ES2875961T3 - Método de extracción de un polímero de poliéster o cutina de las pieles de tomate desechadas y polímero de poliéster así extraído - Google Patents

Método de extracción de un polímero de poliéster o cutina de las pieles de tomate desechadas y polímero de poliéster así extraído Download PDF

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Abstract

Un método para la extracción de un polímero de poliéster compuesto por una mezcla compleja de -hidroxiácido de cadena larga, interesterificado con un esqueleto típicamente de 16 o 18 carbonos de los desechos de las pieles de tomate, caracterizado por que dicho método comprende la etapa de: a. Tratamiento térmico de las pieles de tomate, en el que se sumergen las pieles de tomate en una solución alcalina, b. Filtración, para separar residuo sólido por medio de líquido; a continuación, el líquido filtrado se mantiene durante una etapa de c. Acidulación añadiendo un ácido inorgánico hasta que la solución cambie de color de manera que el pH de la solución después del cambio de color esté comprendido en el intervalo 5 - 6 d. Fase de centrifugación, en la que la solución se centrifuga a un intervalo de 10000-14000 rpm durante 15- 20 minutos; después de la centrifugación se descarta el sobrenadante o se reintroduce en el procedimiento para otra extracción, mientras que el residuo sólido se mantiene y se centrifuga con agua DDW de 1 a 3 veces en las mismas condiciones; estas etapas adicionales tienen la finalidad de lavar/limpiar el residuo sólido.

Description

DESCRIPCIÓN
Método de extracción de un polímero de poliéster o cutina de las pieles de tomate desechadas y polímero de poliéster así extraído
Campo de la invención
La invención se refiere al desarrollo de un método para la valorización de subproductos de procesamiento industrial del tomate (epidermis), que consiste en la extracción de un polímero de poliéster compuesto por una mezcla compleja de V-hidroxiácido de cadena larga, interesterificado con un esqueleto típicamente de 16 o 18 carbonos, llamado cutina, de los desechos de las pieles de tomate.
En particular, la invención se refiere a un método para la producción de monómeros y oligómeros de cutina de tomate, extraída de pieles de tomate, cuyo componente principal es el ácido 10,16-dihidroxihexadecanoico.
Estado de la técnica
La cutina es un biopoliéster de soporte que interviene en la impermeabilización de hojas y frutos de plantas superiores. La cutina es el componente principal (entre 40% y 85%, p/p) de la cutícula vegetal, la membrana extracelular continua y lipídica que recubre las partes aéreas de las hojas, frutos y tallos no lignificados de la planta. Asociadas a la cutina existen ceras cuticulares o lípidos solubles, éstos están embebidos en la matriz cuticular, ceras intracuticulares, o depositados sobre la superficie exterior de la cutícula, ceras epicuticulares. Además, la cutícula también contiene una serie de componentes lipídicos tales como polisacáridos (principalmente celulosa y pectina), polipéptidos y compuestos fenólicos. Así, la cutícula vegetal se puede considerar un complejo poliéster con ceras asociadas, de muy pequeña reactividad de naturaleza hidrófoba, ya que la mayoría de los grupos carboxílicos presentes en la membrana están esterificados con grupos hidroxilo alifáticos de otros ácidos grasos, que recubre la parte aérea de las hojas, frutos y tallos no lignificados de la planta. Teniendo en cuenta el peso medio de una cutícula aislada, la cutina puede considerarse el principal polímero lipídico vegetal (entre 40 y 85 % p/p de la cutícula vegetal).
La cutina juega un papel importante en la cutícula como componente estructural y como barrera de defensa frente a patógenos y la pérdida incontrolada de agua, así como en el transporte de sustancias a través de los tejidos vegetales.
