ES2619631T3 - Procedimiento en tres pasos para la síntesis enzimática de ésteres de ácidos grasos - Google Patents

Procedimiento en tres pasos para la síntesis enzimática de ésteres de ácidos grasos Download PDF

Info

Publication number
ES2619631T3
ES2619631T3 ES13770914.3T ES13770914T ES2619631T3 ES 2619631 T3 ES2619631 T3 ES 2619631T3 ES 13770914 T ES13770914 T ES 13770914T ES 2619631 T3 ES2619631 T3 ES 2619631T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
reaction
temperature
acid
fatty acids
carbon atoms
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES13770914.3T
Other languages
English (en)
Inventor
Peter Kempers
Ulrich SCHÖRKEN
Rolf Kawa
Jörg SCHWARZER
Thomas Wolf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
Application granted granted Critical
Publication of ES2619631T3 publication Critical patent/ES2619631T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/64—Fats; Fatty oils; Ester-type waxes; Higher fatty acids, i.e. having at least seven carbon atoms in an unbroken chain bound to a carboxyl group; Oxidised oils or fats
    • C12P7/6436—Fatty acid esters

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)

Abstract

Procedimiento para la preparación de ésteres de alcoholes grasos y ácidos grasos, que comprende las etapas: -reacción de alcoholes grasos de la fórmula R1-OH, en la que R1 es un grupo hidrocarburo alifático lineal o ramificado con 6 a 22 átomos de carbono, y ácidos grasos de la fórmula R2-COOH, en la que R2 es un grupo hidrocarburo alifático lineal o ramificado con 6 a 22 átomos de carbono, en presencia de lipasa a una temperatura en el intervalo de 30 a 50 °C, hasta que se alcanza el equilibrio de reacción; - eliminación del agua formada en la reacción y - completar la reacción bajo vacío a una temperatura de 50 a 80 °C.

