ES2383383A1 - Extracción de polihidroxialcanoatos (pha), a partir de biomasa oleaginosa y utilización del disolvente obtenido para la extracción de polihidroxialcanoatos (pha), a partir de biomasa. - Google Patents
Extracción de polihidroxialcanoatos (pha), a partir de biomasa oleaginosa y utilización del disolvente obtenido para la extracción de polihidroxialcanoatos (pha), a partir de biomasa. Download PDFInfo
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Abstract
Extracción de polihidroxialcanoatos (PHA), a partir de biomasa oleaginosa y utilización del disolvente obtenido para la extracción de polihidroxialcanoatos (PHA), a partir de biomasa.La presente invención está relacionada con un proceso para separar polihidroxialcanoatos (PHA) en una biomasa oleaginosa que contenga PHA y que comprende las siguientes fases:a) Introducción de la biomasa oleaginosa en una estufa a 100°C durante 6 horas, aproximadamente.b) Tratamiento de la biomasa oleaginosa con un disolvente especifico de PHA.c) Realización del tratamiento en un equipo de extracción SOXHLET.d) Obtención de un precipitado de PHA y un disolvente con características específicas.e) Separación por filtración del precipitado de PHA y el disolvente obtenido.f) El disolvente obtenido tiene propiedades para poder extraer PHA en biomasa, tanto oleaginosa como no oleaginosa.
Description
Extracción de polihidroxialcanoatos (PHA), a
partir de biomasa oleaginosa y utilización del disolvente obtenido
para la extracción de polihidroxialcanoatos (PHA), a partir de
biomasa.
La presente invención está basada en la patente
ES 2 185 796 T3, en la que se realiza la extracción de un
polihidroxialcanoato a partir de un sistema biológico, tal como una
planta o bacteria, llevando a cabo la extracción con un
disolvente.
Con la presente invención, se trata de mejorar
los rendimientos en la extracción de PHA a partir de una biomasa
oleosa con el uso de un disolvente para PHA y recuperación, con el
procedimiento descrito, de un disolvente con características
especiales, utilizable en la extracción de PHA a partir de una
biomasa.
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Las industrias petroquímicas eran la fuente
mayoritaria y rentable de obtención de polímeros para la industria
plástica. Ante la demanda de dichas industrias de conseguir materias
primas no contaminantes se han conseguido recientes avances en la
tecnología, dando como resultado nuevas fuentes de polímeros útiles
en este tipo de industrias.
Cabe resaltar la producción de resinas plásticas
usando organismos vivos ("bioplastico"), incluyendo bacterias y
plantas de cultivo genéticamente manipuladas, que se diseñan para
producir polímeros tales como polihidroxialcanoato (PHA); también,
un gran número de bacterias que producen PHA de forma natural es una
fuente prometedora de PHA (véase, por ejemplo, Poirier, Y., D.E.
Dennis, K. Klomparens y C. Somerville, "Polyhydroxybutyrate, a
biodegradable thermoplastic, produced in transgenic plants",
SCIENCE, Vol. 256, pp. 520-523 (1992); la
publicación de solicitud de WO 95/05472, publicada el 23 de febrero
de 1995; la publicación de solicitud de WO 93/02187, publicada el 4
de febrero de 1993; NOVEL BIODEGRADABLE MICROBIAL POLYMERS, E.A.
Dawes, ed., NATO ASI Series, Series E: Applied Sciences - Vol. 186,
Kluwer Academic Publishers (1990)).
En una producción a gran escala, es necesaria
encontrar métodos más rentables para la obtención y purificación de
PHA.
Los métodos de separación convencionales usados
de forma extensiva en la extracción de lípidos de bajo peso
molecular no son prácticos para emplearlos en un procedimiento de
aislamiento de resina. Por ejemplo, una presión mecánica simple es
impracticable debido a que, a diferencia de la separación de aceites
vegetales a partir de frutos oleaginosos, los plásticos sólidos no
se pueden extraer mediante estrujamiento de las cosechas por
prensado mecánico.
