ES2582235T3 - Un método para la recuperación de aceite a partir de biomasa - Google Patents

Abstract

Un metodo para la recuperacion de lipidos a partir de biomasa microbiana que comprende las etapas de (i) proporcionar biomasa microbiana humeda para el pretratramiento termico en un recipiente a presion a una temperatura de 100 ºC a 250 ºC, y (ii) someter dicha biomasa microbiana pretratada de forma termica a extraccion utilizando un extractante que comprende propano liquido, y (iii) posteriormente, recuperar un producto que contiene lipidos.

Description

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DESCRIPCION

Un metodo para la recuperacion de aceite a partir de biomasa Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a un metodo para recuperar lipidos a partir de biomasa microbiana utilizando extraccion.

Antecedentes de la invencion

Los microorganismos tales como las algas, las bacterias o los hongos pueden contener trigliceridos hasta el 80 % de su contenido de materia seca total. Sin embargo, el aceite precedente de biomasa microbiana que es adecuado como precursor para la production de combustible es escaso en el mercado. Esto se debe principalmente a la carencia de metodos eficaces y economicos para proporcionar aceite de buena calidad a partir de biomasa microbiana.

Los metodos disponibles para la extraccion de aceite o de lipidos a partir de biomasa microbiana normalmente necesitan que la biomasa se seque y/o que las celulas microbianas se rompan. El secado de la biomasa consume mucha energia y se realiza, por ejemplo, calentando o liofilizando, o incluso se utiliza el secado por pulverization. El contenido de agua tipico o el contenido de materia seca de la biomasa dependen del material microbiano utilizado. Normalmente, se pueden conseguir contenidos en materia seca desde el 15 % hasta el 40 % mediante tecnicas de recoleccion de celulas tradicionales tales como centrifugation o filtration. Esencialmente, normalmente se desea un contenido de agua libre tan bajo como sea posible para maximizar los rendimientos de extraccion.

Un metodo alternativo para obtener aceite a partir de biomasa es aplicar extractantes no selectivos, lo que normalmente produce aceite que contiene altas cantidades de impurezas. Las impurezas tales como metales, fosforo y aminoacidos provocan problemas por ejemplo en la produccion catalitica de combustible, en forma de venenos para el catalizador y/o de materiales corrosivos. Por lo tanto, con frecuencia se necesita utilizar el procesamiento posterior para la elimination de estos componentes no deseados del producto de aceite extraido.

En general, los metodos disponibles adolecen de la carencia de selectividad para producir aceite de buena calidad o del mal rendimiento, lo cual se compensa mediante etapas de procesamiento adicionales o la selection de condiciones de procesamiento no economicas.

Uno de los extractantes comunmente utilizados para la recuperacion de aceites a partir de materiales que contienen aceites es el dioxido de carbono en el estado subcritico o preferentemente supercritico. Desafortunadamente, el dioxido de carbono tiene una capacidad de disolucion debil de lipidos neutros vegetales. Esta propiedad se ha modificado mediante la incorporation de agentes de arrastre que presentan mejor disolucion, tales como el propano o el butano. Los fluidos supercriticos tienen mejores capacidades de disolucion pero necesitan altas presiones de operation. Ademas, los tiempos de extraccion tambien tienden a mantenerse prolongados de manera antieconomica.

El documento CA-2165387 divulga una extraccion selectiva de grasas y/o aceites con gases comprimidos a partir de materiales naturales solidos, tales como solidos microbianos, como residuos de fermentation secados y sedimentados que tienen contenido de agua menor del 5 %. La extraccion se lleva a cabo utilizando una mezcla de propano y un maximo del 50 % en peso de dioxido de carbono a temperaturas por debajo de 96 °C y presiones por debajo de 7,30 MPa (73 bar). Estos dos gases puros estan cada uno en el estado subcritico. En este metodo se lleva a cabo una etapa de secado que consume energia antes de la extraccion.

El documento US-4331695 divulga un metodo para la extraccion de grasas o aceites a partir de productos animales o vegetales, tales como copos de soja o maiz, poniendo en contacto al producto con un disolvente de hidrocarburo, tal como el propano, en la fase liquida y a una temperatura por debajo de la temperatura critica, separando el disolvente que contiene las grasas o el aceite extraidos del residuo del producto, y precipitando las grasas o el aceite extraidos a partir del disolvente calentando el disolvente por encima de la temperatura critica del disolvente sin absorber el calor de vaporization. Las grasas o el aceite resultantes son adecuados para su uso en productos alimenticios sin procesamiento adicional para eliminar el disolvente. Las temperaturas del propano pueden ser de 0100 °C durante la extraccion y de 50-200 °C durante la precipitation del aceite o la grasa, y la presion puede ser la misma durante la extraccion y la precipitacion. El metodo divulgado no divulga ningun pretratamiento del material a extraer y el metodo no incluye la extraccion de biomasa microbiana.

En ocasiones, cuando se extrae aceite a partir de biomasa microbiana se ha utilizado ruptura, diseminacion o triturado mecanico de las celulas de la biomasa o incluso ruptura con ayuda de microondas de las celulas de la biomasa para ayudar a aumentar el rendimiento del aceite extraido.