Description

5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
DESCRIPCION
Procedimiento en tres pasos para la slntesis enzimatica de esteres de acidos grasos
La presente invencion comprende un procedimiento para la produccion de esteres de alcoholes grasos y acidos grasos, en el cual la parte predominante del agua que surge durante la slntesis es transportada en forma llquida.
La slntesis enzimatica de esteres de alcoholes grasos y acidos grasos es conocida. La slntesis enzimatica es un procedimiento amigable con el medio ambiente, en el que la slntesis ocurre bajo completa evaporacion del agua de reaccion formada.
La aplicacion industrial de lipasas para la preparacion de esteres de acidos grasos habla sido descrita por ejemplo por Geoffrey Hills en Eur. J. Lipid Sci. Technol. 105, 2003, paginas 601-607. Los esteres de acidos grasos preparados, en particular miristilmiristato, son preparados en un procedimiento de lecho solido, en el que los reactivos son bombeados varias veces a traves de la columna, y el agua de reaccion surgida es evaporada bajo vaclo.
El documento US 4 826 767 A (HANSEN, T.T., 2 de mayo de 1989) manifiesta un procedimiento para la preparacion de esteres de alcoholes grasos y acidos grasos, que comprende la etapa:
i) Reaccion de alcoholes grasos de la formula R1-OH, en la que R1 es un grupo hidrocarburo alifatico lineal o ramificado con 6 a 22 atomos de carbono, y acidos grasos de la formula R2-COOH, en la que R2 es un grupo hidrocarburo alifatico lineal o ramificado con 6 a 22 atomos de carbono, en presencia de lipasa, bajo vaclo a una temperatura de 60 a 80 °C.
El documento WO 2007/017167 A2 (COGNIS IP MANAGEMENT GMBH, 15 de febrero de 2007) manifiesta un procedimiento para la preparacion de esteres de alcoholes y acidos grasos, que comprende las etapas:
i) Reaccion de alcoholes de la formula R1-OH, en la que R1 es un grupo hidrocarburo alifatico lineal o ramificado con 1 a 4 atomos de carbono, y acidos grasos de la formula R -COOH, en la que R es un grupo hidrocarburo alifatico lineal o ramificado con 6 a 22 atomos de carbono, en presencia de lipasa a una temperatura en el intervalo de 20 a 70 °C, hasta que se alcanza el equilibrio de reaccion,
ii) eliminacion del agua formada en la reaccion y del alcohol que no reacciono,
iii) nueva adicion de alcohol y
iv) completar la reaccion en presencia de un catalizador qulmico, bajo vaclo a una temperatura de 150 a 250 °C.
Los esteres de acidos grasos son usados en medida creciente en productos cosmeticos para el cuidado de la piel, como llpidos o bien emolientes. Para satisfacer los elevados requerimientos del mercado respecto a las propiedades sensoriales y optima compatibilidad dermatologica, se desarrollan y prueban continuamente nuevos llpidos y mezclas de llpidos. A ellos pertenecen tambien tecnologlas innovadoras para la preparacion de estos esteres de acidos grasos.
Como ya se explico, en la slntesis de esteres de alcoholes grasos y acidos grasos surge agua, la cual tiene que ser retirada, para desplazar el equilibrio de reaccion en direccion de la slntesis completa. En la preparacion de esteres de acidos grasos catalizada por enzimas tiene que trabajarse a temperaturas relativamente bajas, para mantener la optima estabilidad del enzima. A consecuencia de ello se requiere un vaclo muy fuerte, para evaporar el agua. Esta evaporacion es muy intensiva en energla.
Se ha mostrado ademas, que surgen problemas cuando se aumenta la escala en reactores de lote. En reactores tlpicos de produccion con 10-100 m3 la evaporacion del agua ocurre por la disminucion de la presion, condicionada por la altura de llenado, solo en las capas superiores. Se ha mostrado que la reaccion es muy rapida hasta un rendimiento de 80-90% y transcurre tlpicamente en menos de cinco horas. Sin embargo, eso tiene como consecuencia que la cantidad que se forma de agua en un reactor de produccion durante este tiempo, no puede ser eliminada tecnicamente o lo es solo con un costo muy grande en equipos. Ademas, debido a la baja temperatura interior en el reactor el suministro de energla necesario que se requiere para la evaporacion del agua de reaccion, es recuperada solo diflcilmente en el sistema.
Otro problema que se debe ver es que el catalizador enzimatico a elevadas temperaturas es solo muy poco estable o bien pierde actividad. Se sabe que las enzimas son muy sensibles a la temperatura. Con ello, la slntesis de esteres no puede tener lugar a temperaturas mayores a 60-80°C. Se ha comprobado en particular que la estabilidad en el largo plazo de las enzimas en presencia de alcoholes grasos de cadena corta y acidos grasos de cadena corta (C8/C10) ya a bajas temperaturas, aproximadamente desde 40°C, desciende de forma que de modo optimo la reaccion deberla ser realizada a temperaturas de 40°C.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Partiendo de estos problemas o bien desventajas de la slntesis enzimatica del estado de la tecnica para los esteres, se ve el objetivo de la presente invencion como la generacion una tecnologla con la cual sea posible preparar esteres de alcoholes grasos y acidos grasos, en la que se garantice un bajo consumo de energla total, no tenga lugar ningun problema en el aumento de la escala en reactores de lote grande y se garantice una estabilidad mejorada de la enzima.
Este objetivo ha sido logrado de acuerdo con el procedimiento de la reivindicacion 1.
La presente invencion se refiere a un procedimiento para la preparacion de esteres de alcoholes grasos y acidos grasos, que comprende las etapas:
Reaccion de alcoholes grasos de la formula R1-OH, en la que R1 es un hidrocarburo alifatico lineal o ramificado con 6 a 22 atomos de carbono, y acidos grasos de la formula R -COOH, en la que R es un grupo hidrocarburo alifatico lineal o ramificado con 6 a 22 atomos de carbono, en presencia de lipasa a una temperatura en el intervalo de 30 a 50 °C, hasta que se alcanza el equilibrio de reaccion;
