol siendo las especies
más prominentes), y un 11% en peso de mono- y diglicéridos. La
columna empleada tenía una altura efectiva de 6 m y fue embalada con
un embalaje estructurado Sulzer EX. Las condiciones de
funcionamiento fueron las siguientes: 20 MPa, 343 K, proporción de
solvente-a-alimento = 40.3,
proporción de reflujo = 1.3. Estas condiciones resultaron en un
producto de fase superior consistiendo en el 2% en peso de FAME, 60%
en peso de escualeno, 2% en peso de tococromanoles, y el 1% en peso
esteroles. El producto de fondo consistió en el 7% en peso de
escualeno, 54% en peso de tococromanoles, 4% en peso de
fitosteroles, y estaba completamente libre de FAME.
1 g del producto inferior obtenido del Ejemplo 1
fue utilizado como material de alimento y mezclado con 10 g de gel
de sílice, Zeofree 5170. La mezcla se introduce en un vaso vacío y
se utilizó CO_{2} supercrítico para desabsorber FAME y escualeno a
13 MPa y 333 K durante 120 minutos. La presión fue aumentada a 25
MPa y después de 60 minutos, una fracción (0.27 g), que contiene el
80% en peso de tococromanoles, fue recogida. La presión se mantuvo
constante durante otros 60 minutos, y otra fracción (0.24 g) fue
recogida. Esta fracción contiene aproximadamente el 100% de
tococromanoles.
2.4 g del producto inferior obtenido del Ejemplo
1 fue utilizado como material de alimento y mezclado con 10 g de gel
de sílice, Zeofree 5170. La mezcla es introducida en un vaso vacío y
CO_{2} supercrítico utilizado para desabsorber FAME y escualeno a
13 MPa y 333 K durante 60 minutos. La presión se aumentó a 19 MPa y
después de otros 120 minutos, se recogió una fracción (1.59 g).
Contiene un 80% en peso de tococromanoles.
El concentrado de carotenoides conteniendo
aproximadamente un 10% en peso de carotenoides fue pasado por encima
del adsorbente en un tubo de alta presión con un volumen interno de
50 ml. Gel de sílice con un área de superficie mínima de 165
m^{2}/g fue utilizado como adsorbente con una proporción de 4:1
(12 g:3 g) a la cantidad de alimento. Entonces se realizó la
extracción, primero con dióxido de carbono supercrítico a 150 bar y
60ºC, y entonces con dióxido de carbono supercrítico a 250 bar y
60ºC. En la tercera fase, fue utilizado propano próximo al estado
crítico a 7 MPa, 60ºC. Las fracciones son recogidas. La última
fracción consistió en aproximadamente un 60% de carotenoides.
\vskip1.000000\baselineskip
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\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
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\bullet US 5157142 A [0004] [0010]
\bullet EP 0363971 A2 [0023] [0049]
\bullet JP 200226723 B [0024] [0049]
\bullet US 6072092 A [0025] [0049]
\bullet EP 0242148 A [0026] [0049]
\bullet JP 63132871 B [0027] [0049]
\global\parskip0.950000\baselineskip
\bullet US 5157132 A [0028] [0049]
\bullet EP 1398311 A [0028] [0049]
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\vskip1.000000\baselineskip
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on Chromatographic Separation of Carotenes from Crude and Degummed
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\bullet V. ILL'ES; H.G. DAOOD;
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Modified Clays using Supercritical Carbon Dioxide. Brazilian
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des Zitrusöls durch überkritisches CO. C. ZETZL.
Diplomarbeit. Institut für Thermische Verfahrenstechnik an der
Universität Karlsruhe, 1994 [0049].
Claims (7)
1. Proceso para la producción de fracciones
altamente enriquecidas de compuestos de objetivo, es decir
tocotrienoles, carotenoides, y esteroles del aceite de palma con una
primera fase de separación comprendiendo la separación
contracorriente en múltiples etapas con fluidos supercríticos y/o
próximos al estado crítico eliminando el más volátil en la parte
superior, produciendo una fracción inferior enriquecida en los
compuestos de objetivo y otra separación contracorriente en varias
etapas con fluidos supercríticos y/o próximos al estado crítico que
eliminan los compuestos naturales de objetivo en la parte superior,
así limpiándolo de impurezas poco volátiles, y caracterizado
por el hecho de que una segunda fase comprendiendo la adsorción
selectiva y desorción por adsorción directa de la fracción de la
separación contracorriente conteniendo el fluido supercrítico o
próximo al estado crítico en un adsorbente, y posteriormente
eluyendo la mezcla del adsorbente por el mismo u otro fluido
supercrítico o próximo al estado crítico y recogiendo las diferentes
fracciones.
2. Proceso para la producción según la
reivindicación 1 utilizando dióxido de carbono supercrítico y/o
propano próximo al estado crítico a condiciones de accionamiento
para la temperatura de 313 a 383 K, preferiblemente entre 323 y 363
K, y presiones de 5 a 45 MPa, preferiblemente entre 10 y 30 MPa, una
proporción de solvente-a-alimento de
1 a 500, preferiblemente entre 50 y 300, utilizando un reflujo del
extracto en la parte superior de la columna en la gama de 0.1 a 50,
preferiblemente entre 2 y 20.
3. Proceso para la producción según la
reivindicación 1, en donde una segunda fase comprendiendo adsorción
selectiva y desorción por la adsorción directa de la fracción de la
separación contracorriente conteniendo el fluido de dióxido de
carbono y/o propano supercrítico o próximo al estado crítico, en la
misma presión y temperatura o a densidad reducida, en un gel de
sílice adsorbente, preferiblemente gel de sílice Zeofree®, en una
proporción de 4 a 10, de manera que sólo alguna parte del adsorbente
se carga con el material de alimento entrante, y en donde la
desorción, en forma de elución o extracción, se realiza con el mismo
u otro fluido supercrítico o próximo al estado crítico en una o más
fases, preferiblemente en dos fases de presión, donde en una primera
fase de elución, a presión inferior en la gama de 12 a 15 MPa, los
compuestos más volátiles que todavía quedan en la mezcla adsorbida
son eliminados, y en una posterior segunda elución, a una presión
aumentada en la gama de 22 a 35 MPa, preferiblemente 25 MPa, a
temperaturas entre 313 y 373 K los compuestos volátiles inferiores
son extraídos, y donde una tercera fase de elución comprende el uso
de propano próximo al estado crítico a condiciones de 3 a 10 MPa,
preferiblemente 5 a 7 MPa.
4. Proceso para la producción según las
reivindicaciones 1 a 3, para las fracciones de tococromanoles.
5. Proceso para la producción según las
reivindicaciones 1 a 3, para las fracciones de carotenoides.
6. Proceso para la producción según las
reivindicaciones 1 a 3, para las fracciones de esteroles.
7. Proceso para la producción según las
reivindicaciones 1 a 3, para la coenzima Q10.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP06002687A EP1818388B1 (en) | 2006-02-10 | 2006-02-10 | Process for production of highly enriched fractions of natural compounds from Palm Oil with supercritical and near critical fluids |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
ES2345396T3 true ES2345396T3 (es) | 2010-09-22 |
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