ES2706310T3 - Procedimiento de preparación de un polvo de macroalgas pardas y/o rojas mediante mezclado y procedimiento de fabricación de objetos rígidos a partir de dicho polvo - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de preparación de un polvo de macroalgas pardas y/o rojas para la fabricación de objetos rígidos, caracterizado porque comprende las siguientes etapas en este orden: - cosechar dichas macroalgas pardas y/o rojas; - macerar dichas macroalgas en un tanque a una velocidad de al menos 4 revoluciones por minuto para extraer las proteínas, tales como actinas, de dichas macroalgas, dicha maceración por cizallamiento se realiza al menos parcialmente al vacío; - secar dichas macroalgas maceradas para obtener macroalgas maceradas y secas con un contenido de humedad residual inferior o igual a 45 %; - triturar dichas macroalgas maceradas y secas, para obtener un polvo de macroalgas.
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento de preparación de un polvo de macroalgas pardas y/o rojas mediante mezclado y procedimiento de fabricación de objetos rígidos a partir de dicho polvo
1. Campo de la invención
El campo de la invención es el de los materiales renovables y biodegradables.
Más específicamente, la invención se refiere a un procedimiento de preparación de un polvo a partir de macroalgas y a un procedimiento de fabricación de objetos rígidos a partir de este polvo.
La invención encuentra una aplicación principalmente en la producción de productos manufacturados, tales como cubiertas de acceso para Internet, tapones roscados, macetas o urnas funerarias.
2. Estado de la técnica
Las macroalgas pardas, también conocidas como feofíceas, constituyen la clase más abundante de algas marinas en aguas frías o templadas del planeta.
Sin embargo, estas siguen siendo un recurso vegetal en gran parte subutilizado.
Se conoce el tratamiento de las macroalgas pardas para extraer alginato, manitol o ciertos fucanos sulfatados contenidos en sus paredes, destinados a la industria agroalimentaria, la industria farmacéutica o a la industria cosmética, por ejemplo. También se conocen los procedimientos de extracción de sustancias activas que actúan como productos fitosanitarios contenidos en las macroalgas pardas, tales como las laminarinas.
También se ha pensado en la producción bioetanol a partir de macroalgas pardas mediante la fermentación bacteriana de algunos azúcares presentes en la pared de estas algas.
Por ejemplo, en el documento US2010/0272940 se ha propuesto igualmente sustituir en los productos manufacturados con plástico una parte del material plástico sintético con material derivado de algas.
Esta técnica de sustitución conocida del plástico por algas, sin embargo, favorece el uso de microalgas que son particularmente más ricas en celulosa que las macroalgas. Estas tienen también la desventaja de que permiten reemplazar solo parcialmente el material plástico sintético por material de algas.
Más recientemente, el solicitante de la presente solicitud de patente propuso en el documento WO2014/128411 la producción de objetos fabricados a partir de los desechos de la industria de extracción de alginatos o laminarinas. Sin embargo, el volumen de los desechos producidos por las plantas de alginato y/o laminarinas es limitado y no permite considerar una producción de objetos rígidos a partir de macroalgas pardas a gran escala.
1. Objetivos de la invención
Por lo tanto, la invención tiene como objetivo particular superar las desventajas del estado de la técnica mencionado anteriormente.
Más específicamente, la invención tiene como objetivo proporcionar una materia prima producida total o al menos predominantemente a partir de macroalgas pardas que se pueden usar para fabricar objetos de fabricación rígida. En una modalidad particular de la invención, el objetivo particular de la invención es principalmente proporcionar esta materia prima en forma de un polvo de calidad constante y propiedades homogéneas.
Un objetivo de la invención es proporcionar igualmente una técnica de fabricación de objetos fabricados a partir de macroalgas pardas que sea fácil de implementary confiable.
Otro objeto de la invención es proporcionar una técnica de fabricación de este tipo que tenga un costo de explotación reducido.
Un objetivo de la invención también es mejorar una materia prima de algas extraídas de alta mar o cultivadas en cuerdas flotantes.
2. Exposición de la invención
Estos objetivos, así como otros que aparecerán más adelante, se logran mediante un procedimiento de preparación de un polvo de macroalgas pardas para la fabricación de objetos de fabricación rígida.
En el contexto de la invención, se entiende que la expresión "objeto rígido" significa un objeto que no se dobla y que soporta las fuerzas de deformación y que, por lo tanto, es diferente de los objetos flexibles.