eliminacion del agua formada en la reaccion y
completar la reaccion bajo vaclo a una temperatura de 50 a 80 °C.
Las reivindicaciones a continuacion definen formas preferidas de realizacion del procedimiento de acuerdo con la invencion.
El procedimiento de acuerdo con la invencion para la preparacion de esteres de alcoholes grasos y acidos grasos representa una solucion eficaz para los problemas o bien desventajas, que se han materializado en los correspondientes procedimientos del estado de la tecnica. El presente procedimiento es un proceso enzimatico de tres pasos, en el cual primero sin vaclo a una baja temperatura se realiza la slntesis hasta el equilibrio de reaccion. En una segunda etapa se retira el agua de reaccion. En el siguiente, tercer paso de reaccion se sintetiza el ester de acido graso a temperatura mas alta que en el paso 1 bajo vaclo, hasta alcanzar rendimiento total.
La figura 1 muestra el cromatograma de GC de un ester preparado de acuerdo con la invencion segun purificacion por destilacion.
En una forma preferida de realizacion del procedimiento de acuerdo con la invencion, se realiza la slntesis en una atmosfera de gas de arrastre, para completar la reaccion, es decir por consiguiente para alcanzar rendimiento completo. Como gases de arrastre pueden usarse todos los gases de arrastre corrientes. Son ejemplos de gases de arrastre adecuados nitrogeno, aire, dioxido de carbono y argon, en los que se usa preferiblemente nitrogeno como gas de arrastre.
Una caracterlstica esencial del procedimiento de acuerdo con la invencion consiste en que en la primera etapa se trabaja primero sin vaclo, hasta alcanzar el equilibrio de reaccion. Justo despues de eliminar el agua formada en la reaccion, por ejemplo mediante decantacion, de acuerdo con la invencion se inicia nuevamente la reaccion, en la que se aplica nuevamente un vaclo. Para completar as! la reaccion se aplica una presion 100 a 10.000 Pa. En una forma preferida de realizacion del procedimiento de acuerdo con la invencion, para completar la reaccion se aplica una presion de 1.500 a 4.500 Pa.
La reaccion, que es realizada al principio sin vaclo, es ejecutada a temperaturas relativamente bajas. Preferiblemente se elige un intervalo de temperatura de 35 a 45°C.
Idealmente, para completar la reaccion se aplica un intervalo de temperatura mayor, de 55 a 65° C.
El procedimiento de acuerdo con la invencion ocurre en presencia de una lipasa. Una lipasa preferida es la Lipasa B, preferiblemente de Candida antarctica. La lipasa es usada preferiblemente en forma inmovilizada. Un procedimiento preferido para la inmovilizacion es por ejemplo la adsorcion sobre un material soporte. Son ejemplos de materiales de soporte Accurel MP 1000 y Lewatit VPOC 1600. En la practica, ha probado ser ventajoso cuando en la slntesis, la lipasa inmovilizada es usada en una cantidad de 0,5 a 5,0 % en peso. Una ventaja particular del catalizador enzimatico inmovilizado sobre un soporte consiste en que durante la eliminacion del agua formada en la reaccion, este es retenido sin mas en una criba o filtro.
El procedimiento de acuerdo con la invencion puede ser ejecutado por ejemplo como sigue:
En la primera etapa de la slntesis enzimatica, se mueve mecanicamente en el reactor de lote, por ejemplo se agita hasta que se alcanza el equilibrio de reaccion. En esta etapa se alcanza un rendimiento de por lo menos 80% de producto de ester.
En la etapa intermedia de la eliminacion del agua formada en la reaccion se detiene el movimiento mecanico de la
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
carga, despues de lo cual se deja decantar el agua preferiblemente por 0,5 a 2 horas. Idealmente se descarga el agua por un escape de piso, en el que se retiene la lipasa inmovilizada, por ejemplo mediante una criba en el reactor o unidad de filtro.
La ultima etapa en la que se completa la reaccion bajo vaclo, es ejecutada en el mismo reactor de lote hasta un rendimiento de por lo menos 95 %, preferiblemente mayor a 95 % de rendimiento del producto de ester. Idealmente, la lipasa del primer paso puede ser usada nuevamente, de modo que visto desde el punto de vista economico, la lipasa inmovilizada puede ser usada nuevamente en la slntesis total.
Los productos de partida empleados en la slntesis de esteres, alcoholes grasos y acidos grasos pueden ser alcoholes grasos o acidos grasos tecnicos. Sin embargo, se prefieren alcoholes grasos y acidos grasos, que son obtenidos a partir de materias primas renovables.
Se entienden por alcoholes grasos los alcoholes alifaticos primarios de la formula,
R1-OH
en la cual R1 representa un radical hidrocarburo alifatico, lineal o ramificado con 6 a 22 atomos de carbono. Se incluyen as! mismo radicales hidrocarburo insaturados con por lo menos un doble enlace. Son ejemplos tlpicos capronalcohol, caprilalcohol, 2-etilhexilalcohol, caprinalcohol, laurilalcohol, isotridecilalcohol, miristilalcohol, cetilalcohol, palmoleilalcohol, estearilalcohol, isoestearilalcohol, oleilalcohol, elaidilalcohol, petroselinilalcohol, linoleilalcohol, linolenilalcohol, elaeostearilalcohol, araquilalcohol, gadoleil-alcohol, behenilalcohol, erucilalcohol y brasidilalcohol as! como sus mezclas. Se prefieren alcoholes grasos con 8 a 18 atomos de carbono.
Se entienden por acidos grasos los acidos carboxllicos alifaticos de la formula,
R2COOH