La separación de PHA por métodos de
sedimentación debería ser, en principio, posible. Sin embargo, la
sedimentación gravitacional (fuerza de 1G) simple en un medio de
suspensión líquido es, de hecho, bastante impracticable. La
velocidad de sedimentación es extremadamente lenta. Además, tal
sedimentación lenta se rompe fácilmente por el movimiento Browniano
de las partículas de PHA inducido por la fluctuación térmica de las
moléculas del fluido de suspensión que rodea a las partículas.
Además, el extenso período de tiempo requerido para sedimentar
partículas de PHA muy finas introduce el problema de la
contaminación bacteriana y posterior biodegradación de la suspensión
de las partículas.
Los métodos conocidos de extracción con
disolventes también están limitados para la separación a gran escala
de PHA a partir de una biomasa. Un disolvente usado habitualmente
para la extracción de PHA procedente de bacterias es cloroformo.
También se describen para uso otros disolventes hidrocarbonados
halogenados tales como diclorometano, dicloroetano y cloropropano
(véase, por ejemplo, la US 4.562.245, Stageman, expedida el 31 de
diciembre de 1985; la US 4.324.907, Senior, Wright y Anderson,
expedida el 13 de abril de 1982; la US 4.310.684, Vanlautem y
Gilain, expedida el 12 de enero de 1982; la. US 4.705.604, Vanlautem
y Giliain, expedida el 10 de noviembre de 1987; la solicitud de EP
036 699, Homes y Wright, publicada el 3 de septiembre de 1981; y la
solicitud de DE 239.609, Schmidt, Schmiechen, Rehm y Trennert,
Publicada el 10 de enero de 1986).
En el proceso de extracción del disolvente, la
disolución de PHA concentrada forma a menudo un fluido de viscosidad
muy alta, o incluso algunas veces un gel, que puede ser
extremadamente difícil de procesar. Además, tales disolventes son
potencialmente dañinos para la salud y el medio ambiente si no se
eliminan completamente del PHA.
En consecuencia, no sería deseable el uso de una
gran cantidad de tales disolventes que dan como resultado la
formación de disoluciones o geles altamente viscosos, especialmente
próximos al sitio de recolección.
En los documentos EP 0.473.043, EP 0.124.309 y
ES 2 177 796 T3 están basados en la necesidad de un procedimiento
simple y económico para recuperar bioplasticos y sugieren
procedimientos alternativos para extraer PHA de biomasa, a partir de
una fuente biológica a gran escala.
\newpage
El documento ES 2 185 796 T3 extrae
polihidroxialcanoatos a partir de un sistema biológico, tal como una
planta o bacteria, llevando a cabo la extracción con un disolvente.
En dicha invención utiliza la agitación como método de extracción de
PHA con el disolvente. Posteriormente, elimina el disolvente para
poder obtener el precipitado de PHA.
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El presente documento está basado en un
procedimiento para separar polihidroxialcanoato (PHA) a partir de
una biomasa con características oleaginosas, que contiene el PHA en
grandes cantidades. El procedimiento es el siguiente:
- a)
- Introducir la muestra seleccionada en una estufa a 100ºC durante 6 horas, aproximadamente.
- b)
- Tratar la biomasa oleaginosa con un disolvente específico de PHA.
- c)
- Realizar el tratamiento en un equipo de extracción SOXHLET.
- d)
- Obtención de un precipitado de PHA y un disolvente con características específicas.
- e)
- Separación por métodos convencionales, como filtración, del precipitado de PHA y el disolvente obtenido.
- f)
- El disolvente obtenido tiene propiedades para poder extraer PHA en biomasa, tanto oleaginosa como no oleaginosa.
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Tal procedimiento satisface la necesidad de un
procedimiento relativamente simple y económico para recuperar
bioplasticos a partir de una fuente biológica a gran escala.
Definiciones de los términos usados en la
descripción de este método:
- -
- Biomasa: Materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado.
- -
- Biomasa oleaginosa: Biomasa procedente de frutos ricos en aceites, (aceituna, aguacate y otros).
- -
- Polihidroxialcanoato y PHA: Polímero que tiene la unidad que se repite:
- Los términos polihidroxialcanoato y PHA incluyen polímeros que contienen una o más unidades que se repiten diferentes.