La invención se refiere a un procedimiento de preparación de un polvo de macroalgas pardas y/o rojas para la fabricación de objetos rígidos, caracterizado porque comprende las siguientes etapas en este orden: - cosechar dichas macroalgas pardas y/o rojas; - macerar por cizallamiento dichas macroalgas en un tanque a una velocidad de al menos 4 revoluciones por minuto para extraer las proteínas tales como actinas, dichas macroalgas, y dicha maceración por cizallamiento se realiza al menos parcialmente al vacío; - secar dichas macroalgas maceradas para obtener macroalgas maceradas y secas con un contenido de humedad residual inferior o igual a 45 %; - triturar dichas macroalgas maceradas y secas, para obtener un polvo de macroalgas.
Por lo tanto, de una manera sin precedentes, la invención propone preparar una materia prima en forma de polvo esencialmente a partir de macroalgas pardas no tratadas extraídas de alta mar o en la playa o cultivadas en cuerdas flotantes, cuyo recurso es muy importante.
Debe tenerse en cuenta además que el procedimiento de preparación de un polvo de acuerdo con la invención es particularmente simple y económico.
Se entiende además fácilmente que la duración y la velocidad de la maceración pueden adaptarse entre sí de manera que la distancia recorrida por el material de algas durante la maceración sea suficiente para permitir una extracción adecuada y en una cantidad apropiada, de las proteínas contenidas en las macroalgas.
El secado de las macroalgas maceradas se puede llevar a cabo en un horno, por ejemplo un horno rotatorio, un secador o una estufa, a presión atmosférica o al vacío. Mantener la temperatura de las macroalgas maceradas entre 30 y 50 °C durante la etapa de secado es particularmente ventajoso, ya que no altera las propiedades de las macroalgas. Se observará que la etapa de secado también permite una maduración de las reacciones bioquímicas iniciadas durante la etapa de maceración.
Además, el hecho de reducir por secado el contenido de humedad de las macroalgas maceradas por debajo de 45 permite conservar el polvo obtenido después de triturar durante varias semanas por varios meses, sin que se desintegre en el caso de una recuperación de la humedad.
Preferentemente, dicha etapa de secado comprende una etapa de compactación de dichas macroalgas en forma de una pluralidad de gránulos con un volumen comprendido entre 0,1 y 1 cm3.
La compactación permite evacuar una parte del agua contenida en las macroalgas maceradas.
De acuerdo con una modalidad particular de la invención, dicha etapa de compactación comprende una etapa de adición de macroalgas tratadas a dichas macroalgas con un ácido débil, tal como ácido acético o ácido cítrico y/o con un ácido diluido en el agua.
En el marco de la invención, el término ácido débil se entiende en su significado general. Se trata, por lo tanto, de un ácido parcialmente insoluble en agua.
Las macroalgas tratadas con un ácido débil y/o con un ácido diluido en agua pueden ser ventajosamente un desecho industrial resultante de la extracción de alginatos y/o laminarinas.
Ventajosamente, dicha etapa de maceración bajo cizallamiento se realiza al menos parcialmente al vacío.
Esto favorece la migración de proteínas y, en presencia de aditivos, la difusión de estos aditivos en las macroalgas.
La etapa de maceración puede comprender principalmente fases de maceración al vacío alternadas con fases de maceración a presión atmosférica.
En una modalidad particular de la invención, dicha etapa de maceración bajo cizallamiento se lleva a cabo durante toda su duración al vacío.
En una modalidad particularmente ventajosa de la invención, dicha etapa de maceración comprende una etapa de añadir a dichas macroalgas un aditivo que pertenece al grupo que comprende al menos:
- agua;
- colorante;
- pigmento coloreado;
- agente absorbente de olores, tales como partículas de carbón activado, zeolita o sílice porosa;
- agente odorante, tal como la vainillina;
- albúmina.
De este modo, es posible colorear las macroalgas en la masa, suprimir o enmascarar el olor a yodo de las macroalgas, que puede ser embriagador o desagradable, y aumentar la cohesión y rigidez del polvo gracias a la albúmina, que permite obtener valores de dureza Shore D entre 65 y 73.
En otras modalidades de la invención, también es posible blanquear las macroalgas añadiendo, por ejemplo, hipoclorito de sodio y/o una enzima durante la etapa de maceración y, cuando sea apropiado, un tensoactivo destinado a dispersar los elementos colorantes naturales de las macroalgas o cloroplastos.
Preferentemente, dicho colorante o dichos pigmentos coloreados, dicho agente absorbente de olor y la albúmina se añaden en proporciones respectivas de 0,05 a 0,1 %, de 1 a 3,5 % y/o de 0,2 a 1 %.
En una modalidad particular de la invención, dicha velocidad de maceración está comprendida entre 4 y 6 revoluciones por minuto.