en la cual R2 representa un radical hidrocarburo alifatico, lineal o ramificado con 6 a 22 atomos de carbono. Se incluyen as! mismo radicales hidrocarburo insaturados con por lo menos un doble enlace. Son ejemplos tlpicos acido capronico, acido caprllico, acido 2-etilhexanoico, acido caprico, acido laurico, acido isotridecanoico, acido mirlstico, acido palmltico, acido palmoleico, acido estearico, acido isoestearico, acido oleico, acido elaldico, acido petroselico, acido linoleico, acido linolenico, acido elaeoestearico, acido araqulnico, acido gadoleico, acido behenico y acido erucico as! como sus mezclas. Se prefieren acidos grasos tecnicos con 8 a 18 atomos de carbono.
El procedimiento de acuerdo con la invencion para la preparacion de los esteres ocurre preferiblemente en el procedimiento de un recipiente. Un reactor preferido aqul es el reactor de lote o un reactor de lote con bucle de lecho solido.
Para el procesamiento de los esteres de acidos grasos preparados de acuerdo con la invencion pueden ejecutarse otras etapas de purificacion y conservacion. A ellos pertenecen por ejemplo una destilacion preliminar para la eliminacion de los reactivos que no reaccionaron. De este modo puede ocurrir tambien una destilacion de producto para el mejoramiento del color. Se ha comprobado que puede ejecutarse tambien una desodorizacion para optimizar el olor de manera exitosa. Asl, puede ser dado el caso deseable la adicion de antioxidantes (como por ejemplo tocoferol) para la estabilizacion del producto.
El procedimiento de acuerdo con la invencion tiene muchas ventajas respecto a los procedimientos conocidos para la preparacion de los esteres de acidos grasos. Un progreso esencial consiste en que se obtiene un consumo total de energla extraordinariamente bajo puesto que se evapora menos agua, en contraposicion al procedimiento del estado en la tecnica, en el cual se ejecuta la totalidad de la reaccion bajo vaclo. En la etapa intermedia del segundo paso, es decir en la eliminacion del agua, puede separarse esta de manera ventajosa mediante un escape de piso, puesto que el agua se separa muy rapidamente de los esteres hidrofobos. En reactores de lote grandes se alcanzan mediante este procedimiento tiempos de reaccion mas cortos, comparados con la evaporacion completa del agua de reaccion. El rendimiento en el equilibrio de la reaccion es practicamente independiente del tamano de lote, influye en el principalmente la mezcla.
Otra ventaja que se ve es que se alcanza una estabilidad de enzima extraordinariamente mejorada. El fundamento de ello es que en la primera etapa del procedimiento se trabaja a temperatura claramente menor que en el tercer paso. Ademas, en el tercer paso, la concentracion de los componentes que generan inactivacion, como por ejemplo sustancias de partida, es claramente menor.
Finalmente, se obtiene un rendimiento mucho mayor. Esto es atribuido a que se trabaja a temperatura mas elevada en la tercera etapa. Con ello, es posible un rendimiento superior a 99 % de producto. El uso adicional de un gas de arrastre causa ademas la elevacion del rendimiento final.
5
10
15
20
25
30
35
Los siguientes ejemplos sirven para la ilustracion del procedimiento de acuerdo con la invencion.
Ejemplos
Ejemplo 1: estabilidad de largo plazo de la enzima en el procedimiento de 3 pasos (escala de laboratorio)
Se agitaron a temperatura ambiente durante la noche Lewatit VPOC 1600 (Lanxess) y lipasa B comercialmente disponible de Candida antarctica (Lipozym CalB L de Novozymes) en relacion de cantidad 1:1, en 20 veces la cantidad de agua. Se separo por filtracion la enzima inmovilizada y se uso directamente para la slntesis.
En un reactor de 1 litro con agitador de aletas se hicieron reaccionar 650 g de una mezcla equimolar de octanol y acido graso (mezcla tecnica de acido octanoico y acido decanoico) con 2 % en peso de producto inmovilizado de enzima. Se agito la mezcla por 4 h a 45 °C bajo presion normal. Despues de 4 h se detuvo el agitador y se tomo una muestra para la determinacion del numero acido. Despues de 30 min se retiro la fase acuosa del reactor y se inicio nuevamente la reaccion. Se aumento la temperatura a 60 °C, se aplico un vaclo de 20 mbar con bomba de aceite y se aplico gas nitrogeno a la mezcla de reaccion. Se agito la carga por otras 18 h a condiciones constantes. Despues de ese tiempo de reaccion se retiro la carga de reaccion, se determino el rendimiento mediante medicion del numero acido y con la misma enzima se inicio una nueva carga bajo las mismas condiciones. En total se realizaron 10 cargas con la misma enzima. El numero acido de la mezcla alcohol graso/acido graso estuvo en 210.
Carga
Numero acido 4 h Rendimiento 4 h Numero acido 22 h Rendimiento 22 h
1
26,8 87,20% 0,7 99,70%
2
25,9 87,70% 0,6 99,70%
3
25,8 87,70% 3 98,60%
4
25,8 87,70% 0,7 99,70%
5
26,5 87,40% 4,8 97,70%
6
26,9 87,20% 0,9 99,60%
7
26,3 87,50% 5,1 97,60%
8
28,3 86,50% 2 99%
9
25,9 87,70% 1,6 99,20%
10
26,7 87,3, % 1,8 99,10%
Despues de un tiempo de reaccion de 4 h la reaccion alcanzo en 10 ciclos aproximadamente el estado de equilibrio de escasamente por debajo de 90 % del rendimiento. Despues de un tiempo de reaccion total de 22 h, mediante eliminacion del agua bajo vaclo se alcanzo en todas las 10 cargas un rendimiento > 97 %. En 10 cargas no se observo ningun descenso significativo de la actividad enzimatica.
3
Ejemplo 2: Sintesis segun el procedimiento de 3 pasos en un reactor de 10 m
El reactor de 10 m3 fue equipado con un agitador de aletas, una camisa doble de calentamiento, una alimentacion de gas nitrogeno en el piso del reactor y una instalacion de vaclo-radiador. Adicionalmente, en el escape de piso, se instalaron cribas de division para la retencion del catalizador. En el mismo reactor se realizo la inmovilizacion de la enzima y la reaccion.
Se colocaron en el reactor previamente 140 kg de Accurel MP 1000 y 1500 kg de etanol y se agito por 0,5 h, despues de lo cual se retiro el etanol mediante el escape de piso. Se anadieron al reactor 3000 kg de agua y bajo agitacion se agregaron 150 kg de Lipozym CalB L. Se realizo la inmovilizacion por 16 h a 25 °C. Se retiro del reactor la solucion acuosa y se lavo con agua una vez la enzima inmovilizada retenida.