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El documento US-2003/0143659 divulga un proceso para el aislamiento de compuestos tales como acidos grasos poliinsaturados a partir de microorganismos, en cuyo proceso en primer lugar se granula la biomasa y posteriormente se seca antes de la extraccion de la biomasa. La biomasa se puede pasteurizar en el medio de cultivo, es decir, calentar a 60-100 °C, normalmente preferentemente hasta 96 °C, hasta 90 minutos, para destruir los microorganismos y tambien para inactivar las enzimas que de otro modo podrian destruir los acidos grasos. No se ha comunicado que la pasteurization tenga efecto sobre la extraccion posterior.

El documento WO2006136539 divulga un proceso de extraccion en donde los lipidos se obtienen a partir de biomasa humeda. En este proceso antes de la extraccion se anade un desecante a la biomasa humeda para eliminar el agua en exceso. La biomasa se pasteuriza a 65 °C durante 1 h antes del proceso de extraccion.

El documento WO 2010/021753 divulga un metodo para la transformation hidrotermica de algas en biocombustible utilizando agua casi critica o supercritica. En el metodo divulgado, la composition de algas se presuriza hasta una presion predefinida que esta por arriba de la presion atmosferica y se calienta hasta una temperatura predefinida, de forma tal que el agua en la composicion alcanza un estado casi critico o supercritico. La composicion de algas se mantiene durante un periodo de tiempo a una o mas de la/las temperatura(s) preseleccionada(s) y presion/presiones preseleccionada(s) de forma tal que se hidrolizan o extraen diversos tipos de lipidos, despues de lo cual se deja enfriar el extracto de algas y deja que se separe en una fase acuosa, una fase solida y una fase organica que comprende acidos grasos y trigliceridos.

El documento US 4857329 divulga un metodo para la extraccion de lipidos a partir de hongos del genero Mortierella. En el metodo divulgado las celulas fungicas se pretratan calentando a una temperatura de 150 a 200 °C y moliendo o moliendo las celulas en un disolvente alcoholico. Los lipidos se extraen de la masa celular pretratada con un disolvente seleccionado del grupo que consiste en un disolvente en un estado supercritico, una mezcla disolvente del disolvente en un estado supercritico y un alcohol alifatico inferior y una mezcla disolvente del disolvente en un estado supercritico y un hidrocarburo alifatico saturado inferior. El hidrocarburo alifatico saturado inferior se selecciona de un grupo que consiste en butano, pentano, hexano, heptano y ciclohexano.

Halim R et al., Oil extraction from microalgae for biodiesel production, Bioresource Technology, vol. 102, n.° 1, pag. 178-185 divulga un metodo para la extraccion de lipidos a partir de microalgas, en cuyo metodo la biomasa de algas se deshidrata utilizando una centrifuga de discos Westfalia hasta una concentration de solidos del 30 % en peso y la biomasa deshidratada se extrae con hexano o con una mezcla de hexano e isopropanol.

El documento US 2010/0233761 divulga un metodo para el fraccionamiento de biomasa, cuyo metodo comprende etapas de suspension de la biomasa en una solution de pH ajustado de por lo menos un disolvente polar con base acuosa, calentando la biomasa suspendida hasta una temperatura de 25 a 200 °C, poniendo en contacto la biomasa con por lo menos un disolvente no polar, tal como hexano, dividiendo para obtener una solucion de disolvente no polar y una solucion de biomasa polar, y recuperando productos celulares a partir de la solucion disolvente no polar y de la solucion de biomasa polar.

El documento WO 2006/085672 divulga un metodo para aislar uno o mas compuestos a partir de una biomasa microbiana, comprendiendo el metodo las etapas de preparar masa celular humeda que tenga un contenido de humedad promedio de entre el 30 % y el 80 %, someter la masa celular humeda a un secado primario para obtener una masa celular seca primaria que tenga un contenido de humedad promedio de entre el 5 % y el 50 %, someter la masa celular seca primaria a un secado secundario para obtener una masa celular seca secundaria que tenga un contenido de humedad promedio de menos del 10 %, someter a la masa celular seca secundaria a extraccion con hexano y separar el uno o mas componentes de la solucion de extraccion.

Un objetivo de la presente invention es proporcionar un metodo industrialmente factible para la obtencion rapida y eficaz de lipidos utilizando una cantidad razonable de extractante. El rendimiento se puede potenciar mediante el ajuste del tiempo de extraccion y la cantidad utilizada de extractante. Sin embargo, los aspectos economicos del proceso eventualmente determinaran la eficacia del rendimiento adecuada o deseada.

El objeto de la presente invencion es proporcionar un metodo para la obtencion de lipidos a partir de biomasa microbiana humeda.

Un objeto adicional de la presente invencion es proporcionar un metodo selectivo para la adquisicion de lipidos a partir de biomasa microbiana para producir aceite adecuado para el refinado de la production de combustible como tal, especialmente para el refinado catalitico.

A su vez, un objeto adicional de la presente invencion es proporcionar un metodo eficaz que obtenga lipidos a partir de biomasa microbiana con un alto rendimiento.

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Sumario de la invencion

Los inventores han encontrado que no es necesario secar la biomasa microbiana humeda antes de la extraccion. Aplicar un pretratamiento termico a la biomasa antes de la extraccion con propano liquido proporciona lipidos neutros con alta selectividad y buen rendimiento. El metodo de acuerdo con la presente invencion proporciona asi una capacidad de disolucion muy alta y excelente selectividad dando como resultado un producto de lipidos con buen rendimiento y ninguna o poca necesidad de purificacion posterior a la extraccion. Se producen lipidos y/o aceite de buena calidad que pueden utilizarse para el suministro a procesos de refinado catalitico tales como para la produccion renovable de diesel, biodiesel o lubricante. El producto de lipidos y/o aceite recuperado tiene un contenido de metales y fosforo bajo.

