MX2013009431A - Composiciones y metodos para extraccion por lixiviacion de microorganismos. - Google Patents

Abstract

La invención es concerniente con composiciones, métodos y usos para extraer compuestos objetivo de cultivos de suspensión. En ciertas modalidades, los cultivos de suspensión pueden comprender cultivos de algas. En algunas modalidades, las composiciones y métodos incluyen aglomerar biomasa molida y seca de un cultivo de suspensión antes de extraer compuestos objetivo del cultivo.

Description

COMPOSICIONES Y MÉTODOS PARA EXTRACCIÓN POR LIXIVIACIÓN DE MICROORGAN SMOS CAMPO DE LA INVENCIÓN Las modalidades de la presente invención reportan en general métodos y composiciones para la lixiviación mejorada de biomasa cosechada de cultivos de microorganismos. En ciertas modalidades, las composiciones y métodos son concernientes con la aglomeración de biomasa esencialmente seca a partir de microorganismos en suspensión utilizando métodos y dispositivos reportados en la presente. Otras modalidades son concernientes con métodos para aglomerar microorganismos cosechados y esencialmente secos en preparación para procesamiento o extracción de compuestos objetivo generados por los microorganismos. Todavía otras modalidades son concernientes con sistemas y métodos para la lixiviación o extracción de cultivos aglomerados para la recuperación incrementada de biomasa o componentes objetivo de los microorganismos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Se pueden usar microorganismos para producir muchos productos secundarios y productos con usos potenciales tales como, pero no limitados a combustibles, biocombustibles, farmacéuticos, nutraceuticos, moléculas pequeñas, químicos, complementos nutricionales, alimentos, materias primas de alimentos y alimentos. Para producir y aislar estos productos, los cultivos pueden ser concentrados a una densidad celular elevada antes de ser procesados para recuperar compuestos deseables. Además, se pueden usar procesos de extracción para aislar o concentrar estos productos.

La utilización eficiente de microorganismos para la producción de productos puede ser desafiante. Por ejemplo, con respecto a la producción de biocombustibles de algas, hay pocas tecnologías de separación efectivas en el costo y eficientes disponibles para extraer compuestos de algas. Hay varios factores que contribuyen a la carencia de tecnología de separación eficientes. Por ejemplo, el manejo de materiales sólidos secos o semi-secos incluyendo algas molidas, puede conducir a la segregación, como se puede ver cuando el material es apilado en una pila; las partículas más grandes del material ruedan por la pila mientras que el material de tamaño más fino permanece cerca de la parte superior. Además, la presencia de materiales finos y burdos sin consolidar puede conducir a la segregación de partículas durante el manejo neumático o mecánico. Si son irrigadas, las partículas finas entre el intervalo sin consolidar de partículas puede migrar y segregarse dentro de la masa conduciendo a problemas de percolación. La presencia de partículas finas puede conducir a flujo preferencial localizado (acanalamiento) , enlace a áreas de flujo de fluido (cegado o taponamiento) y acumulación de liquido (inundación) . Esta segregación de partículas puede promover problemas durante la extracción y/o procesamiento.

BREVE DESCRIPCIÓN DE IA INVENCIÓN Modalidades de la presente invención reportan en general métodos y composiciones para biomasa obtenida de cultivos en suspensión. En ciertas modalidades, las composiciones y métodos son concernientes con métodos de lixiviación mejorados. Otras modalidades son concernientes con composiciones, métodos y usos para extraer productos y/o biomasa de microorganismos. Algunas modalidades son concernientes con composiciones en suspensión incluyendo pero no límites a microorganismos tales como algas, bacterias, levaduras, hongos y sólidos suspendidos en agua y partículas de agua de desperdicio. Todavía otras modalidades pueden ser concernientes con sistemas y métodos para la separación eficiente de biomasa de un líquido o separación de compuestos objetivo de biomasa (algas) utilizando técnicas de aglomeración .

Algunas modalidades de la presente invención son concernientes con la extracción de compuestos objetivo, tales como biocombustibles, de biomasa, tal como biomasa microbiana. De acuerdo con estas modalidades, un cultivo suspendido (por ejemplo algas) es secado y molido, creando finos y otras partículas pequeñas. Se crea una partícula aglomerada utilizando aquellas partículas pequeñas. En algunas modalidades, las partículas pequeñas retienen mucho de su área superficial individual. Los compuestos o cultivos son luego extraídos de las partículas aglomeradas por medio de técnicas de lixiviación.

En otras modalidades, la biomasa seca y molida de un cultivo en suspensión es aglomerada mediante rodamiento de cultivos en suspensión parcialmente secos, en un aparato con un líquido, opcionalmente, en donde el líquido es administrado al cultivo gota a gota y la formación de un coágulo o grupo de partículas de biomasa y así aglomeración de la biomasa. Los cultivos en suspensión por lo menos parcialmente secos pueden ser expuestos al calor vía aire, luz, microorganismos, luz visible, infrarrojo, otra radiación electromagnética u otra fuente de energía con el fin de deshidratar adicionalmente la biomasa o el cultivo en suspensión .

En algunas modalidades, la presión ambiental es ajustada durante el secado después de la aglomeración con el fin de avanzar la deshidratación de la biomasa.

Todavía otras modalidades reportan cultivos que son usados para el procesamiento y aquellos cultivos que tienen permeabilidad mejorada cuando son expuestos a un agente reactivo o no reactivo en comparación con cultivos no aglomerados .