Desde un punto de vista químico, la cutina se define como una red polimérica de ácidos grasos C16 y C18 polihidroxilados entrecruzados mediante enlaces éster, como informan A. Heredia, en "Biophysical and biochemical characteristics of cutin, a plant barrier biopolymer", Biochimica et Biophysica Acta 1620 (2003) 1 -7. La mayor parte de los mismos son exclusivamente ácidos grasos C16 pertenecientes a la familia en la que el ácido 10,16-dihidroxihexadecanoico, y su isómero posicional ácido 9,16-dihidroxihexadecanoico, son los principales componentes de la cutina del tomate. Solo una pequeña fracción de la cutina está formada por ácidos grasos pertenecientes a la familia C18, entre los que se encuentran los ácidos 9,10-epoxi-18-hidroxioctadecanoico y 9,10,18-trihidroxioctadecanoico que son los más abundantes, aunque algunos derivados pueden estar presentes como cutina insaturada, como informan G. M. Lopez "Biomecanica de la epidermis y la cutícula del fruto de tomate (Solanum lycopersicum I.) y su relación con el agrietado" (2006), Tesis Doctoral, Facultad de Ciencias, Departamento de Biología Molecular y Bioquímica, Universidad de Málaga.
La cutina generalmente se extrae del material vegetal con métodos que utilizan tratamientos enzimáticos, disolventes orgánicos o hidrólisis ácida, como se informa en la bibliografía.
Todos los métodos referidos en la bibliografía tienen como objetivo analizar la composición de la cutina y solo muestran estudios y caracterizaciones de la cutina, pero no cómo utilizar la cutina como materia prima para otras preparaciones, que es el objetivo de esta invención.
En particular, en el método enzimático, la membrana cuticular se aísla mediante tratamiento enzimático para degradar los polisacáridos. A continuación, se extrae la cutícula (extracción sólido-líquido por Soxhlet con disolvente orgánico CHCl3 y MeOH) para eliminar el material soluble, las ceras y otras moléculas pequeñas, produciendo residuos enriquecidos en cutina, como informan R. Jarvinen, A. J. D. Silvestre, A. M. Gil, H. Kallio, en "Solid state 13CP-MAS NMR and FT-IR spectroscopic analysis of cuticolar fractions of berries and suberized membranes of potato" Journal of Food Composition and Analysis 24 (2011) 334-345 y en H. Kallio, R. Nieminen, S. Tuomasjukka, M. Hakala en "Cutin composition of Five Finnish berries" Journal of Agricultural and Food Chemistry 54 (2006), 457-462.
Con este método, es posible obtener solo pieles sin ceras y pieles sin azúcares, pero no cutina. En este método se carece de un procedimiento que permita aislar cutina de las pieles sin ceras. Por otra parte, este método consume disolventes, considerando que la extracción Soxhlet utiliza disolventes orgánicos tóxicos como el cloroformo (el cloroformo es carcinógeno) y metanol y esta extracción debe repetirse para aumentar el rendimiento de la extracción. Por tanto, el procedimiento no parece muy ecológico.
Otro disolvente orgánico utilizado para la extracción de cutina es la acetona, como se informa en la Patente de EE. UU. Núm. US 2011/0319504 A1 "Method for the manufacture of oligo- and polyesters from a mixture of carboxylic acid obtained from suberin and/or cutin and use thereof", donde la cutina se aísla mediante una extracción mediante disolvente con acetona en un aparato Soxhlet y, a continuación, con un sistema de reflujo en una solución alcalina.
Este método ha sido experimentado, pero el extracto final no presentó el aspecto habitual de cutina. De hecho, el espectro de infrarrojos de esta muestra no mostró el aspecto habitual del espectro de cutina. Además, este método es utiliza disolvente y requiere mucho tiempo.
Finalmente otra posibilidad referida en la bibliografía para extraer cutina es con una hidrólisis ácida, como informan J. J. Benítez, R. García-Segura, A. Heredia, en "Plant biopolyester cutin: a tough way to its chemical synthesis", Biochimica et Biophysica Acta 1674 (2004) 1-3. En este método, se obtuvieron muestras de cutina después de la hidrólisis de cutículas de las que se habían separado las ceras en una solución de HCl 6 M durante 12 h a 105°C para eliminar los componentes hidrolizables polares y, a continuación se despolimerizaron en una solución de metóxido de sodio al 3% (p/v) durante 18 h a 100°C. Después de la extracción de los monómeros de cutina de fruto de tomate en fase orgánica (éter dietílico), se evaporó el disolvente para cuantificar e identificar los monómeros de cutina mediante análisis de cromatografía de gases-espectrometría de masas.