La presente invencion proporciona un metodo para la recuperacion de lipidos a partir de biomasa microbiana como ilustra la reivindicacion 1.

Cuando se extrae biomasa microbiana, normalmente los fosfolipidos tienden a acumularse en la fase oleosa junto con los lipidos neutros. Sorprendentemente, aplicando un pretratamiento termico antes de la extraccion se obtiene aceite de buena calidad que contiene una baja cantidad de fosforo. Asi, el producto extraido obtenido contiene principalmente grasas en forma de trigliceridos. El producto obtenido no contiene lipidos polares, tales como fosfolipidos u otros compuestos polares. Esto reduce significativamente la necesidad de tratamientos de purificacion posteriores de los lipidos obtenidos.

El producto de lipidos obtenido mediante el proceso de acuerdo con la presente invencion esta tambien esencialmente libre de metales. A pesar de que muchos de los microorganismos contienen altas cantidades de diversos metales que normalmente se extraen en forma de sales, el producto de lipidos obtenido mediante el proceso de acuerdo con la invencion esencialmente no contiene metales. Los metales y el fosforo provocan problemas significativos en los procesos cataliticos adicionales, tales como la produccion de combustibles a partir del producto de lipidos y de otra forma se necesitaria etapas de purificacion posteriores exhaustivas.

Ademas, la posibilidad de extraer la biomasa microbiana humeda elimina la necesidad de la etapa adicional de eliminacion de agua antes de la extraccion, ahorrando asi tiempo y costes de procesamiento. La duracion del procesamiento para la extraccion se mantiene corta y la extraccion es eficaz. El agua se puede eliminar de la biomasa microbiana mediante decantacion o filtracion sin, por ejemplo, evaporation.

Una ventaja adicional es que no se necesita ruptura de la celula microbiana, tal como la trituration mecanica o similar, antes del procesamiento de la biomasa. Los lipidos en ella se vuelven disponibles para la extraccion sin ninguna etapa de ruptura particular.

El metodo de acuerdo con la actual invencion proporciona un proceso para la extraccion de lipidos a partir de biomasa microbiana con excelente rendimiento eficaz. Un rendimiento de lipidos suficiente en el aspecto economico se obtiene en un tiempo de extraccion corto utilizando una cantidad bastante baja de extractante, que necesita un aparato de extraccion de volumen pequeno. La parte inicial de la curva de extraccion muestra una fuerte subida, es decir, el valor del primer derivado es mayor de lo que se habria esperado.

Breve descripcion de los dibujos

La Figura 1 muestra una vista esquematica de la configuration del aparato utilizada en los ejemplos 1,2 y 3.

La Figura 2 muestra los rendimientos de extraccion para algas Chlorella con y sin el pretratamiento termico.

La Figura 3 muestra los rendimientos de extraccion para el hongo filamentoso Mortierella isabellina con y sin el pretratamiento termico.

Descripcion detallada de la invencion

El termino “Kpido” se refiere a una sustancia grasa, cuya molecula en general contiene, como una parte, una cadena de hidrocarburo alifatico, que se disuelve en disolventes organicos no polares pero es poco soluble en agua. Los lipidos son un grupo esencial de moleculas grandes en las celulas vivas. Los lipidos comprenden, por ejemplo, grasas, aceites, ceras, esteres de ceras, esteroles, terpenoides, isoprenoides, carotenoides, polihidroxialcanoatos, acidos grasos, alcoholes grasos, esteres de acidos grasos, fosfolipidos, glucolipidos, esfingolipidos y acilgliceroles, tales como monogliceridos (monoacilglicerol), digliceridos (diacilglicerol) o trigliceridos (triacilglicerol).

En la presente invencion los lipidos que se desea recuperar en el producto incluyen grasas, aceites, ceras y acidos grasos y sus derivados.

Por la expresion “biomasa microbiana” se entiende biomasa obtenida de, o que contiene, microorganismos que incluyen bacterias, cianobacterias, hongos tales como levaduras, hongos filamentosos y mohos, arqueas, protozoos,

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plantas microscopicas tales como algas o microalgas, plancton o planarias. La mayoria de los microorganismos son unicelulares, es decir de una celula unica, sin embargo algunos organismos multicelulares son tambien microscopicos. Los microorganismos acumulan lipidos facilmente o se han modificado geneticamente para acumular lipidos o para mejorar la acumulacion de Kpidos.

En una realization preferente de la presente invention la biomasa microbiana que contiene lipidos se selecciona del grupo de bacterias, cianobacterias, hongos tales como levaduras, hongos filamentosos y mohos, arqueas, protozoos, plantas microscopicas tales como algas, microalgas, plancton y planarias, mas preferentemente microalgas, bacterias, hongos tales como levaduras, hongos filamentosos y mohos.