Preferentemente, durante dicha etapa de maceración, se extrae al menos 2 %, preferentemente al menos 5 %, de la actina contenida en dichas macroalgas.
De este modo, se permite la formación de una cantidad de actina gelificada suficiente para permitir la aglomeración de las macroalgas entre ellas. En la práctica, se confirma que cuando la cantidad de actina extraída es suficiente para aglomerar las macroalgas entre sí, estas permanecen pegadas a los materiales cuya superficie es de naturaleza hidrófoba. Ventajosamente, dichas macroalgas se eligen entre algas pardas en el orden de laminariales o en el orden de fucales. En algunos casos puede ser una mezcla de laminariales y/o fucales.
Preferentemente, dichas macroalgas se eligen entre las especies laminaria digitata, ascophyllum nodosum y especies del género fucus.
En las variantes de la invención, dichas macroalgas pueden ser de la especie laminaria sacchoriza o laminaria hyperborea o del género lessonia.
De acuerdo con un aspecto particular de la invención, el contenido de humedad residual del polvo es mayor o igual a 7 %.
De hecho, los inventores encontraron que un contenido de humedad residual de al menos 7 % proporciona fluidez al material que constituye el polvo, lo que mejora su capacidad de conformación.
En una modalidad particular de la invención, el contenido de humedad residual de dicho polvo está comprendida entre 26 y 45 %.
En al menos una modalidad particular de la invención, la densidad de dicho polvo está comprendido entre 0,4 y 0,8 %. Se obtiene de esta manera un material ligero.
La invención también se refiere a un procedimiento de fabricación de un objeto rígido a partir al menos parcialmente de macroalgas pardas, caracterizado porque comprende las siguientes etapas: - macerar por cizallamiento dichas macroalgas en un tanque a una velocidad de al menos 4 revoluciones por minuto, para extraer las proteínas, tales como actinas, dichas macroalgas y dicha maceración por cizallamiento se realiza al menos parcialmente al vacío; - secar dichas macroalgas maceradas para obtener macroalgas maceradas y secas con un contenido de humedad residual inferior o igual a 45 %; - triturar dichas macroalgas maceradas y secas, para obtener un polvo de macroalgas; termocomprimir dicho polvo en un molde, dicho polvo se lleva a una temperatura comprendida entre 50 y 100 °C, preferentemente entre 60 y 100 °C, y se somete a una presión comprendida entre 150 y 4000 bar durante 50 segundos a 45 minutos.
La invención propone así, de una manera inteligente, la formación de objetos rígidos a partir de polvo de algas compactado, que es particularmente simple y eficaz. Particularmente, gracias a la humedad presente en el polvo, las partículas de polvo pueden aglomerarse de manera fluida y homogénea y unirse firmemente entre sí.
Conviene señalar que la temperatura, la presión y la duración de la aplicación de esta última pueden optimizarse en función del grosor y del tamaño del objeto fabricado.
En al menos una modalidad ventajosa de la invención, el procedimiento de fabricación descrito anteriormente comprende una etapa de aplicación al menos parcial de una laca hidrófuga sobre la superficie del polvo termocomprimido.
De esta manera se protege el cuerpo del objeto de la recuperación de la humedad.
3. Lista de figuras
Otras características y ventajas de la invención aparecerán más claramente al leer la siguiente descripción de una modalidad de la invención, proporcionada a modo de un simple ejemplo ilustrativo y no limitativo, y los dibujos adjuntos en los que:
- La Figura 1 es una representación sinóptica en forma de diagrama de las etapas de un procedimiento de preparación ilustrativo de un polvo a partir de macroalgas pardas de acuerdo con la invención;
- La Figura 2 es una vista de un polvo obtenido por el procedimiento de preparación mostrado en la Figura 1;
- La Figura 3 muestra una prensa de termocompresión utilizada para formar una urna funeraria a partir de polvo de macroalgas pardas;
- La Figura 4 es una vista esquemática de una media cubierta de una urna funeraria fabricada mediante la termocompresión de un polvo de macroalgas pardas utilizando la prensa mostrada en la Figura 3.
4. Descripción de un ejemplo detallado de la invención
En la Figura 1 se representa, en forma de esquema-bloques, las etapas de un ejemplo de un procedimiento de preparación de un polvo destinado a la fabricación de objetos manufacturados rígidos, a partir de una mezcla de laminaria digitata y de ascophyllum nodosum, también conocida como alga negra.
En otras modalidades de la invención, se puede prever la preparación de un polvo exclusivamente a partir de laminaria digitata o ascophyllum nodosum o cualquier otro tipo de alga parda sola o mezclada.