Otras modalidades reportan cultivos que son expuestos a un gas opcionalmente, en donde el gas es un gas no inflamable y en donde los cultivos aglomerados forman una mezcla no inflamable con el gas.

En ciertos métodos ejemplares, los cultivos aglomerados son expuestos adicionalmente a un solvente y se extraen productos de los cultivos aglomerados. En aquellas modalidades, la proporción de extracción de productos de los cultivos aglomerados es mejorada en comparación con la extracción de productos de cultivos no aglomerados.

En algunas modalidades, la temperatura de secado postaglomeración a presión atmosférica varia de 0 grados Celsius (32 grados Farenheit) a 65.5°C (150 grados Fahrenheit), pero a una temperatura seleccionada que es menor a la temperatura a la cual los compuestos objetivo para extracción son degradados. La temperatura puede variar de 21°C (70 grados Fahrenheit) o mayor a menos de 65.5°C (150 grados Fahrenheit) cuando la presión es atmosférica.

En ciertas modalidades, la presión es menor que la atmosférica y la temperatura es menor de la temperatura a presión atmosférica con el fin de reducir el riesgo de degradar productos objetivo de los cultivos.

En otras modalidades, los cultivos son secados por atomización.

En todavía otras modalidades, las composiciones en suspensión incluyen pero no están limitadas a algas, bacterias, levadura, hongos y sólidos suspendidos en agua o partículas de agua de desperdicio.

En algunas modalidades, se usa un agente aglutinante en la aglomeración de partículas. El agente aglutinante puede incluir almidón de maíz, alginatos, glucosa, sacarosa, fructosa u otros azúcares, ligninas, aglutinantes poliméricos o carbohidratos. Algunas modalidades usan agentes aglutinantes insolubles. En otras modalidades, se puede usar suspensiones en agua o acuosas de cultivos cuando se aglomeran partículas.

En ciertos ejemplos, la proporción de líquido a cultivo puede ser una proporción predeterminada.

Los cultivos aglomerados como se revela en la presente pueden incluir partículas que son del 50 por ciento o 60 por ciento, o 70 por ciento u 80 por ciento o 90 por ciento o más son mayores de 300 mieras de diámetro.

En algunas modalidades, las condiciones de aglomeración son seleccionadas por resistencia y estabilidad de las partículas aglomeradas.

Otras modalidades incluyen un proceso para extraer uno o más compuestos objetivo de biomasa de un cultivo de suspensión, que comprende aplicar un cultivo en suspensión aglomerado a un dispositivo de separación y extraer un compuesto objetivo del cultivo de suspensión aglomerado. El dispositivo de separación puede ser una columna con una alta proporción de aspecto, opcionalmente con una proporción de altura a ancho mayor de uno, en donde la eficiencia de solvente a soluto se incrementa con un incremento en la proporción .

Ciertas modalidades utilizan un aparato para aglomerar un cultivo en suspensión que comprende un recipiente apto de que recibir agua u otro agente, el recipiente apto de moverse en por lo menos una dirección y un soporte anexado al recipiente apto de moverse de un sitio a otro.

Algunas modalidades incluyen un dispositivo para determinar la fuerza de compresión de un comprimido de algas que comprende un dispositivo de prueba de aglomerado, por ejemplo, como se ilustra en las Figuras 6A-6E que tienen por lo menos una capa de tamiz de retención y un drenaje, en donde el dispositivo es apto de determinar la fuerza de compresión del comprimido de algas. Además, las pruebas contempladas en la presente se pueden llevar a cabio en presencia de uno o más solventes para extracción de una o más moléculas objetivo en el material de algas.

En otras modalidades, un compuesto objetivo es extraído de biomasa. La biomasa puede ser secada y luego molida crear finos. Los finos pueden ser aglomerados para crear partículas aglomeradas. Un solvente puede luego ser percolado a través de las partículas aglomeradas para extraer uno o más compuestos objetivo.

En algunas modalidades, se usan técnicas de extracción de lixiviación a contracorriente.

En ciertas modalidades, la biomasa puede ser secada a una temperatura de entre 95°C y 120°C.

En otras modalidades, la presión ambiental es ajustada mientras que se aglomeran los finos con el fin de avanzar la deshidratación de la biomasa.

En algunas modalidades, las partículas aglomeradas son expuestas a una temperatura que varía de 29°C (85 grados Fahrenheit) hasta 65.5°C (150 grados Fahrenheit) .

En ciertas modalidades, un primer solvente es usado para extraer un primer compuesto objetivo y un segundo solvente es usado para extraer un segundo compuesto objetivo.

En otras modalidades, la aglomeración de los finos para crear partículas aglomeradas puede incluir hacer girar los finos mientras que se aplica una solución de humectación (o un agente aglutinante insoluble) .

En todavía otras modalidades, el solvente puede ser aplicado a las partículas aglomeradas a alrededor de 35 °C a exactamente 35 °C.

En ciertas modalidades, las partículas aglomeradas son anexadas a un sustrato neutro. Ejemplos de un sustrato neutro pueden incluyen pero no están limitados a, partículas de plástico, piedra, metal u otro material apropiado.

En ciertas modalidades, las partículas después de la molienda pero antes de la aglomeración pueden ser de 1500 mieras o menor de diámetro, u 850 mieras o menor de diámetro, o 300 mieras o menor de diámetro.