- -
- Extraer polihidroxialcanoato a partir de una biomasa, además de referirse a la extracción del PHA particular producido por una biomasa que produce un único PHA, también se refiere a la recuperación de uno o más tipos de PHA cuando la biomasa produce más de un tipo de PHA.
- -
- Disolvente: Sustancia capaz de disolver otra sustancia (soluto) para formar una mezcla uniformemente dispersa (disolución) a nivel de tamaño molecular o iónico.
- -
- Precipitado: Sólido que se produce en una disolución por efecto de una reacción química o bioquímica.
- -
- Extractor SOXHLET (Fig. 1): A escala de laboratorio, es un tipo de material de vidrio utilizado para la extracción de compuestos, generalmente de naturaleza lipídica, contenidos en un sólido, a través de un solvente a fin.
- El extractor consta de un condensador provisto de una chaqueta, con espigas para la entrada y salida del refrigerante. Está conformado por un cilindro de vidrio vertical. La columna está dividida en una cámara superior y otra inferior. La superior o cámara de muestra sostiene un sólido o polvo del cual se extraerán compuestos. La cámara de disolvente, exactamente abajo, contiene una reserva de disolvente. Dos tubos vacíos, o brazos, corren a lo largo a un lado de la columna para conectar las dos cámaras. El brazo de vapor va desde la parte superior de la cámara del disolvente a la parte superior de la cámara del sólido. El otro brazo, para el retorno de disolvente, describe dos U sobrepuestas, que llevan desde la cámara de la muestra el disolvente hasta la cámara de disolvente.
- El SOXHLET funciona cíclicamente, para extraer las concentraciones necesarias de algún determinado compuesto.
- Éste funciona de la siguiente forma: Cuando se evapora el disolvente sube hasta el área donde es condensado; aquí, al caer y regresar a la cámara de disolvente, va separando los compuestos, hasta que se llega a una concentración deseada.
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Para la obtención de PHA en el presente
procedimiento, se va a utilizar una biomasa procedente de especies
de plantas oleaginosas como puede ser olivo y sus frutos, aunque se
puede aplicar a otras especies oleaginosas y en los residuos
generados en su tratamiento para la obtención de aceites.
Con el disolvente obtenido en el presente
procedimiento, tras la extracción del PHA de la biomasa oleaginosa,
tiene la propiedad de actuar como un disolvente para la extracción
de PHA de otras biomasas, como pueden ser:
- Organismos unicelulares como bacterias, hongos
y organismos superiores, tales como plantas, preferiblemente
especies genéticamente manipuladas, diseñadas específicamente para
la producción de un PHA específico de interés.
La información genética que se modifica en este
tipo de plantas deriva de bacterias que producen PHA
naturalmente.
Principalmente, las plantas que se utilizan para
la extracción de PHA tanto modificadas genéticamente, como sin
modificar, son aceituna, granos de cereales, cebada, remolachas,
judía, trigo, zanahoria, coco, maíz, semilla de algodón, calabacín,
lentejas, mijo, frijol, avena, palma de aceite, guisantes,
cacahuete, patata, calabaza, colza, arroz, sorgo, soja, remolacha
azucarera, caña de azúcar, girasol, batata, tabaco y sésamo,
manzana, albaricoque, plátano, melón, cerezas, uvas, limón, lima,
naranja, papaya, melocotones, pera, piña, mandarinas, almendra,
tomate y sandía.
Preferiblemente, las plantas son manipuladas por
ingeniería genética para producir PHA conforme a los métodos
descritos en Poirier, Y., D.E. Dennis, K. Klomparens y C.
Somerville, "Polyhydroxybutyrate, a biodegradable thermoplastic,
produced in transgenic plants", SCIENCE, Vol. 256, pp.
520-523 (1992); y la publicación de solicitud de WO
93/02187, Somerville y col., publicada el 4 de febrero de 1993.
Las bacterias útiles utilizadas en el presente
procedimiento incluyen cualesquiera bacterias manipuladas por
ingeniería genética diseñadas para producir PHA, así como bacterias
que producen PHA de forma natural.
Los ejemplos de tales bacterias incluyen
aquellos descritos en NOVEL BIODEGRADABLE MICROBIAL POLYMERS, E.A.