Después de la cosecha de laminaria digitata y ascophyllum nodosum en alta mar, estas se procesan en una línea de producción de una planta de preparación de polvo, donde, en una primera etapa, se lavan para eliminar la arena y las conchas enredadas en los micelios de las algas (Etapa 11).
Aproximadamente 70 % en peso de laminaria digitata y 30 % en peso de ascophyllum nodosum se vierten en un tanque de mezcla, en el que se maceran por cizallamiento y al vacío continuo durante 14 horas a una velocidad de 6 revoluciones por minuto (Etapa 12). Durante esta etapa de maceración 12, se añade progresivamente, durante una Etapa 121, 0,03 % en peso, relativo al peso total de las macroalgas, de un colorante natural y 1,2 % en peso, relativo al peso total de las macroalgas, de finos de carbón activado para enmascarar el olor que emana de estas.
Al final de la Etapa 12, se obtiene un bloque de macroalgas cuya apariencia revela que están aglomeradas entre sí por un gel de actina.
Posteriormente, a las macroalgas extraídas del tanque de mezcla se añade 8 % en peso de los desechos obtenidos de una planta de producción de alginato, que consiste en un residuo de macroalgas pardas tratadas con un ácido débil extraído de los alginatos (Etapa 13).
En una Etapa 14, las macroalgas extraídas del tanque de mezcla y las macroalgas tratadas con ácido débil se mezclan con la ayuda de un tornillo sin fin (Etapa 141) y esta mezcla se compacta en una prensa de granos de matriz anular, en forma de gránulos sustancialmente cilíndricos de aproximadamente 6 milímetros y de 10 a 20 milímetros de altura (Etapa 142).
En una variante de esta modalidad particular de la invención, las macroalgas extraídas del tanque de mezcla pueden compactarse directamente en forma de gránulos, sin añadir las macroalgas tratadas con el ácido débil.
Después, los gránulos obtenidos de esta manera se secan en un túnel de secado de calentamiento por inducción, o mediante un fluido de transferencia de calor, durante 6 horas a una temperatura de 46 °C (Etapa 15).
En las variantes de esta modalidad particular de la invención, se puede proporcionar el secado de los gránulos durante 1 a 15 horas dependiendo de si se usa un modo de secado estático o dinámico.
A la salida del túnel de secado, los gránulos secos se transportan mediante un transportador de cinta hacia una trituradora de martillos en el que los gránulos se trituran en forma de un polvo con una granulometría igual a 1 ± 0,3 mm (Etapa 16). La Figura 2 es una vista desde arriba de una bolsa de polvo 21 abierta obtenida mediante el procedimiento de preparación de acuerdo con la invención.
De este modo, cada línea de producción de la planta permite preparar continuamente aproximadamente 3 toneladas de polvo por hora, a un costo interesante.
Se observa que en una modalidad particular de la invención, el contenido de humedad residual del polvo es de aproximadamente 39 %.
El polvo obtenido de esta manera es directamente utilizable para fabricar objetos manufacturados.
En la Figura 3 se ilustra una prensa de termocompresión 31 que desarrolla una presión de 300 kg/cm2 que permite fabricar medias cubiertas de urnas funerarias semiesféricas con un diámetro de 180 mm a partir de un polvo de macroalgas pardas.
Como se puede apreciar en la Figura 3, la prensa 31 tiene una cabeza de pistón equipada con una cavidad calentada a 98 °C por inducción. Para controlar el proceso de fabricación, la temperatura de la impresión del pistón está regulada. El polvo se dosifica automáticamente mediante un flujo de succión en el molde inferior 32 elevado a una temperatura regulada máxima de 98 °C.
En este ejemplo, se miden 500 g de polvo en el molde y se ejerce una fuerza de 12,5 toneladas sobre el polvo con la cabeza del pistón durante un tiempo de ciclo de 45 minutos, para que la temperatura del polvo sea de aproximadamente 70 °C.
Se obtiene una media urna funeraria 41 con una masa de aproximadamente 490 g y una densidad de 1,58, mostrada esquemáticamente en la Figura 4, se obtiene en una vista en perspectiva.
Seguidamente se pulveriza una laca hidrófuga sobre la superficie de la media urna funeraria para hacerla insensible a la humedad.
En una etapa siguiente, la superficie de la urna se decora mediante tampografía o impresión digital.
Se observa que, ventajosamente, cuando se utiliza una herramienta de impresión, la temperatura de las impresiones se elige entre 75 y 110 °C.