En algunas modalidades, los finos menores de 300 mieras pueden ser separados antes de la aglomeración. En otras modalidades, las partículas aglomeradas menores o iguales a 300 mieras pueden ser procesadas adicionalmente para la extracción del producto objetivo.

Otras modalidades en la presente incluyen cultivos aglomerados en donde el 50 por ciento, o 60 por ciento, o 70 por ciento, u 80 por ciento, o 90 por ciento, o más son mayores de 300 mieras de diámetro.

En algunas modalidades, se pueden crear partículas aglomeradas a una presión sub-atmosférica .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La Figura 1 representa una gráfica de la recuperación por lixiviación de lípidos de algas secas bajo varias condiciones de temperatura de secado y tamaño de partícula molida como función del tiempo.

La Figura 2 representa una gráfica de la recuperación por lixiviación de hexano de algas secas como función del tamaño de partículas.

La Figura 3 representa una ilustración de un aparato de aglomeración ejemplar.

Las Figuras 4A y 4B representan ilustraciones de otros aparatos de aglomeración ejemplares.

La Figura 5 representa una ilustración de aglomerados formados después de la adición incrementada de un liquido, expresado como una proporción de masa de líquido a masa seca de algas.

Las Figuras 6A-6E ilustran dispositivos ejemplares de ciertas modalidades reportadas en la presente.

La Figura 7 representa una ilustración de algas aglomeradas humectadas por solvente en una columna de vidrio.

La Figura 8 representa una gráfica ejemplar del rendimiento de masa de lípido de la lixiviación de hexano de columna de partículas aglomeradas de varias alturas de lecho, utilizando varias proporciones de aplicación de agente de lixiviación .

La Figura 9 representa análisis de cromatografía de gases ejemplares de ácidos grasos de extracto de lixiviación de solvente de algas secas y aglomeradas bajo varias condiciones .

La Figura 10 representa la extracción por lixiviación en una columna alta a alta proporción de aplicación de solvente por una corta duración, seguido por una baja velocidad de aplicación. - La Figura 11 representa datos de la Figura 10 del inicio de la elución a 4.5 horas.

La Figura 12 representa análisis de cromatografía de gases del extracto de lixiviación de hexano compuesto como función del tiempo.

La Figura 13 representa la extracción por lixiviación en pruebas de columna alta a varias duraciones de altas velocidades de aplicación de flujo.

La Figura 14 representa datos de la Figura 13 que muestran una vista detallada de las 12 horas iniciales de extracción por lixiviación en pruebas de columna alta, que ilustran los efectos de velocidad de aplicación de solvente disminuida sobre el rendimiento gravimétrico .

La Figura 15 representa un análisis de cromatografía de gases ejemplar del extracto de lixiviación de hexano total de una prueba de lixiviación de columna.

La Figura 16 representa una gráfica ejemplar de la lixiviación primaria y secundaria de algas secas y aglomeradas a varias alturas de columna y velocidades de irrigación .

La Figura 17 representa una fotografía de una placa de cromatografía de capa delgada (TLC) de extractos de lixiviación de algas de solventes polares y solventes no polares .

La Figura 18 ilustra algunos efectos de la proporción de liquido a sólido sobre la lixiviación agitada de algas secas con solvente (por ejemplo, hexano) .

La Figura 19 representa el rendimiento gravimétrico durante la lixiviación secundaria de algas secas a alturas de lecho variables y velocidades de aplicación de solvente polar .

DESCRIPCIÓN DETALLADA En las siguientes secciones, varias composiciones y métodos ejemplares son descritos con el fin de detallar varias modalidades. Será obvio para el experimentado en el arte que la práctica de las varias modalidades no requiere el empleo de todos o aún algunos de los detalles específicos resumidos en la presente, sino que más bien las concentraciones, tiempos y otros detalles específicos pueden ser modificados por medio de experimentación de rutina. En algunos casos, métodos y componentes bien conocidos no han sido incluidos en la descripción.

Como se usa en la presente "cultivo de suspensión" se puede referir a cultivos hasta el tiempo de la cosecha.

Como se usa en la presente "biomasa" se refiere a cultivos en suspensión en donde el medio ha sido esencialmente separado de los cultivos (por ejemplo, cultivos secos). La biomasa puede ser almacenada mediante cualquier método por cualquier periodo de tiempo apropiado o usada inmediatamente, por ejemplo para la extracción de compuestos objetivo .

Como se usa en la presente "fluido" puede significar un liquido o un gas. Por ejemplo, fluidos de solvente puede ser un liquido y un fluido de secado puede ser un gas.

Como se usa en la presente "aglomeración" puede significar la aglomeración de biomasa seca y molida de un cultivo de suspensión por ciertas modalidades descritas en la presente. Además, "aglomeración" como se usa en la presente puede ser concerniente con la anexión de finos de biomasa seca y molida de un cultivo de suspensión a partículas más grandes, creando partículas más grandes a partir de más pequeñas o anexión de partículas a otras sustancias, tal como un sustrato neutro.