Se anadieron al reactor a la totalidad de la enzima inmovilizada 6550 kg de una mezcla de octanol y acido graso (mezcla tecnica de acido octanoico y acido decanoico). Se agito la mezcla por 4 h a 45 °C bajo presion normal. Despues de 4 h se detuvo el agitador y se tomo una muestra para la determinacion del numero acido. Despues de 30 min se retiro la fase acuosa del reactor (aproximadamente 350 kg) y se inicio nuevamente la reaccion. Se aumento la temperatura a 60 °C, se aplico una llnea de vaclo de aproximadamente 30 mbar y se aplico gas nitrogeno a la mezcla de reaccion. Se incubo la carga por otras 12 h con agitacion. Despues de ese tiempo de reaccion se retiro la carga de reaccion a traves de la criba de division, y se filtro finamente en un filtro de saco. En total se realizaron 9 cargas con la misma enzima sin establecerse una perdida significativa de actividad enzima.
Despues de un tiempo de reaccion de 4 h todas las cargas exhiblan un numero acido de 25 - 30, lo cual
5
10
15
20
25
30
35
40
corresponde a un rendimiento de > 85 %. Despues de terminada la reaccion todas las cargas tenlan un numero acido de < 2, lo cual corresponde a un rendimiento de por lo menos 99 %, referido al acido graso. El producto de reaccion era claro y aproximadamente incoloro. En total se fabricaron aproximadamente 52.000 kg de producto con un rendimiento del mas de 98 %.
Ejemplo 3: calidad de producto del ester fabricado segun el procedimiento de acuerdo con la invencion
Al producto del Ejemplo 2 se realizo nuevamente desodorizacion y purificacion mediante destilacion. Para ello se condujo el producto a traves de una destilacion de produccion consistente en tres columnas conectadas sucesivamente. Se dosifico el producto con una rata de flujo de 2000 kg/h y en la primera columna se tomo una parte consistente en reactivos que no reaccionaron, con una rata de 90 kg/h. En la segunda columna se destilo en la cabeza el ester para el mejoramiento del color y en la tercera columna se realizo la desodorizacion del ester a 120°C con 10 % de vapor, para el mejoramiento del olor.
El producto as! obtenido (mezcla de octiloctanoato y octildecanoato) tenia un numero de saponificacion de 210, un numero acido < 0,1, un numero de hidroxilo < 0,1 y un numero de peroxido < 0,1. El numero de color segun Hazen estuvo en 10 y el punto de turbidez estuvo en - 12°C. El contenido de esteres segun analisis por GC estuvo en 99,4 % (Fig. 1). De esta figura se reconocen los dos picos principales de octiloctanoato (tr ~ 6 min) y octildecanoato (tr ~7 min).
Ejemplo 4: dependencia de la estabilidad del enzima frente a la temperatura
Se agitaron a temperatura ambiente durante la noche Lewatit VPOC 1600 (Lanxess) y lipasa B comercialmente disponible de Candida antarctica (Lipozym CalB L de Novozymes) en relacion de cantidad 1:1, en 20 veces la cantidad de agua. Se separo por filtracion la enzima inmovilizada y se uso directamente para la slntesis.
En matraces que podlan cerrarse se hicieron reaccionar en cada caso 50 g de una mezcla equimolar de octanol y acido graso (mezcla tecnica de acido octanoico y acido decanoico) con 2 % en peso de producto inmovilizado de enzima (1 g). Se sacudieron las mezclas por 22 h a 30°C, 45°C y paralelamente a 60°C. Despues de ese tiempo de reaccion se separo por filtracion la carga y se determino el rendimiento mediante medicion de numero acido. En total se realizaron 9 cargas con la misma enzima a las 3 temperaturas. El numero acido inicial de la mezcla alcohol graso / acidos grasos estuvo en 210.
Carga
Numero acido Rendimiento Numero acido Rendimiento Numero acido Rendimiento
O 0 O CO O 0 O CO O 0 LO O 0 LO O 0 O CD O 0 O CD
1
30,9 85,3 % 32,8 84,4 % 35,3 83,2 %
2
26 87,6 % 40,8 80,6 % 34,7 83,5 %
3
24,3 88,4 % 32,6 84,5 % 36,2 82,8 %
4
26,4 87,4 % 29,4 86% 36,4 82,7 %
5
26,8 87,2% 29,7 85,9 % 91,3 56,5 %
6
31,2 85,1 % 31,2 85,1 % 155,2 26,1 %
7
25,9 87,7 % 30,5 85,5 % 151,8 27,7 %
8
26,9 87,2 % 29,7 85,9 % 147,6 29,7 %
9
30,8 85,3 % 29,2 86,1 % 173,5 17,4 %
En las reacciones a 30 °C y 45 °C no se observa despues de 22 h de tiempo de reaccion en las 9 cargas ningun descenso significativo de la actividad enzimatica. A 60 °C se observa desde la 5a carga un claro descenso en la actividad, despues de 9 cargas se alcanza menos de 25 % del rendimiento inicial.
Ejemplo 5: Dependencia de la estabilidad del enzima frente a la temperatura
Se incubo Accurel MP 1000 (membrana) por 1 h en un exceso de 10 veces de etanol y despues se separo por filtracion. Se agitaron a temperatura ambiente durante la noche el Accurel MP 1000 humedo con etanol y lipasa B comercialmente disponible de Candida antarctica (Lipozym CalB L de Novozymes) en relacion de cantidad 1:1, en 20 veces la cantidad de agua. Se separo por filtracion la enzima inmovilizada y se uso directamente para la slntesis. En matraces que podlan cerrarse se hicieron reaccionar en cada caso 50 g de una mezcla equimolar de octanol y acido graso (mezcla tecnica de acido octanoico y acido decanoico) con 2 % en peso de producto inmovilizado de enzima (1 g). Se sacudieron las mezclas por 22 h a 30°C, 45°C y paralelamente a 60°C. Despues de ese tiempo de reaccion se separo por filtracion la carga y se determino el rendimiento mediante medicion de numero acido. En total se realizaron 9 cargas con la misma enzima a las 3 temperaturas. El numero acido inicial de la mezcla alcohol
5
10
15
20
25
graso / acidos grasos estuvo en 210.
Carga
Numero acido Rendimiento Numero acido Rendimiento Numero acido Rendimiento
O 0 O CO O 0 O CO O 0 lO O 0 LO O 0 O CD O 0 O CD
1
27,2 87% 33 84,3 % 36,3 82,7 %
2
25,8 87,8 % 30,7 85,4 % 38,2 81,8 %