Se ha experimentado el método anterior, pero el rendimiento fue muy bajo y el extracto mostró una mala capacidad para formar una nueva biolaca.
El documento WO2010093320 divulga un método para convertir partes de plantas que contienen suberina y/o cutina en una mezcla que contiene monómero de suberina mediante hidrólisis alcalina y aislar una fracción enriquecida en ácido c/s-9,10-epoxi-18-hidroxioctadecanoico junto con una fracción residual que contiene, principalmente ácidos grasos hidroxilados más lipófilos, betulina, lupeol y ácido betulínico como componentes principales.
Objeto de la invención
La invención consiste en una solubilización de epidermis de tomate de desecho en solución alcalina, de hecho la epidermis está en su mayor parte (aproximadamente 60-80%) solubilizada por una solución alcalina y sometida a un tratamiento térmico a una temperatura de 100°C durante alrededor de 6 horas.
Posteriormente, las biorresinas brutas, en solución como resinatos sódicos, se tratan con ácido para reducir el pH y se separan y limpian de impurezas, primero mediante precipitación y, a continuación, mediante centrifugación.
De esta forma se obtiene una biorresina bruta, parcialmente despolimerizada, en una masa pastosa que contiene alrededor de 40% de agua.
Breve descripción de los dibujos
A continuación se explica con más detalle la invención con referencia a realizaciones ilustrativas junto con los dibujos, en los que la Figura 1 muestra el protocolo de extracción de cutina, objeto de dicha invención.
Descripción detallada
La cutina se extrae de las pieles de tomate de desecho y la cutina se obtiene precisamente en la extracción de un polímero de poliéster compuesto por una mezcla compleja de ^-hidroxiácido de cadena larga interesterificado, típicamente con un esqueleto de 16 o 18 carbonos.
Se pueden utilizar algunos tipos diferentes de pieles: pieles desecadas, pieles frescas congeladas y pieles de las que se extrajo el licopeno.
En un fase inicial del método de extracción reivindicado a partir de pieles de tomate desechadas, las pieles y semillas de tomate se separan por flotación con agua corriente.
A continuación, el procedimiento reivindicado proporciona las siguientes macroetapas:
- Tratamiento térmico de las pieles de tomate
- Filtración
- Acidulación
- Centrifugación
- Fase de secado (eventualmente)
De este modo, la primera etapa se refiere al tratamiento térmico; las pieles de tomate se someten a un tratamiento térmico, preferiblemente en un dispositivo de autoclave, donde las pieles de tomate se sumergen en una solución alcalina (preferiblemente NaOH) al 3% en peso, una concentración comprendida entre 0,5 M y 6 M (preferiblemente 0,75 M); la temperatura está comprendida entre 65°C y 130°C durante un tiempo de más de 15 minutos y menos de 6 horas (preferiblemente alrededor de 2 horas); la razón de peso de pieles de tomate/V NaOH puede variar entre 0,1 y 10.
Después de la fase de tratamiento térmico anterior, la solución se filtra de modo que el residuo sólido se pueda separar por medio de líquido; de esta forma el residuo sólido se puede descartar o reintroducir en el procedimiento, mientras se mantiene el producto filtrado líquido. Esta solución líquida filtrada es de color pardo.
Sigue la fase de acidulación en la que a dicha solución líquida filtrada se le añade un ácido inorgánico, y más precisamente HCl con una concentración comprendida entre 12 M y 6 M, hasta que la solución cambia de color y de color pardo pasa a color ocre.
Preferiblemente, se añade HCl a alrededor de 10% (preferiblemente 5%) del volumen total y el pH de la solución después del cambio de color está comprendido en el intervalo 5-6.