Algunas modalidades de la presente invención son concernientes con la extracción de compuestos objetivo de biomasa utilizando técnicas de aglomeración y/o lixiviación que incrementan el flujo de un solvente de extracción a través de la biomasa que ha sido cosechada de un cultivo de células. De acuerdo con estas modalidades, la biomasa aglomerada puede ser usada en dispositivos de lixiviación agitados, llenos de fluido o de lecho empacado para incrementar la extracción de compuestos objetivo a costo reducido y producción incrementada. Los compuestos objetivo pueden incluir, pero no están limitados a, un producto, un compuesto químico, un biocombustible, moléculas pequeñas, complementos nutricionales y materias primas de alimentos. Materiales de biomasa ejemplares pueden incluir, pero no están limitados a, algas, bacteria, levadura, hongos, sólidos suspendidos en agua y partículas agua de desperdicio. En tanto que la biomasa derivada de cultivo de suspensión es usada en varias modalidades, otras fuentes de biomasa pueden también ser usadas, tales como una biomasa cultivada en un tapete o una masa consolidada.

En algunas modalidades, el cultivo de suspensión puede ser de cultivos de algas. Las algas usadas en estas modalidades pueden incluir especies estacionarias, suspendidas, especies móviles o una combinación. Ejemplos de especies de algas pueden incluir, pero no están limitadas a, Nannochloropsis spp. mientras que otras especies incluyen, pero no están limitadas a, kelp, por ejemplo Saccharina spp. Cualquier cultivo microbiano es contemplado en la presente. Por ejemplo, las algas pueden producir una variedad de compuestos, incluyendo compuestos de lípido usados en varias industrias. Los lípidos pueden ser producidos durante varias etapas del ciclo de la vida de las algas. Varias especies de algas han sido cultivadas y cosechadas por su contenido de lípido, que son producidas por las células y principalmente ubicadas en las paredes celulares y dentro de la célula como productos de almacenamiento, entre otros. Las algas cultivadas que tienen compuestos o productos de interés pueden ser recolectadas y concentradas, o "deshidratadas", antes de la recuperación de compuestos objetivo.

Los compuestos objetivo pueden ser extraídos de organismos cultivados (por ejemplo, algas, bacterias, etc.) utilizando técnicas de extracción por lixiviación. Durante la extracción de lixiviación, se pueden usar solventes para liberar moléculas objetivo de los organismos. Compuestos no polares cosechados de un cultivo de algas, por ejemplo, pueden incluir, pero no están limitados a, triglicéridos , diglicéridos , monoglicéridos, ácidos grasos poliinsaturados (PUFA) y ácidos grasos libres (FFA) y otras moléculas conocidas en el arte. Componentes polares que pueden ser cosechados de, por ejemplo, cultivos de algas pueden incluir, pero no están limitados a, fosfolípidos , ácido eicosapentaenoico (EPA) , ácido docosatetraenoico (ácido adrénico) , ácido docosahexaenoico (DHA) , ácido docosapentaenoico (DPA) y ácido eicosatetraenoico (ácido araquidónico o ARA) y otras moléculas polares conocidas en el arte que son producidas por algas. Alternativamente o junto con estas extracciones, algunas modalidades operan en ausencia de una o más de las moléculas objetivo polares o no polares (por ejemplo, PUFA) . De acuerdo con estas modalidades, los ácidos grasos saturados objetivo en el intervalo de C16 y C18 en un medio ambiente con bajas cantidades o cantidades incidentales de PUFA (por ejemplo, C20:4 y C20:5) pueden ser producidos y aislados mediante métodos revelados en la presente.

En ciertas modalidades, las algas pueden ser procesadas en una solución acuosa, o secadas para procesamiento, con ausencia parcial o sustancial de agua. Se ha demostrado que el secado de las algas para la recuperación de lipidos puede ser mejorada a ciertas temperaturas para una mejor de recuperación de componentes lipidos. De acuerdo con estas modalidades, las algas pueden ser secadas a temperaturas que varían de 85°C a 100 °C, o aún a temperaturas mayores de 100°C (por ejemplo, alrededor de 112°C) . En un ejemplo, las algas fueron secadas a temperaturas mantenidas en pruebas separadas a 65, 75, 85 y 100 grados Celsius (°C) y al masa solidificada fue luego molida y triturada. Fracciones de tamaño seleccionados (aquellas que pasan un tamiz de 1 mm pero son retenidas por un tamiz de 850 mieras, esto es, -1 mm +850 pm) , fueron luego lixiviadas por agitación en hexano por comparación con cultivos no mantenidos a estas temperaturas para el secado y comparadas entre las temperaturas seleccionadas. Una muestra de algas secada a 100°C pero que también contiene una distribución de partículas todas de tamaño menor de 300 mieras fue también incluida. Véase, por ejemplo, Figura 1.

En ciertas modalidades, el secado se puede llevar a cabo mediante aplicación de luz incidente u otra energía (por ejemplo, microondas) , mediante aplicación de calor, o mediante el paso de aire ambiente o aire calentado a través o sobre el material aglomerado. El secado se puede usar para incrementar la extracción por lixiviación subsecuente. Esto se puede llevar a cabo al separar el líquido de membranas celulares para reducir la dilución y la penetración incrementada por solventes, permitiendo así mejor acceso del solvente a los compuestos de interés, incrementando así la extracción por lixiviación utilizando aplicaciones de solvente. Temperaturas de secado especificas mantenidas o que llegan a un nivel máximo pueden ser optimizadas para la extracción por lixiviación mejorada de compuestos. Las algas secadas a temperaturas mayores de 85°C, especialmente en la región de 100° a 112°C, se encontró que proveen extracción de líquido mejorado de por ejemplo, Nannochloropsis spp. en la lixiviación subsecuente. Véase, por ejemplo Figura 1. Las temperaturas de secado por encima de aquellas a las cuales los componentes contenidos en la biomasa comienzan a romperse son sub-óptimas, por ejemplo Nannochloropsis spp. secado a aproximadamente 148 °C fue ennegrecido, exhibió un olor achicharrado y produjo un extracto de lixiviación de hexano de color casi negro (datos no mostrados) .