Dawes, ed„ NATO ASI Series, Series E: Applied Sciences - Vol. 186,
Kluwer Academic Publishers (1990); y las US 5.292.860, Shiotani y
Kobayashi, expedida el 8 de marzo de 1994, las US 5.250.430, Peoples
y Sinskey, expedida el 5 de octubre de 1993, las US 5.245.023,
Peoples y Sinskey, expedida el 14 de septiembre de 1993, las US
5.229.279, Peoples y Sinskey, expedida el 20 de julio de 1993, la ES
2 061 405, Universidad Granada y González publicada el 1 de
diciembre de 1994.
Los disolventes de PHA utilizados pueden ser
acetona, acetonitrilo, benceno, acetato de butilo, propionato de
butilo, \beta-butirolactona,
\gamma-butirolactona, dióxido de carbono licuado,
cloroformo, 1,2-dicloroetano, carbonato de dietilo,
succinato de dimetilo, dimetilsulfóxido, dimetilformamida,
1,4-dioxano, acetato de etilo, diacetato de
etilenglicol, acetato de metilo,
metil-etil-cetona,
1,1,2,2-tetracloroetano, tetrahidrofurano,
1,1,2-tricloroetano,
1,2,3-tricloropropano, tolueno, xileno, o sus
mezclas.
Principalmente, la acetona es el disolvente
preferible medioambientalemente hablando, así como acetonitrilo,
\gamma-butirolactona, 1,4-dioxano,
acetato de metilo, tolueno,
metil-etil-cetona, acetato de etilo,
o sus mezclas.
El disolvente empleado se utilizará, en este
procedimiento, a temperatura de ebullición, puesto que a altas
temperaturas, la velocidad de extracción de PHA aumenta, mejorando
el rendimiento de estos procesos.
\vskip1.000000\baselineskip
1. Preparación de una muestra de la biomasa con
alta cantidad de PHA desecada y empaquetada en papel de filtro.
2. A continuación, introducimos la muestra en un
extractor SOXHLET (Fig. 1), junto con el disolvente para PHA. Se
realiza una filtración y así, se retiene la biomasa insoluble al
paso del disolvente.
3. Realizamos el proceso de extracción durante 3
horas, manteniendo el disolvente a temperatura de ebullición.
Durante el proceso de extracción se favorece el
aumento de la concentración de PHA en el disolvente que a su vez es
capaz de extraer otros compuestos de interés contenidos en la
biomasa oleaginosa, como aceites y ceras.
Los aceites y ceras extraídos en este
procedimiento facilitarán el precipitado de los PHA.
4. A medida que se está realizando la
extracción, los lavados que realiza el disolvente aumenta la
concentración de PHA en el disolvente del "balón" (Fig. 1),
hasta que se alcanza una concentración crítica de estos PHA
provocando la polimerización y posterior precipitación del PHA.
5. Se obtienen dos fases diferenciadas:
Una fase sólida compuesta de monómeros de PHA
polimerizados y sus mezclas. Una fase líquida compuesta del
disolvente inicial empleado, enriquecido con ceras y aceites
contenidos en la biomasa, que han ayudado a la precipitación de los
PHA.
6. A continuación se procede a la separación de
las dos fases obtenidas, realizando un filtrado y lavado, o
cualquier otro método de separación de
sólidos-líquidos, como por ejemplo,
centrifugación.
El disolvente obtenido en el punto 6 del método
empleado está enriquecido en aceites y ceras, procedentes de la
muestra de partida y se puede utilizar, usando el mismo método
anterior, para la extracción de PHA procedentes de otras biomasas de
plantas no oleaginosas, así como biomasa procedente de bacterias y
hongos, que necesitan para su extracción este tipo de disolvente y
también, biomasa oleaginosa.
El método empleado en el presente procedimiento
es económicamente muy rentable en comparación con los métodos
conocidos, debido a que se realiza en un solo paso y con el uso de
un solo disolvente, obteniendo un disolvente enriquecido en aceites
y ceras, que es utilizable, utilizando el mismo método, para extraer
PHA de biomasas que necesitarían la adición de un disolvente que
ayude en la extracción de PHA. Además, como disolvente se utiliza
principalmente acetona y acetato de etilo, que son baratos, seguros
y fácilmente disponibles, incluso a partir de fuentes renovables.