3
28,1 86,6 % 32 84,8 % 35 83,3 %
4
33 84,3 % 30,6 85,4 % 34,2 83,7 %
5
25 88,1 % 30,6 85,4 % 47,5 77,4 %
6
24,4 88,4 % 30,8 85,3 % 95,6 54,5 %
7
26,3 87,5 % 30 85,7 % 135,9 35,3 %
8
26,3 87,5 % 30,3 85,6% 143,6 31,6%
9
26,7 87,3 % 30,2 85,6 % 149,4 28,9 %
En las reacciones a 30 °C y 45 °C no se observa despues de 22 h de tiempo de reaccion en las 9 cargas ningun descenso significativo de la actividad enzimatica. A 60 °C se observa desde la 5a carga un ligero descenso y desde la 6a carga un claro descenso en la actividad despues de 9 cargas se alcanza aun solo aproximadamente 35 % del rendimiento inicial.
Se realizo otra carga a 60 °C y un vaclo de 20 mbar en un reactor de doble camisa. Por carga se usaron 800 g de la mezcla de reactivos descrita anteriormente y 2 % de producto inmovilizado de lipasa B de Candida antarctica sobre el Accurel MP 1000. En total se realizaron 8 cargas bajo agitacion continua y aplicacion de gas nitrogeno. Se tomaron en cada caso muestras despues de 3 h y 22 h. No se observo una acumulacion de agua.
Carga
Numero acido 3 h Rendimiento 3 Numero acido 22 h Rendimiento
1
8,9 95,8 % 3,1 98,5 %
2
8,5 95,9 % 5,1 97,6 %
3
9,9 95,3 % 0,4 99,8 %
4
25,0 88,1 % 0,4 99,8 %
5
16,6 92,1 % 0,6 99,7 %
6
91,9 56,2 % 5,2 97,5 %
7
169,6 19,2 % 40,5 80,7 %
8
170,2 19% 66,3 68,4 %
Tambien bajo condiciones de vaclo y eliminacion continua del agua ocurrio a la temperatura de reaccion de 60 °C una rapida desactivacion del catalizador. Ya despues de 4 ciclos, se percibe en la toma de muestras despues de 3 h un retardo en la velocidad de reaccion, despues de 6 - 7 ciclos despues de 22 h tampoco se alcanza rendimiento total.
Los Ejemplos 1, 4 y 5 fueron ejecutados con cantidades comparables de enzima y con la misma mezcla de reactivos. En la forma de operar de 3 pasos de la slntesis de ester (Ejemplo 1) con una reaccion en equilibrio a 45 °C y otra reaccion bajo vaclo a 60 °C, despues de 10 ciclos de reaccion no se percibe descenso significativo. Contra ello, la reaccion directa a 60 °C tanto con el soporte Lewatit VPOC 1600 (Ejemplo 4) como Accurel MP 1000 (Ejemplo 5) ya despues de 5 ciclos condujo a una reduccion significativa de la actividad enzimatica.
De la comparacion se muestra que en particular los reactivos usados en los ejemplos ejercen una influencia de desactivacion sobre la enzima. El octanol tiene un fuerte caracter disolvente y acido octanoico as! como acido decanoico son aun acidos muy fuertes. Al respecto, la desactivacion de la enzima es fuertemente dependiente de la temperatura elegida de reaccion. Mediante la slntesis de tres pasos, en la cual en la primera etapa > 80 % de los reactivos reaccionan a baja temperatura y entonces el restante 10 - 20 % de los reactivos reacciona a una temperatura superior, conduce a una estabilidad claramente mejorada de la enzima en comparacion con la reaccion directa de los reactivos a mayor temperatura. La forma de operar en tres pasos es adecuada en particular para la reaccion tecnica, puesto que la eliminacion de agua bajo vaclo en la segunda etapa de reaccion funciona claramente mejor que a menor temperatura.
5
10
15
20
25
En otras pruebas de almacenamiento se confirmo que la enzima tiene una mejor estabilidad en el ester producido que en la mezcla de reactivos. El almacenamiento por 1 mes a 45 °C en la mezcla de producto, del producto inmovilizado condujo a una reduccion significativa de la actividad enzimatica.
Ejemplo de comparacion 1: sintesis de ester bajo vacfo en un reactor de 10 m3
La inmovilizacion y la reaccion fueron ejecutadas en el mismo reactor como se describe en el Ejemplo 2. La inmovilizacion fue ejecutada as! mismo como se describe en el Ejemplo 2 y la mezcla de reactivos as! como la relacion de biocatalizador y reactivos fueron identicas.
Se anadieron en el reactor a la totalidad del producto inmovilizado de enzima, 6550 kg de una mezcla de octanol y acidos grasos (mezcla tecnica de acido octanoico y acido decanoico). Se agito la mezcla por 4 h a 45 °C y aplicacion de gas nitrogeno, a un vaclo por irradiacion de 30 mbar. Despues de 4 h se tomo una muestra y se analizo la cantidad de agua presente. El numero acido de la muestra estuvo en 26, lo cual corresponde a un rendimiento > 87 %. Se mostro que despues de 4 h se acumulo agua en el reactor: aproximadamente 75 % de la cantidad formada de agua no pudo ser eliminada del reactor a la temperatura de 45°C, mediante la bomba de vaclo. Para la eliminacion del agua formada inicialmente mediante evaporacion a la temperatura indicada fueron necesarias aproximadamente 16 h. Justo despues de la completa eliminacion de la fase acuosa, pudo el sistema reaccionar nuevamente.
Se ha mostrado que en reactores tlpicos de produccion para esteres cosmeticos y tecnicos, que exhiben un tamano de 20 - 100 m3, tarda mucho la eliminacion de agua debido al nivel de llenado mas alto y a la desfavorable relacion superficie a volumen. Solo mediante la elevacion de la temperatura de reaccion a por ejemplo 80 - 100 °C puede eliminarse mas rapidamente el agua. Puesto que sin embargo aqul la desactivacion de la enzima es muy fuerte, esta variante el procedimiento no es una solucion adecuada.
Como se mostro en el Ejemplo 2 de acuerdo con la invencion, se detiene la reaccion despues de 4 h, de modo que la fase acuosa puede ser eliminada del reactor dentro de un tiempo mas corto. Tambien a baja temperatura (30 - 45 °C) se alcanza el equilibrio de reaccion dentro de aproximadamente 4 h. Despues de la separacion del agua puede aumentarse la temperatura de reaccion para la mejor separacion de la fase acuosa, a por ejemplo 60 °C, sin una desactivacion significativa de la enzima, puesto que ya la mayor parte de los reactivos han reaccionado. Con ello puede ejecutarse la reaccion total dentro de un perlodo de 12 - 20 h.