Después de la fase de acidulación anterior, la etapa siguiente es la fase de centrifugación en la que la solución se centrifuga a un intervalo de 10000-14000 rpm durante 15-20 minutos.
Después de la centrifugación, el sobrenadante se descarta o se reintroduce en el procedimiento para otra extracción, pero en este último caso solo después de que el pH se haya ajustado al valor original, preferiblemente alrededor de 10.
El residuo sólido se mantiene y se centrifuga con agua DDW de 1 a 3 veces en las mismas condiciones; estas etapas adicionales tienen la finalidad de lavar/limpiar el residuo sólido.
De esta forma se obtiene una biorresina bruta, parcialmente despolimerizada, en una masa pastosa que contiene alrededor de 25-80% de agua.
Podría aplicarse una etapa final: dicha fase final consistente en una fase de secado para evaporar el agua contenida en la masa pastosa.
Mediante análisis GC-MS, el rendimiento en ácido 10,16-dihidroxihexadecanoico está comprendido entre 60-80%.
El rendimiento de extracción está comprendido entre 10 y 30 % (alrededor de 15%).
Para determinar el porcentaje de agua presente en la cutina bruta extraída es necesario calentar la muestra pesada de cutina bruta (1 g) a 100°C durante 4 horas en un recipiente de muestra específico, previamente tratado a 200°C durante 30 minutos (tratamiento de pasivación). El porcentaje de residuo sólido se calcula a partir de la diferencia de peso entre el peso inicial de la muestra y el peso de la muestra después del tratamiento térmico.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Un método para la extracción de un polímero de poliéster compuesto por una mezcla compleja de V-hidroxiácido de cadena larga, interesterificado con un esqueleto típicamente de 16 o 18 carbonos de los desechos de las pieles de tomate, caracterizado por que dicho método comprende la etapa de:
a. Tratamiento térmico de las pieles de tomate, en el que se sumergen las pieles de tomate en una solución alcalina,
b. Filtración, para separar residuo sólido por medio de líquido; a continuación, el líquido filtrado se mantiene durante una etapa de
c. Acidulación añadiendo un ácido inorgánico hasta que la solución cambie de color de manera que el pH de la solución después del cambio de color esté comprendido en el intervalo 5 - 6
d. Fase de centrifugación, en la que la solución se centrifuga a un intervalo de 10000-14000 rpm durante 15­ 20 minutos; después de la centrifugación se descarta el sobrenadante o se reintroduce en el procedimiento para otra extracción, mientras que el residuo sólido se mantiene y se centrifuga con agua DDW de 1 a 3 veces en las mismas condiciones; estas etapas adicionales tienen la finalidad de lavar/limpiar el residuo sólido.
2. El método según la reivindicación 1, caracterizado por que dicho tratamiento térmico en solución alcalina se produce con NaOH al 3 % en peso, una concentración comprendida entre 0,5 M y 6 M y una temperatura comprendida entre 65°C y 130°C durante un tiempo mayor de 15 minutos y menor de 6 horas.
3. El método según la reivindicación 2, caracterizado por que dicho tratamiento térmico en solución alcalina proporciona una concentración de 0,75 M y una temperatura comprendida entre 65°C y 130°C durante aproximadamente 2 horas.
4. El método según la reivindicación 1, caracterizado por que después de la fase de filtración, el residuo sólido se reintroduce en el procedimiento.
5. El método según la reivindicación 1, caracterizado por que dicho ácido inorgánico es cloruro de hidrógeno (HCl) con una concentración comprendida entre 12 M y 6 M, preferiblemente HCl al 5 % del volumen total.
6. El método según la reivindicación 1, caracterizado por que después de la fase de centrifugación se obtiene un sobrenadante y se reintroduce en el procedimiento para otro tratamiento térmico; antes de esto, el pH del sobrenadante se ajusta al valor original, alrededor de 10.
7. Método según la reivindicación 1, caracterizado por que podría aplicarse una fase etapa final; consistente dicha fase en una fase de secado de la masa pastosa obtenida con el método.
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