De acuerdo con algunas modalidades, una retorta de biomasa con un contenido de materia seca que varia de alrededor de l%-99% es secada hasta que la retorta tiene un contenido de materia seca que varia de alrededor de 90%-100%. De acuerdo con algunas modalidades, la biomasa puede ser secada a una temperatura de o mayor de aproximadamente 85°C, o de o mayor de aproximadamente 100 °C o más alta. De acuerdo con estas modalidades, la biomasa puede ser secada por encima de la temperatura de pasteurización, de tal manera que la biomasa puede ser procesada sin pasteurización. De acuerdo con algunas modalidades, el procesamiento de la biomasa puede requerir disrupción celular y/o permeación. En aquellas modalidades, la permeación de la célula puede ser suministrada mediante secado, que encoge las membranas y elimina el comportamiento oleofobico y permite la penetración por solventes no polares. Además, durante el proceso de secado (y/o el proceso de manipulación inicial) , se pueden generar partículas muy pequeñas (por ejemplo, "finos") lo que puede ayudar en los procesos de molienda subsecuentes, como se describe posteriormente en la presente.

De acuerdo con algunas modalidades, el cultivo (por ejemplo, algas) es procesado de una manera particular para extraer eficientemente compuestos de interés. Por ejemplo, microorganismos secos (por ejemplo, algas) son molidos para formar partículas de tamaño más pequeño, lo que permite mejor contacto del fluido con solventes posteriores (por ejemplo, agentes de lixiviación) . Además, si la biomasa es secada altamente, las partículas pequeñas (por ejemplo, polvo, hojuelas o finos) pueden ayudar en la molienda de la biomasa, siendo casi de tamaño suficientemente fino y deseado. Aquellas partículas más pequeñas pueden luego forma partículas compuestas (por ejemplo, aglomerada), como se describe en más detalle posteriormente en la presente. Al mismo tiempo, aún cuando las partículas más pequeñas son aglomeradas a partículas más grandes, aquellas partículas más pequeñas pueden todavía ser identificadas fácilmente (por ejemplo, identificadas visualmente) dentro de las partículas aglomeradas, demostrando que el área superficial de la partícula más pequeña puede ser utilizada para el mejor contacto con el solvente. Véase, por ejemplo Figura 20. Así, una partícula aglomerada, que es un compuesto de partículas más pequeñas, tiene mayor área superficial que por ejemplo, una partícula cilindrica formada por ejemplo por medio de un proceso de extrusión.

Un aspecto de este procesamiento es la anexión de fracciones de tamaño fino, también denominadas como "finos", a partículas más grandes en un proceso denominado como aglomeración. Las partículas así formadas son conocidas como "aglomerados" o "comprimidos". Los aglomerados son agregaciones de partículas en las cuales las partículas finas son fijas a partículas más grandes y/o entre sí. Esta fijación puede ser una anexión semi-permanente y es distinta de la floculación o aglomeración de células de algas en cultivos de suspensión acuosos bajo la influencia de fuerzas de reacción débiles. Estos floculados (" flóculos" ) , o grandes grupos de células, son formados en suspensión acuosa y son de poco uso en el procesamiento de secado de algas debido a que las fuerzas de atracción débiles no sobreviven a la remoción del agua. Similarmente, aunque las partículas finas secas se pueden cargar electrostáticamente y de manera temporal ser atraídas entre sí, este efecto no dura cuando son humectadas con solventes de extracción. Para ser útiles para el procesamiento de extracción de las algas, la anexión de partícula a partícula debe permanecer prevalente y efectivo e impedir el desprendimiento y movilización de las partículas finas .

En ciertas modalidades, la aglomeración de microorganismos puede incluir usar biomasa seca y triturada o molida agitada mediante rodamiento en un recipiente. Recipientes contemplados para uso en la presente pueden incluir, pero no están limitados a, un tubo, barril, tambor, o disco giratorio. En ciertas modalidades, se puede aplicar un líquido a los cultivos en suspensión gota a gota o de otra manera. Algunas modalidades usan gotas discretas de líquido para la humectación localizada de partículas que forman subsecuentemente un núcleo para la anexión de otras partículas .

En algunas modalidades, la aglomeración se puede llevar a cabo utilizando constituyentes que se presentan naturalmente o endógenos de algas que, cuando son combinados con agua, son aptos de anexarse y enlazarse a partículas. Así, en aquellas modalidades, solamente se agrega agua a las algas cuando se crean las partículas aglomeradas. En otras modalidades, un cultivo de suspensión de células en agua puede ser agregado como el líquido para provocar la aglomeración de otra biomasa seca, eliminando la necesidad de separación de las células suspendidas del agua. Cuando el líquido es agregado a la biomasa seca y molida, la humedad del agua agregada obtiene la anexión de las partículas finas y aquella humedad adicional puede ser separada mediante secado antes de la lixiviación. Otras modalidades utilizan aglutinantes que pueden ser agregados al material destinado para la extracción por lecho empacado con el intento de formar aglomerados en donde el agente de aglutinación induce aglomeración o incrementa la proporción de aglomeración o los semejantes. Algunos aglutinantes contemplados para uso en la presente incluyen, pero no están limitados a, azúcares, almidones, almidón de maíz, melazas, alginatos, glucosa, sacarosa, fructosa u otros azúcares, ligninas, aglutinantes poliméricos, o los semejantes, u otros agentes aglutinantes conocidos. De acuerdo con estas modalidades, un aglutinante debe ser insoluble en el agente de lixiviación con el fin de obtener aglomeración o ser solubles dependiendo de las condiciones y compuestos objetivo que se buscan.