Claims (14)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para la preparacion de esteres de alcoholes grasos y acidos grasos, que comprende las etapas:
    -reaccion de alcoholes grasos de la formula R1-OH, en la que R1 es un grupo hidrocarburo alifatico lineal o ramificado con 6 a 22 atomos de carbono, y acidos grasos de la formula R2-COOH, en la que R2 es un grupo hidrocarburo alifatico lineal o ramificado con 6 a 22 atomos de carbono, en presencia de lipasa a una temperatura en el intervalo de 30 a 50 °C, hasta que se alcanza el equilibrio de reaccion;
    - eliminacion del agua formada en la reaccion y
    - completar la reaccion bajo vaclo a una temperatura de 50 a 80 °C.
  2. 2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque se completa la reaccion en una atmosfera de gas de arrastre.
  3. 3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 2, caracterizado porque como gas de arrastre se usa nitrogeno, aire, dioxido de carbono o argon.
  4. 4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque para completar la reaccion se aplica una presion de 100 a 10.000 Pa.
  5. 5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 4, caracterizado porque para completar la reaccion se aplica una presion de 1.500 a 4.500 Pa.
  6. 6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la reaccion es ejecutada a una temperatura en el intervalo de 35 a 45 °C.
  7. 7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque para completar la reaccion, esta es ejecutada a una temperatura en el intervalo de 55 a 65 °C.
  8. 8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque se usa la lipasa inmovilizada.
  9. 9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la lipasa inmovilizada es usada en una cantidad de 0,5 a 5,0 % en peso.
  10. 10. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque como alcoholes grasos se usan aquellos cuyo grupo alquilo o alquenilo exhibe 8 a 18 atomos de carbono.
  11. 11. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque como acidos grasos se usan aquellos cuyo grupo alquilo o alquenilo exhibe 8 a 18 atomos de carbono.
  12. 12. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque la preparacion del ester ocurre en el metodo de un recipiente.
  13. 13. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque ademas se ejecutan etapas de purificacion y conservacion.
  14. 14. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 13, caracterizado porque se ejecuta una destilacion preliminar, una destilacion de producto para mejorar el color, una eliminacion de olores para la optimizacion del olor y/o una adicion de antioxidantes.
ES13770914.3T 2012-10-10 2013-10-01 Procedimiento en tres pasos para la síntesis enzimática de ésteres de ácidos grasos Active ES2619631T3 (es)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12187899 2012-10-10
EP12187899 2012-10-10
PCT/EP2013/070408 WO2014056756A1 (de) 2012-10-10 2013-10-01 Dreistufiges verfahren zur enzymatischen fettsäureestersynthese