Claims (16)
1. Procedimiento de preparación de un polvo de macroalgas pardas y/o rojas para la fabricación de objetos rígidos, caracterizado porque comprende las siguientes etapas en este orden:
- cosechar dichas macroalgas pardas y/o rojas;
- macerar dichas macroalgas en un tanque a una velocidad de al menos 4 revoluciones por minuto para extraer las proteínas, tales como actinas, de dichas macroalgas, dicha maceración por cizallamiento se realiza al menos parcialmente al vacío;
- secar dichas macroalgas maceradas para obtener macroalgas maceradas y secas con un contenido de humedad residual inferior o igual a 45 %;
- triturar dichas macroalgas maceradas y secas, para obtener un polvo de macroalgas.
2. Procedimiento de preparación de un polvo de macroalgas pardas y/o rojas de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque, durante dicha etapa de secado, la temperatura de secado de dichas macroalgas maceradas está comprendida entre 30 y 50 °C, preferentemente entre 30 y 45 °C.
3. Procedimiento de preparación de un polvo de macroalgas pardas y/o rojas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el tiempo de maceración por cizallamiento de dichas macroalgas está comprendido entre 6 y 24 horas.
4. Procedimiento de preparación de un polvo de macroalgas pardas y/o rojas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las partículas de dicho polvo de macroalgas tienen un diámetro equivalente menor o igual a 1,5 milímetros.
5. Procedimiento de preparación de un polvo de macroalgas pardas y/o rojas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dicha etapa de secado comprende una etapa de compactación de dichas macroalgas en forma de una pluralidad de gránulos de volumen comprendido entre 0,1 y 1 cm3.
6. Procedimiento de preparación de un polvo de macroalgas pardas y/o rojas de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque dicha etapa de compactación comprende una etapa de adición de macroalgas tratadas con un ácido débil y/o con un ácido diluido en agua.
7. Procedimiento de preparación de un polvo de macroalgas pardas y/o rojas de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dicha etapa de maceración por cizallamiento se lleva a cabo durante toda su duración al vacío.
8. Procedimiento de preparación de un polvo de macroalgas pardas y/o rojas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque dicha etapa de maceración comprende una etapa de añadir a dichas macroalgas un aditivo que pertenece al grupo que comprende al menos:
- agua;
- colorante;
- pigmento coloreado;
- agente absorbente de olores, tal como carbón activado;
- agente odorante;
- albúmina.
9. Procedimiento de preparación de un polvo de macroalgas pardas y/o rojas de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque dicho colorante o dichos pigmentos coloreados, dicho agente absorbente de olores y la albúmina se añaden en proporciones respectivas de 0,05 a 0,1 %, de 1 a 3,5 % y/o de 0,2 a 1 %.
10. Procedimiento de preparación de un polvo de macroalgas pardas y/o rojas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque dicha velocidad de maceración está comprendida entre 4 y 6 revoluciones por minuto.
11. Procedimiento de preparación de un polvo de macroalgas pardas y/o rojas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque, durante dicha etapa de maceración, se extrae al menos 2 %, preferentemente al menos 5 %, de la actina contenida en dichas macroalgas.
12. Procedimiento de preparación de un polvo de macroalgas pardas y/o rojas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque dichas macroalgas pardas se eligen entre las algas pardas del orden de laminariales o del orden de fucales.
13. Procedimiento de preparación de un polvo de macroalgas pardas y/o rojas de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque dichas macroalgas pardas se eligen de las especies laminaria digitata, ascophyllum nodosum y las especies del género fucus.
14. Procedimiento de preparación de un polvo de macroalgas pardas y/o rojas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque el contenido de humedad residual de dicho polvo es superior o igual a 7 %.
15. Procedimiento de fabricación de un objeto rígido a partir al menos parcialmente de macroalgas pardas, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:
- macerar dichas macroalgas en un tanque a una velocidad de al menos 4 revoluciones por minuto para extraer las proteínas, tales como actinas, de dichas macroalgas, dicha maceración por cizallamiento se realiza al menos parcialmente al vacío;
- secar dichas macroalgas maceradas para obtener macroalgas maceradas y secas con un contenido de humedad residual inferior o igual a 45 %;
- triturar dichas macroalgas maceradas y secas, para obtener un polvo de macroalgas;
- termocomprimir dicho polvo en un molde, dicho polvo se lleva a una temperatura comprendida entre 50 y 100 °C, preferentemente entre 60 y 100 °C, y se somete a una presión de entre 150 y 4000 bar durante 50 segundos a 45 minutos.
16. Procedimiento de fabricación de un objeto rígido de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque este comprende una etapa de aplicación al menos parcial de una laca hidrófuga sobre la superficie del polvo termocomprimido.
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