En una realizacion preferente la biomasa microbiana comprende generos de microalgas que comprenden Dunaliella, Chlorella, Botryococcus, Brachiomonas, Chlorococcum, Crypthecodinium, Euglena, Haematococcus, Chlamydomas, Isochrysis, Pleurochrysis, Pavlova, Prototheca, Phaeodactylum, Pseudochlorella, Parachlorella, Bracteococcus, Scenedesmus, Skeletonema, Chaetoceros, Nitzschia, Nannochloropsis, Navicula, Nannochloris, Scihizochytrium, Sceletonema, Thraustochytrium, Ulkenia, Tetraselmis y Synechocystis. Se encontro que el metodo es particularmente eficaz con microalgas seleccionadas del grupo que consiste en Nannochloropsis sp., Dunaliella sp. tal como Dunaliella tertiolecta; Phaeodactylum sp. tal como Phaeodactylum tricornutum y Chlorella sp. tal como Chlorella pyrenoidosa, capaces de incorporar un alto contenido de liquidos.

En otra realizacion preferente la biomasa microbiana comprende especies de hongos filamentosos que pertenecen a los siguientes generos, Aspergillus, Mortierella, Chaetomium, Claviceps, Cladosporidium, Cunninghamella, Emericella, Fusarium, Glomus, Mucor, Paecilomyces, Penicillium, Pythium, Rhizopus, Trichoderma, Zygorhynchus, Humicola, Cladosporium, Malbranchea, Ustilago, en especial las especies capaces de acumular elevadas cantidades de lipidos y acidos grasos esenciales. Preferentemente, la biomasa microbiana comprende Mortierella isabellina, Mucor, Aspergillus o Rhizopus.

En aun otra realizacion preferente la biomasa microbiana comprende levaduras oleaginosas que pertenecen a los siguientes generos, Clavispora, Deparyomyces, Pachysolen, Kluyveromyces, Galactomyces, Hansenula, Saccharomyces, Waltomyces, Endomycopsis, Cryptococcus, tal como Cryptococcus curvatus, Rhodosporidium, tal como Rhodosporidium toruloides, Rhodotorula, tal como Rhodotorula glutinis, Yarrowia, tal como Yarrowia lipolytica, Pichia, tal como Pichia stipitis, Candida tal como Candida curvata, Lipomyces tal como Lipomyces starkeyi y Trichosporon tal como Trichosporon cutaneum o Trichosporon pullulans, que acumulan facilmente lipidos o se han modificado geneticamente para mejorar la acumulacion de lipidos y/o la production de lipidos. Las levaduras mas preferentes comprenden Lipomyces, Rhodosporidium o Cryptococcus.

En aun otra realizacion preferente la biomasa microbiana comprende bacterias que pertenecen a los siguientes generos, Acinetobacter, Actinobacter, Alcanivorax, Aerogenes, Anabaena, Arthrobacter, Bacillus, Clostridium, Dietzia, Gordonia, Escherichia, Flexibacterium, Micrococcus, Mycobacterium, Nocardia, Nostoc, Oscillatoria, Pseudomonas, Rhodococcus, Rhodomicrobium, Rhodopseudomonas, Shewanella, Shigella, Streptomyces y Vibrio. Las bacterias mas preferentes comprenden Rhodococcus opacus, Acinetobacter, Nocardia o Streptomyces.

En el primer aspecto de la presente invencion se proporciona un metodo para la recuperation de lipidos a partir de biomasa microbiana. El metodo se define la revindication 1.

La biomasa a procesar se puede obtener de forma directa a partir de un sistema de cultivo o crecimiento tal como un biorreactor. La biomasa a procesar, preferentemente biomasa de microalgas, se trata mediante metodos posibles generalmente conocidos, tales como filtration, decantation, flotation o sedimentation asistida por floculacion, para eliminar el agua en exceso o la solution de crecimiento acuosa. Preferentemente, la biomasa de algas, mohos o levaduras se filtra o centrifuga antes del procesamiento. Por otro lado, se puede utilizar biomasa procedente de cultivo inmovilizado o similar, suspendiendola en medio acuoso.

Por el termino “humedo” se entiende la biomasa microbiana que se origina a partir de una solucion de cultivo acuosa y de la que se elimina el agua en exceso mediante procesos de elimination de agua que consumen baja energia tales como filtracion, centrifugation o sedimentacion, o similares, y que no se seca de forma especifica. Como alternativa, la biomasa microbiana seca solida se puede suspender en una forma acuosa.

Despues de la eliminacion del agua en exceso de la biomasa tratar mediante el metodo de la presente invencion, el contenido de materia seca de la biomasa esta normalmente por debajo del 70 % en peso. Dependiendo de la biomasa microbiana acuosa a tratar, el contenido de materia seca puede ser menor, tal como el 4 %. Sin embargo, preferentemente el contenido de materia seca es por lo menos del 5 %, mas preferentemente por lo menos del 15 %, muy preferentemente por lo menos del 19 %, tal como por encima del 20 %.

De acuerdo con la presente invencion, la biomasa microbiana humeda proporcionada a un recipiente a presion se pretrata de forma termica antes de extraer los lipidos presentes en ella. Antes de iniciar el pretratamiento termico, el volumen del recipiente a presion se elimina con gas inerte, preferentemente nitrogeno, para evitar o minimizar las posibles reacciones con el gas ambiental. La temperatura de pretratamiento es de 100 °C a 250 °C, preferentemente

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de 150 °C a 250 °C, tal como de 160 °C a 220 °C. La presion dentro del recipiente de pretratamiento cerrado se establecera de acuerdo con la presion de vapor de la biomasa microbiana humeda a tratar.