En algunas modalidades, las partículas después de la molienda pero antes de la aglomeración pueden ser de 4000 mieras o menor de diámetro, u 850 mieras o menor de diámetro, o 300 mieras o menor de diámetro, etc. Después de la aglomeración, las partículas pueden ser de 300 mieras o más de diámetro, o 500 mieras o más de diámetro, o 2000 a 5000 mieras o más de diámetro. Otras modalidades en la presente incluyen cultivos aglomerados en donde el 50 por ciento, o 60 por ciento, o 70 por ciento, u 80 por ciento, o 90 por ciento, o más son mayores de 300 mieras. Así, los microorganismos pueden ser molidos, convertidos en hojuelas, triturados, etc., a tamaños pequeños que permiten mayor contacto con los solventes.

En algunas modalidades, el cultivo aglomerado es sometido a procesamiento adicional. Por ejemplo, el cultivo aglomerado puede ser secado (o secado adicionalmente ) mediante calor o aire (o ambos) aplicados al cultivo aglomerado, lo que puede mejorar la robustez de las partículas aglomeradas (aglomerados) al contacto físico y químico y mejorar la recuperación por lixiviación subsecuente de los compuestos objetivo. Las temperaturas de secado de post-aglomeración pueden ser las mismas como para el secado inicial de la biomasa: a presión atmosférica la temperatura puede variar de 0o Celsius (32 grados Fahrenheit) hasta una temperatura en donde los compuestos deseables en las algas son degradados. De acuerdo con estas modalidades, en el caso del secado a presión atmosférica de algunas especies de algas, una temperatura de secado puede ser mayor de 29°C (85 grados Fahrenheit) pero menor de 65.5°C (150 grados Fahrenheit) . Las presiones atmosféricas que disminuyen de la ambiente pueden disminuir la temperatura a la cual se presenta el secado. Esto puede ser usado para obtener aglomerados esencialmente secos , a completamente secos sin incurrir en degradación de los compuestos fáciles de degradar, si se desea.

Algunas modalidades son concernientes con el secado por atomización de una solución que contiene algas para producir partículas de algas predominantemente secas para prepararlas para la lixiviación de lecho fijo optimizado como se describe en la presente. La preparación de aglomerados mediante el secado por atomización reduce la necesidad del pre-secado y molienda de las algas. El secado por atomización adicional u otro tratamiento de aglomeración, por ejemplo impartir acción rodante, puede ser necesaria para aglomerar subsecuentemente las partículas secadas por atomización para crear un tamaño de partícula deseable con tamaños de poro concomitantemente más grandes cuando son colocadas en un lecho empacado. En otras modalidades, la aglomeración de las algas puede ser obtenida mediante secado por atomización de una solución de algas y aglomeración del cultivo concurrentemente con la remoción de agua para la lixiviación de lecho empacado optimizado subsecuente. Las técnicas de secado por atomización útiles en estas modalidades incluyen secado controlado por la temperatura dentro y fuera de la corriente de aire de secado por atomización. En otras modalidades, la variación de temperatura utilizada para secar algas puede ser usada para optimizar la extracción por lixiviación subsecuente. El agua usada durante la aglomeración puede ser removida por ejemplo, mediante secado subsecuente, una vez que se obtiene una anexión de finos deseada.

Asi, en algunas modalidades, las células concentradas húmedas pueden ser secadas a una temperatura predeterminada apropiada para el cultivo de suspensión de interés como se describe anteriormente. Una vez secos, estos cultivos pueden ser molidos a tamaños de distribución de partícula predeterminados y aglomerados como se describe en la presente. Opcionalmente, ciertas modalidades proveen el resecado a intervalos de temperatura similares como se determina inicialmente después de la aglomeración, como necesario. Se contempla en la presente que una o más etapas de secado pueden ser usadas con el fin de obtener un aglomerado esencialmente seco apropiado para la extracción de compuestos objetivo de un cultivo de suspensión.

En ciertas modalidades, las partículas aglomeradas son colocadas en un lecho para lixiviación mediante el flujo hacia arriba o hacia abajo de un solvente. La anexión de partículas finas a otras partículas finas también como a partículas más grandes para incrementar el tamaño de partícula promedio efectivo puede hacer al material fino más resistente al ser transportado del lecho de lixiviación mediante el flujo del fluido. Así, algunas modalidades usan técnicas de aglomeración que obtienen una agregación semi-permanente y aglomeración de partículas para formar partículas más grandes e impedir la movilización y transporte de partículas más finas dentro de un lecho empacado suficientemente para mantener el flujo del fluido a través del lecho empacado. De esta manera, aquellas modalidades mantienen un lecho más uniforme y permeable de partículas e impide la segregación y migración de dichas partículas durante la lixiviación, lo que puede conducir al flujo preferencial de solvente a algunas áreas (esto es, "acanalamiento" ) y flujo reducido a otras áreas (por ejemplo, "taponamiento"). Además, al mantener espacios intersticiales relativamente abiertos entre partículas (referidos como "poros") en todo el lecho de material (también denominado como "lecho empacado", "lecho fijo", o simplemente "lecho"), un solvente puede ser aplicado uniformemente en todo el lecho empacado, lo que puede incrementar la recuperación de compuestos extraibles. En algunas modalidades, las partículas de biomasa (por ejemplo, finos) pueden ser aglomerados con un sólido no reactivo, tal como un sustrato neutro. El sólido no reactivo actúa como una estructura para mantener la estructura de lecho fijo durante el proceso de lixiviación subsecuente .