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2619631T3 true ES2619631T3 (es) 2017-06-26

Family

ID=47022528

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES13770914.3T Active ES2619631T3 (es) 2012-10-10 2013-10-01 Procedimiento en tres pasos para la síntesis enzimática de ésteres de ácidos grasos

Country Status (7)

Country Link
EP (1) EP2906708B1 (es)
JP (1) JP2015531236A (es)
KR (1) KR20150063527A (es)
CN (1) CN104704125B (es)
BR (1) BR112015007629B1 (es)
ES (1) ES2619631T3 (es)
WO (1) WO2014056756A1 (es)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BR112017007205A2 (pt) * 2014-10-07 2018-03-20 Basf Se mono- e diésteres de cadeia longa de 2,5-di(hidróximetil)tetra-hidrofurano, seu uso e produção.
WO2016150786A1 (de) 2015-03-26 2016-09-29 Basf Se Perlglanzkonzentrate in wässrigen, tensidischen mitteln

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62262997A (ja) * 1986-05-02 1987-11-16 ノボ　ノルディスク　アクティーゼルスカブ ワツクスの製造方法
JPH0315383A (ja) * 1989-06-12 1991-01-23 Agency Of Ind Science & Technol 酵素の活性復元方法と高温反応方法
JP3093403B2 (ja) * 1991-12-05 2000-10-03 石原薬品株式会社 高級飽和脂肪酸の含フッ素脂肪族アルキルエステルの製法
JP2001245686A (ja) * 1999-12-27 2001-09-11 Osaka City 脂肪酸低級アルコールエステルの製造方法
CN1279174C (zh) * 2002-05-10 2006-10-11 北京化工大学 固定化脂肪酶催化合成脂肪酸低碳醇酯
DE102005037989A1 (de) * 2005-08-11 2007-02-15 Cognis Ip Management Gmbh Verfahren zur chemo-enzymatischen Herstellung von Fettsäureestern
JP2009183210A (ja) * 2008-02-06 2009-08-20 Taiyo Corp グリセリンリシノール酸モノエステル及びポリグリセリンリシノール酸モノエステルの製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150063527A (ko) 2015-06-09
JP2015531236A (ja) 2015-11-02
EP2906708B1 (de) 2016-12-14
BR112015007629A2 (pt) 2017-07-04
WO2014056756A1 (de) 2014-04-17
EP2906708A1 (de) 2015-08-19
CN104704125B (zh) 2018-07-17
CN104704125A (zh) 2015-06-10
BR112015007629B1 (pt) 2021-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103833800B (zh) 分离鼠李糖脂的方法
RU2392263C2 (ru) Способы получения сложных алкиловых эфиров
Bezbradica et al. Enzymatic syntheses of esters-Green chemistry for valuable food, fuel and fine chemicals
Wang et al. An improved method for the synthesis of 1-monoolein
Cui et al. Synthesis of biosafe isosorbide dicaprylate ester plasticizer by lipase in a solvent-free system and its sub-chronic toxicity in mice
WO2007052162A3 (en) Concentration of fatty acid alkyl esters by enzymatic reactions with glycerol
ES2619631T3 (es) Procedimiento en tres pasos para la síntesis enzimática de ésteres de ácidos grasos
US9221747B2 (en) Method of making fatty acid N-acylalkanolamines
Compton et al. Purification of 1, 2-diacylglycerols from vegetable oils: Comparison of molecular distillation and liquid CO2 extraction
Wang et al. Improved synthesis of monopalmitin on a large scale by two enzymatic methods
Hernandez et al. Direct lipase-catalyzed lipophilization of chlorogenic acid from coffee pulp in supercritical carbon dioxide
CN111321176A (zh) 一种酶法选择性催化制备4-衣康酸单辛酯的方法
ES2600466T3 (es) Tocoferoles con un contenido reducido de impurezas fenólicas
US20060115880A1 (en) Enzymatic production of acyl flavonoid derivatives
US9562210B1 (en) Methods for production of fatty acid alkanolamides (FAAAs) from microalgae biomass
KR101700909B1 (ko) 장쇄 레티닐 에스테르 제조를 위한 2상 반응 시스템 및 장쇄 레티닐 에스테르 제조방법
JPH0552191B2 (es)
JP6401457B2 (ja) ポリグリセリンモノ脂肪酸エステルの製造方法
CN108588137B (zh) 一种酶法合成egcg不饱和脂肪酸酯的方法
JP2018000032A (ja) ３ｈｂエステルの製造方法
US9416337B2 (en) Ester synthesis
KR102565303B1 (ko) 무용매 조건 하에서 고정화 효소를 이용한 에틸헥실 지방산 에스터의 합성방법
CN111925290B (zh) 绿原酸脂肪醇酯及其制备方法和应用
JP7021975B2 (ja) エステル交換油脂の製造方法
BR102015014551A2 (pt) Process for the imposition of lipase b of candida antarctica for obtaining a solid biocatalyzer, a solid biocatalyzer and process for obtaining biodiesel enriched in glyceryl carbonate using the reference solid biocatalyzer