Preferentemente, durante el pretratamiento termico la mezcla de biomasa microbiana se agita de forma continua para permitir la temperatura uniforme a traves de la mezcla.

La velocidad de aumento de la temperatura desde la temperatura de inicio hasta la temperatura del pretratamiento puede variar dependiendo de fuentes de calor utilizadas y de la biomasa microbiana a tratar. La velocidad de calentamiento adecuada, pero no optimizada, por lo menos para biomasa de algas, levaduras y mohos, es de 1 °C/min a 2 °C/min.

De acuerdo con una realizacion, el tiempo de pretratamiento termico es menor de 180 min, preferentemente menor de 120 min, tal como aproximadamente 100 minutos.

En una realizacion preferente, despues de la etapa de pretratamiento se permite que la biomasa se enfrie, preferentemente hasta una temperatura por debajo de 97 °C, mas preferentemente por debajo de 80 °C, muy preferentemente por debajo de 65 °C tal como hasta la temperatura establecida por la etapa de extraccion posterior, antes de que se inicie la extraccion. El metodo de acuerdo con la invencion pretende incluir el enfriamiento activo por medio de transferencia de energia asi como el enfriamiento pasivo, es decir, dejando la temperatura de la biomasa disminuir lentamente hasta que se alcanza la temperatura ambiente. El termino “enfriamiento" o “enfriado” se pretende que incluya todos los posibles modos de reducir la temperatura de la biomasa microbiana. Si la extraccion se inicia antes del enfriamiento de la biomasa, se puede extraer algo de agua junto con la fase oleosa. La solubilidad de la fase acuosa en el extractante se aumenta cuando la temperatura se aumenta. La cantidad de agua coextraida es muy baja cuando la temperatura se disminuye lo suficiente, tal como hasta por debajo de 65 °C, despues del pretratamiento termico. Incluso, no sera necesario purificar el producto recuperado a partir del agua residual despues de la recuperacion, cuando se tiene como objetivo utilizar el producto en el refinado catalitico de combustible.

Despues del pretratamiento termico la biomasa microbiana se somete a extraccion utilizando un extractante que comprende propano liquido. La biomasa se pone en contacto con el extractante utilizando preferentemente la mezcla, para potenciar el contacto eficaz y uniforme. Los lipidos deseados se extraen y se separan a partir de las celulas de la biomasa microbiana. Preferentemente, el residuo de la biomasa se utiliza para forraje. La extraccion se puede realizar de forma discontinua o continua.

De acuerdo con una realizacion preferente de la presente invencion, la etapa de extraccion se inicia inmediatamente despues de que la biomasa microbiana humeda se ha enfriado hasta una temperatura adecuada para la extraccion, tal como por debajo de 97 °C.

En otra realizacion preferente, la etapa de extraccion se inicia antes de que la temperatura de la biomasa microbiana humeda haya alcanzado la temperatura ambiente, mas preferentemente antes de que la temperatura se reduzca por debajo de 40 °C.

En aun otra realizacion, el pretratamiento termico se consigue inmediatamente mediante la etapa de extraccion en un flujo de proceso continuo.

El extractante de hidrocarburo liquido es principalmente insoluble en agua y comprende propano. Se encontro que el uso del propano es especialmente eficaz y selectivo en combinacion con el pretratamiento termico.

La extraccion se realiza utilizando un extractante liquido, que comprende propano liquido. Esto significa que la presion del recipiente de extraccion necesita ser tal que el extractante utilizado permanezca en forma liquida. Normalmente, la extraccion se realiza por encima de la temperatura ambiente y por ejemplo, si el propano se utiliza a una temperatura de 60 a 95 °C, la presion necesita ser por lo menos de 2,00 y 4,30 MPa (20 y 43 bar), respectivamente. Dado que la extraccion se realiza con un extractante en forma liquida, las temperaturas y las presiones no pueden ser tales que el extractante pudiera estar en el estado supercritico. La temperatura debe ser menor de 97 °C para mantener el propano en estado liquido

La extraccion se realiza de una manera convencional. El rendimiento al que se apunta es un rendimiento eficaz que se determina mediante los aspectos economicos del proceso. La proporcion del propano utilizado con respecto a la biomasa celular tratada deberia estar dentro de los limites razonables. Preferentemente, esta proporcion, de propano con respecto a la masa en peso seco de celulas es menor de 40, lo que establece una restriccion al rendimiento total pero disminuye el consumo, es decir los costes del propano utilizado. La optimizacion de la eficacia total esta dentro de las habilidades de un tecnico en este campo, aplicando los resultados detallados en los ejemplos incluidos.

Despues de extraer los lipidos deseado en el extractante, este lipido que contiene liquido se separa de la biomasa microbiana y forma el producto. El producto que contiene los lipidos se recupera y se utiliza adicionalmente como tal,

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es decir, una mezcla de extractante y Kpidos, o el extractante se puede eliminar de los Kpidos reduciendo la presion, provocando que el extractante se evapore.

En una realizacion, los lipidos recuperados en la mezcla con el extractante se utilizan como tal para los procesos de refinado de aceite, siempre que dicho extractante sea esencialmente propano.

En otra realizacion el extractante gasificado se recicla y se hace circular de nuevo al proceso de extraccion para la reutilizacion.