Algunas modalidades son concernientes con el uso de la lixiviación de lecho fijo. La configuración de uso de lixiviación de lecho fijo permite lixiviación secuencial bien diferenciada. Enseguida de la extracción de un primer solvente para extraer un compuesto, la columna puede ser secada si se desea con una corriente de gas, luego un segundo solvente puede ser aplicado que extrae compuestos predominantemente diferentes del primer solvente. Estos procesos pueden evitar la contaminación de un agente de lixiviación con otro o la mezcla de agentes de lixiviación lo que puede afectar el procesamiento de compuestos objetivo. En ciertas modalidades, las algas aglomeradas en la lixiviación de lecho fijo permite el fácil cambio de un solvente a un solvente diferente. De acuerdo con estas modalidades, el hexano puede ser seguido por etanol (se pueden usar solventes no polares o solventes polares), lo que puede permitir la segregación simplificada de compuestos. Esta técnica de separación de solventes puede evitar la separación post- procesamiento costosa de solventes y compuestos lixiviados de otra manera mezclados. En algunas modalidades, múltiples solventes son seleccionados de tal manera que pueden ser mezclados conjuntamente y aplicados simultáneamente.

Enseguida de la aplicación de por lo menos un segundo (por ejemplo un tercero, un cuarto, etc.) solvente, el lecho puede ser purgado del solvente y opcionalmente secado otra vez antes de la descarga. Se contempla en la presente que los solventes pueden ser mezclados, por ejemplo dos o más solventes pueden ser mezclados y usados en cualquier proceso de extracción descrito en la presente (por ejemplo, hexano y etanol, metanol, cloroformo, etc.). Asi, mediante el tratamiento en un lecho empacado permeable, varios solventes de carácter químico preferido, por ejemplo polares y no polares, pueden ser aplicados secuencialmente para extraer compuestos de interés diferentes de la masa de muestra, también conocida como la "carga". Esto aplicación secuencial de tipos de solventes permite la recuperación y segregación separada de productos extraídos . Esta segregación puede ser deseable para la reducción de costos posteriores de purificación y separación de un compuesto de otro. La lixiviación secuencial puede también proveer la oportunidad para producir un producto más puro, un compuesto objetivo o extracto de biocombustible . En ciertas modalidades, los compuestos indeseables pueden ser eluidos o separados de un cultivo aglomerado antes de la lixiviación del compuesto ob etivo .

En algunas modalidades, el solvente es usado en un sistema de percolación en el cual el solvente se enjuaga a través de partículas agregadas, en lugar de un sistema en el cual se usa el solvente para cubrir las partículas de biomasa. El uso de un sistema de percolación permite que el solvente disuelva el soluto a medida que pasa a través de la partícula agregada (por ejemplo, alrededor de las partículas más pequeñas que componen la partícula agregada) . La partícula agregada puede ser orientada en una posición vertical con el solvente introducido en la parte superior de la partícula agregada, de tal manera que gravedad puede jalar el solvente a través de la partícula agregada y hacia fuera de su base (por ejemplo, fondo) . En estas modalidades, el solvente puede ser usado solo una vez (por ejemplo, sin una necesidad de recirculación) , lo que disminuye la cantidad de tiempo y solvente necesarios. En otras modalidades, el solvente se puede hacer circular a través del lecho para incrementar la concentración de compuestos extraídos, por ejemplo, para obtener una concentración deseada de soluto o para reducir la cantidad de solvente y soluto a ser procesados para separación. En algunas modalidades, el tiempo de lixiviación puede ser de aproximadamente 24 horas o menos.

De acuerdo con algunas modalidades, la aglomeración puede mejorar el flujo del fluido, tanto de solventes como de otros fluidos, a través de un lecho empacado. El flujo de fluido mejorado dentro de un lecho de partículas aglomeradas puede mejorar la extracción de solventes (recuperación por lixiviación) , incrementar rendimientos e incrementar la eficiencia de recuperación de compuestos deseables del material en el lecho empacado. El flujo de fluido mejorado a través de un lecho empacado de partículas aglomeradas puede incrementar la extensión y proporción de extracción de las operaciones de lixiviación. Las mejoras de aglomeración de percolación y porosidad de lecho puede incrementar la seguridad durante la lixiviación y otro manejo de solventes potencialmente inflamables, por ejemplo, mediante purga o secado de la muestra después de la lixiviación. También, la seguridad puede ser mejorada por medio de la habilidad de inundar los poros . de lecho fijo con gases que crean una mezcla no inflamable con solventes inflamables. Fluidos no inflamables contemplados para uso en la presente incluyen, pero no están limitados a, nitrógeno o dióxido de carbono. Solventes inflamables para uso en la presente incluyen, pero no están limitados a, hexano y etanol.