Tales disolventes del PHA también se consideran mucho menos dañinos
al medioambiente, especialmente para la capa de Ozono de la Tierra,
comparados con los compuestos que contienen halógenos usados
típicamente para la extracción de PHA de bacterias; y a la obtención
de dos productos diferentes y de gran interés.
La obtención de los PHA obtenidos en la presente
invención es interesante en varios tipos de industrias diferentes,
como puede ser:
Uso en agricultura: Se puede actuar sobre
la necesidad que tiene la agricultura del uso de plásticos
biodegradables y así evitar utilizar residuos contaminantes no
degradables.
Industrias envasadoras: En un intento de
ofrecer herramientas a las industrias, en las mejoras de sus
políticas medioambientales y en respuesta a la creciente demanda por
parte de los consumidores, de un estilo de vida, cada vez más
ecológico, el uso de bioplásticos puede ofrecer una oportunidad de
diferenciación, respecto a la competencia.
En industrias orientadas al mercado ecológico
ven en estos plásticos biodegradables, una oportunidad de mejora de
sus productos en su uso como envases no contaminantes y respetuosos
con el medio ambiente.
Industrias farmacéuticas: Ofrecer envases
para formas farmacéuticas, apósitos, jeringas, pipetas, suturas,
etc.
Industrias Biomédicas: Actuamos sobre la
necesidad en biomedicina de utilizar productos biodegradables, que
pueden actuar como soportes en ingeniería de tejidos, vehículos de
moléculas, con especial interés en el departamentos de I+D para
investigar y desarrollar nuevos materiales.
Otra ventaja sorprendente del presente
procedimiento es su capacidad para producir suspensiones de PHA que
se pueden usar, por ejemplo, como revestimientos, aglutinantes,
aditivos para pinturas, alimentos, adhesivos, así como vehículos
para colorantes, pigmentos, ingredientes bioactivos y perfumes.
Claims (6)
1. Un procedimiento para separar PHA a partir de
una biomasa oleaginosa que contiene el PHA, caracterizado el
procedimiento por:
- a)
- Tratar la biomasa con un disolvente de PHA.
- b)
- Utilización de un sistema extracción SOXHLET (Fig. 1) para la extracción de PHA.
- c)
- Obtención de una fase sólida de precipitado de PHA y una fase líquida compuesta por el disolvente inicialmente utilizado y residuos de ceras y aceites procedentes de la biomasa.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Un procedimiento según la reivindicación 1
consistente en un filtrado y lavado del precipitado, dejando libre
la mezcla de PHA de ceras y aceites.
3. Un procedimiento según la reivindicación 1
por el cual se obtiene un precipitado de PHA y sus mezclas.
4. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el disolvente del
polihidroxialcanoato se selecciona del grupo que consiste en
acetona, acetonitrilo, benceno, acetato de butilo, propionato de
butilo, \beta-butirolactona,
\gamma-butirolactona, dióxido de carbono licuado,
cloroformo, 1,2-dicloroetano, carbonato de dietilo,
dietilformamida, carbonato de dimetilo, succinato de dimetilo,
dimetilsulfoxido, dimetilformamida, 1,4-dioxano,
acetato de etilo, diacetato de etilenglicol, acetato de metilo,
metil-etil-cetona,
1,1,2,2-tetracloroetano, tetrahidrofurano,
1,1,2-tricloroetano,
1,2,3-tricloropropano, tolueno, xileno, y sus
mezclas.
5. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el disolvente obtenido en el
procedimiento se puede considerar como disolvente para la extracción
de PHA en biomasa no oleaginosa, así como oleaginosa.
6. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la biomasa sea de origen
bacteriano, hongos, levaduras o plantas, así como sus modificaciones
genéticas.
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| ES201001567A ES2383383B1 (es) | 2010-11-24 | 2010-11-24 | Extracción de polihidroxialcanoatos (pha), a partir de biomasa oleaginosa y utilización del disolvente obtenido para la extracción de polihidroxialcanoatos (pha), a partir de biomasa. |
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