Una ventaja principal del uso del pretratamiento termico antes de la extraccion es que el rendimiento del lipido extraido se aumenta sustancialmente en comparacion con la extraccion humeda sin el pretratamiento termico. El pretratamiento claramente potencia la transferencia de lipidos de las celulas microbianas a la fase extractante. Ademas, proporcionar una cantidad mayor de extractante en contacto con la masa de celulas microbianas aumenta el rendimiento extraido eliminando el efecto del posible limite de solubilidad. Estas ventajas se ilustran adicionalmente mediante los ejemplos y las figuras.

Ademas, el pretratamiento antes de la extraccion claramente potencia la selectividad de los lipidos extraidos y recuperados. El producto de lipidos asi obtenido contiene solo cantidades muy bajas de metales y de sales metalicas. Las impurezas nocivas tipicas comprenden Al, Cr, Cu, Fe, Ni, Pb, Zn y Mn. Preferentemente, el contenido de metales total es menor de 1,5 ppm, mas preferentemente menor de 1 ppm, indicando que los lipidos no polares se extraen de forma muy selectiva.

El bajo contenido de fosforo en los lipidos recuperados, menor de 10 ppm, preferentemente menor de 5 ppm, que es ya adecuado para los procesos cataliticos de refinado de combustible, mas preferentemente menor de 1 ppm, muy preferentemente menor de 0,5 ppm, sugiere que la cantidad de fosfolipidos coextraidos es muy baja. Los contenidos en fosforo por encima de 15 ppm normalmente necesitan etapas de purificaciones posteriores adicionales, tales como el desgomado antes de los procesos cataliticos de refinado de combustible. Los tratamientos posteriores se facilitan reduciendo la cantidad de fosforo incorporado en el producto.

Tambien se describe un aparato para llevar a cabo el metodo de la invencion. El aparato para su uso en el metodo descrito anteriormente comprende un recipiente a presion con medios de entrada para la introduction de la biomasa microbiana humeda y del hidrocarburo no polar liquido, medios de salida para dicho hidrocarburo provistos de medios de regulation de la contrapresion que estan conectados a un recipiente de recoleccion de extractante para la recuperation de los lipidos extraidos o una mezcla de lipidos con hidrocarburo.

En la figura 1 se ilustra esquematicamente una posible configuration del aparato.

El aparato comprende un recipiente a presion 1 equipado con medios para la agitation, tales como un agitador magnetico. El recipiente a presion tiene medios de entrada y salida de rutina para la introduccion y extraccion continua de biomasa humeda o de residuos de la biomasa, respectivamente. Ademas, el recipiente a presion tiene medios de entrada 2 y de salida 3 para la introduccion de propano liquido y la extraccion de mezcla extractante- lipido, respectivamente. El medio de entrada de hidrocarburo esta provisto con una valvula de presion 4 y el medio de salida esta provisto con un medio de regulacion de la presion 5. Ademas, el medio de salida de hidrocarburo esta conectado con el recipiente de recoleccion 6 de extractante-lipido provisto del medio de salida 7 adicional, para la recirculation o recuperacion de extractante y/o de los lipidos extraidos.

El recipiente a presion es adecuado para soportar temperaturas de por lo menos 300 °C y presiones de por lo menos 15,00 MPa (150 bar). El material del recipiente a presion es resistente a la corrosion, preferentemente de acero inoxidable. Los recipientes de presion preferentemente se tratan para minimizar el crecimiento microbiano sobre la superficie.

La selectividad del metodo de acuerdo con la presente invencion se cree que se origina en la combination ventajosa del pretratamiento termico junto con el uso del propano liquido.

Tambien se describe un metodo para la recuperacion de lipidos y alcanos inferiores, preferentemente propano, o una mezcla de lipidos con alcanos inferiores, preferentemente propano. En este sistema la suspension de biomasa microbiana humeda, que preferentemente comprende levaduras, hongos filamentosos, mohos, algas o bacterias, se introduce de forma continua en un recipiente a presion en agitacion de forma continua. La temperatura y la presion del recipiente se ajustan a valores adecuados para el pretratamiento termico deseado mediante medios de ajuste de rutina. Despues del periodo de pretratamiento termico la temperatura se disminuye hasta la temperatura de extraccion deseada mediante medios de ajuste de rutina. El alcano inferior liquido, preferentemente propano, se bombea dentro del recipiente mediante un tubo del cual la salida se extiende hasta debajo de la superficie de la suspension. Cuando la presion del recipiente alcanza la presion de extraccion deseada, se abre un conducto de salida conectado a la tapa del recipiente. El alcano inferior, preferentemente propano, se bombea preferentemente de forma continua y a contracorriente a traves del recipiente y a traves de la suspension de biomasa microbiana acuosa. El flujo de salida precedente del recipiente se conduce hasta una valvula reguladora de la contrapresion,

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que mantiene la presion del recipiente constante a la presion de extraccion deseada, y libera la presion del flujo hasta una presion menor, por ejemplo, la presion atmosferica. El flujo de salida procedente de la valvula de contrapresion se conduce hasta un recipiente de recoleccion de extractante-lipido en el que de forma opcional los lipidos extraidos se recolectan mientras que el alcano inferior evaporado, preferentemente propano, se separa de forma espontanea de los lipidos obtenidos y se ventila o se recircula. Preferentemente, la mezcla de alcanos inferiores, preferentemente propano, y lipidos, se utiliza como tal para el refinado de combustible, en especial para el refinado catalitico.

En una realizacion adicional, los lipidos recuperados producidos mediante los metodos ilustrados anteriormente se utilizan para la produccion de biodiesel, diesel renovable, combustible de aviacion, gasolina o componentes con base oleosa.

En una realizacion preferente, los lipidos recuperados a partir de la biomasa microbiana humeda con el metodo de acuerdo con la invencion, se utilizan como materia prima para la produccion de biodiesel, diesel renovable, combustible para aviacion, gasolina o componentes con base oleosa, y similares. Por el termino “biodiesel" se entiende el diesel que consiste en esteres alquilicos de acidos grasos, y normalmente se produce mediante transesterificacion. En la transesterificacion, los acilgliceroles se transforman en esteres alquilicos de acidos grasos de cadena larga, tales como esteres metNico, etilico o propilico. Por la expresion “diesel renovable" se entiende combustible que se produce mediante el tratamiento con hidrogeno de lipidos, tales como la hidrodesoxigenacion, la hidrogenacion o el hidroprocesamiento. En el tratamiento de hidrogeno, los acilgliceroles se transforman en los alcanos correspondientes, es decir parafinas. Las parafinas se pueden modificar adicionalmente mediante isomerizacion o mediante otros procesos alternativos. Los procesos de diesel renovable se utilizan de forma opcional para producir combustible para aviacion y/o gasolina. Ademas, se puede realizar la ruptura de lipidos para producir biocombustibles. Ademas, en determinadas aplicaciones los lipidos preferentemente se utilizan como biocombustibles de forma directa sin ningun tratamiento adicional.

Los siguientes ejemplos no limitantes se divulgan simplemente para ilustrar adicionalmente la presente invencion.

Ejemplos

Ejemplo 1

En un recipiente a presion de 200 ml se pesan 90,2 g de suspension acuosa de biomasa microbiana que contiene celulas, obtenida del cultivo de algas Chlorella. La suspension de celulas tiene un contenido de materia seca del 23,8 % (determinado mediante secado a 105 °C en horno). Se hace salir el aire del recipiente con gas nitrogeno. Despues se calienta el recipiente a 165 °C durante 100 minutos e inmediatamente despues se permite que se enfrie hasta aproximadamente 60 °C (etapa 1).

La suspension de celulas se agita de forma continua en el recipiente a presion con un agitador magnetico. El propano liquido se bombea en el recipiente mediante un tubo que se extiende hasta debajo de la superficie de la suspension. Cuando la presion del recipiente alcanza los 6,00 MPa (60 bares) a 60 °C, se abre un conducto de salida conectado a la tapa del recipiente. El propano se bombea de forma continua traves del recipiente y a traves de la suspension de celulas a 4,9 g/minuto (etapa 2). El flujo de salida procedente del vaso se conduce hasta una valvula reguladora de la contrapresion, que mantiene la presion del recipiente constante a 6,00 MPa (60 bares) y libera la presion de flujo hasta la atmosferica. El flujo de salida procedente la valvula de contrapresion se conduce hasta una botella en donde los lipidos extraidos se recolectan mientras que el propano gasificado se separa de forma espontanea de los lipidos recolectados y se ventila.

En la Figura 1 se ilustra de forma esquematica la configuracion experimental.

La velocidad de extraccion se controla pesando la botella de recoleccion de extracto a intervalos adecuados. En la Figura 2 (■) se muestra un ejemplo de una curva de extraccion en terminos de rendimiento de extraccion ( % en peso), calculado a partir de la cantidad de lipidos extraidos recuperada frente al peso seco de la biomasa de algas humeda en funcion del propano utilizado por peso seco de biomasa de algas humeda.

El extracto es claro con una tenue coloracion naranja. Contiene el 92 % de acidos grasos en la forma de trigliceridos. Ejemplo 2

Las especies de celulas microbianas en la suspension acuosa se varian utilizando la configuracion experimental y las condiciones descritas en el ejemplo 1. Las especies, el contenido de materia seca de cada suspension pretratada de forma termica y los rendimientos de extraccion obtenidos muestran en la tabla 1.

5

10

15

20

25

30

Tabla 1

Especies microbianas

Contenido en % de materia % del rendimiento de

seca del microbio

extraccion en materia seca

Algas Nannochloropsis

22,5 2,3

Bacterias Rhodococcus

58,1 74,0

Levadura Lipomyces

20,7 26,0

Hongo filamentoso Mortierella isabellina

19,0 18,0

La curva similar en comparacion con la de la Figura 2 (■) obtenida ahora del hongo filamentoso Mortierella isabellina extraido con el pretratamiento termico y un experimento de extraccion comparativo sin el pretratamiento termico se muestran en la Figura 3 (▲) y (•), respectivamente. Los rendimientos globales de las distintas especies microbianas no son comparables. Diversas especies microbianas contienen diversas cantidades de Kpidos extrafoles.

Ejemplo 3

La biomasa microbiana, las temperaturas y tiempos del pretratamiento termico se varian en comparacion con los valores utilizados en el ejemplo 1, pero los experimentos se realizan con la misma configuracion experimental de la figura 1.

La suspension de bacterias Rhodococcus al 24,4 % de contenido de materia seca se calienta hasta 220 °C durante un tiempo de 80 minutos. La temperatura se mantiene a 220 °C durante 40 minutos y despues se enfria. La suspension obtenida se extrae despues como se describe en el ejemplo 1. El rendimiento de extraccion de Rhodococcus pretratadas de forma termica es del 60 % de la materia seca de la suspension de celulas original.

En un experimento comparativo la suspension de bacterias Rhodococcus respectiva se extrae sin utilizar ningun pretratamiento termico (vease el ejemplo comparativo 1). El rendimiento de extraccion obtenido en este caso es solo del 10 %.

Ejemplo 4

La suspension de Chlorella se pretrata de forma termica y despues se extrae con propano de acuerdo con la configuracion experimental del ejemplo 1.

El producto de aceite obtenido se analiza de acuerdo con el metodo segun la norma ASTM D5188 y se obtienen los siguientes resultados:

Componente

Concentracion en aceite

mg / kg

Al

< 0,1

Cr

< 0,1

Cu

0,3

Fe

< 0,1

Na

< 0,5

Ni

< 0,1

Pb

< 0,4

Si

21,9

V

< 0,1

Ba

< 0,1

Ca

0,2

Mg

< 0,1

P

< 0,5

Zn

< 0,1

Mn

< 0,1

El signo “<” indica que la concentracion fue menor que el limite de deteccion para el componente especifico.

5

10

15

20

25

30

Ejemplo comparativo 1

En un recipiente a presion de 200 ml se pesan 90,1 g de suspension de biomasa microbiana acuosa obtenida del cultivo de algas Chlorella, de forma similar al ejemplo 1.

La suspension tiene un contenido de materia seca del 22,0 % (105 °C, horno). El recipiente se aclara con gas nitrogeno y se calienta a 60 °C con agitacion continua de la suspension de celulas, con un agitador magnetico.

Se bombea el propano liquido dentro del recipiente mediante un tubo que se extiende hasta debajo de la superficie de la suspension. Cuando la presion del recipiente alcanza los 6,00 MPa (60 bares) a 60 °C, se abre un conducto de salida conectado a la tapa del recipiente. El propano se bombea de forma continua a traves del recipiente y a traves de la suspension de celulas a una velocidad de 5,7 g/minuto.

La velocidad de extraccion se controla pensando la botella de recoleccion de extracto a intervalos adecuados. La curva de extraccion obtenida se muestra en la Figura 2 (▲).

Ejemplo comparativo 2

La suspension de algas Nannochloropsis cultivas se diluye con agua hasta el 10 % en contenido de materia seca. Despues, se bombea la suspension a traves de dos unidades de microfluidizador para romper las celulas microbianas. En la primera unidad del diametro del canal es de 200 micrometros y en la segunda es de 100 micrometros. La suspension se bombea a traves de la unidad de microfluidizador a una presion conductora de 120,00 MPa (1200 bares) y la suspension se hace circular a traves de las unidades durante 10 minutos.

La microscopia muestra que las celulas de Nannochloropsis se rompen de forma completa hasta fragmentos en el intervalo de micrometros.

La suspension de celulas rotas se extrae despues con propano, como se describe en el ejemplo comparativo 1. El rendimiento de extraccion obtenido es solo del 0,53 % de la materia seca de la biomasa original, el cual es mucho menor que el rendimiento discutido en el ejemplo 1 utilizando el pretratamiento termico antes de la extraccion.

El resultado de esta prueba demuestra que el rendimiento potenciado debido al pretratamiento termico no es consecuencia de la ruptura de las celulas de la biomasa.

Claims (9)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   REIVINDICACIONES

   1. Un metodo para la recuperacion de Kpidos a partir de biomasa microbiana que comprende las etapas de

   (i) proporcionar biomasa microbiana humeda para el pretratramiento termico en un recipiente a presion a una temperatura de 100 °C a 250 °C, y

   (ii) someter dicha biomasa microbiana pretratada de forma termica a extraccion utilizando un extractante que comprende propano liquido, y

   (iii) posteriormente, recuperar un producto que contiene lipidos.
2. 2. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el contenido de materia seca de la biomasa humeda es menor del 70 % en peso y por lo menos el 5 %, preferentemente por lo menos el 15 %, mas preferentemente por lo menos el 19 %, tal como mas del 20 %.
3. 3. El metodo de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en el que dicha biomasa microbiana humeda se selecciona del grupo de bacterias, cianobacterias, hongos preferentemente levaduras, hongos filamentosos y mohos, arqueas, protozoos, plantas microscopicas tales como algas, microalgas, plancton y planarias, mas preferentemente microalgas, bacterias, hongos preferentemente levaduras, hongos filamentosos y mohos.
4. 4. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que la temperatura de dicho pretratamiento termico es de 150 °C a 250 °C, muy preferentemente de 160 °C a 220 °C.
5. 5. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que dicha biomasa pretratada de forma termica se enfria o se deja enfriar antes de la extraccion.
6. 6. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 5, en el que dicho enfriamiento se realiza en una temperatura por debajo de 97 °C, preferentemente por debajo de 80 °C, mas preferentemente por debajo de 65 °C, muy preferentemente de 40 °C a 65 °C.
7. 7. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que dichos lipidos recuperados se separan de dicho extractante reduciendo la presion para evaporar el extractante.
8. 8. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que dichos lipidos recuperados mezclados con el extractante se utilizan como tal para procesos de refinado de aceite.
9. 9. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 7, en el que dicho extractante se hace circular de nuevo a la etapa de extraccion (ii).