El uso de partículas de algas aglomeradas en configuración de lixiviación agitada puede mejorar la capacidad de filtración de las partículas después de la lixiviación. Al mejorar la capacidad de filtración, más agente de lixiviación y compuestos objetivo pueden ser recuperados. Además, al proveer características de percolación y drenaje mejoradas, la aglomeración reduce la cantidad de agente de lixiviación y/o agente de enjuague dejados en los sólidos ya sea en el material filtrado o lechos empacados. Además, las algas pueden ser tratadas tanto antes como durante la extracción por lixiviación para mejorar la recuperación de los compuestos objetivo. Aquellos tratamientos incluyen mantener la temperatura durante el secado de las algas, mantener el tamaño de partícula de las sólidos de algas sometidos a lixiviación, mantener la proporción de masa de líquido a sólido ("L/S") durante la lixiviación y mantener la temperatura del solvente o "agente de lixiviación". Algunos de aquellos tratamientos son descritos en más detalle posteriormente en la presente.

Otras modalidades concernientes con proporciones variables del solvente a masa sólida con el fin de optimizar la extracción de productos de biomasa. En algunas modalidades, la combinación óptima o intervalo de proporción (es) de líquido a sólido (L/S) pueden ser determinadas mediante pruebas de lixiviación a varias proporciones de L/S. El uso de una condición de proporción de L/S óptima puede minimizar la destilación de energía intensa del solvente en exceso de los compuestos extraídos en el producto lixiviado, y todavía asegura que el solvente esté presente para obtener la recuperación apropiada de compuestos deseables durante la lixiviación ya sea en la configuración de lecho empacado o configuración de lecho agitado.

Algunas modalidades presentadas en la presente son concernientes con lixiviación en una configuración de lecho fijo utilizando una alta proporción de longitud a diámetro. La alta proporción de aspecto puede ser mayor de longitud 1 a diámetro, o 5 ó 10 o más. Esto puede optimizar la lixiviación al minimizar la cantidad de agente de lixiviación mientras que se optimiza la cantidad de soluto en el lixiviado de salida y mediante contacto a contracorriente minimizando la resistencia la extracción del soluto de las concentraciones de equilibrio del soluto en solvente y sustrato. En otras modalidades, la lixiviación como se revela en la presente puede ser obtenida en un recipiente de contención de alto aspecto e incluir potencialmente lixiviación mediante ambos agentes de lixiviación primarios y secundarios, esto es, extraer compuestos deseables con un agente de lixiviación, seguido por extracción por lixiviación con un segundo agente. Los agentes de lixiviación primarios y secundarios pueden diferir por clasificación química general, por ejemplo, por solventes polares y no polares, o por especificidad o intensidad, por ejemplo, etanol y cloroformo.

Ciertas modalidades son concernientes con temperaturas variables durante la lixiviación para mejorar la extracción de compuestos deseables. La temperatura incrementada en relación con la temperatura ambiente, temperatura ambiente o temperatura del aire (por ejemplo, cuando se opera al exterior o en un área sin calentar) puede mejorar la fluidez de los solventes y compuestos extraibles e incrementar la actividad química de los solventes en la disolución de solutos y puede ser usada para mejorar la lixiviación de compuestos de biomasa. En algunas modalidades, la temperatura usada durante el proceso de lixiviación (y otros procesos) puede ser de aproximadamente 35°C, o puede ser menor de 35°C. La temperatura puede ser mantenida estable o puede variar. En algunas modalidades, el mantenimiento de una temperatura deseable durante la lixiviación puede ser usada para inhibir o reducir la extracción de ciertos constituyentes menos deseables que son más solubles a otras temperaturas. En todavía otras modalidades, un intervalo de temperatura puede ser mantenido por una porción de un ciclo de lixiviación y alterada a un intervalo de temperatura diferente para otra porción de un ciclo de lixiviación.

Otras modalidades concernientes con lixiviación de partículas aglomeradas llevada a cabo en configuración de agitación, percolación o configuración de lecho inundado. De acuerdo con estas modalidades, la lixiviación por percolación puede proveer un medio ambiente para condiciones de lixiviación a contracorriente, sin el gasto de energía de suspender mecánicamente la biomasa en el solvente.

La lixiviación por agitación es apta de extraer fácil y rápidamente compuestos lixiviados en un periodo corto. La lixiviación inundada no requiere introducción de energía continua al sistema de lixiviación, pero puede necesitar múltiples etapas para obtener el contacto a contracorriente. Así, varias restricciones del sitio o proceso pueden favorecer la aplicación de una, o una combinación de estas configuraciones de lixiviación con respecto a otro, pero bajo varias condiciones cualquiera de estos métodos puede ser más deseable para práctica de lixiviación utilizando biomasa aglomerada .

Ciertas modalidades concernientes con determinar la fuerza relativa y estabilidad de aglomerados para optimizar condiciones de aglomeración. Una prueba de inmersión utilizando comprimidos en el solvente relevante es apta de demostrar durabilidad del aglomerado cuando es saturado con el solvente. Una prueba de resistencia utilizando aglomerados secos colocados en un dispositivo de compresión, con o sin la presencia de solvente, puede ser usada para demostrar integridad mecánica y durabilidad durante el manejo y lixiviación. Por ejemplo, la Figura 3 ilustra un dispositivo ejemplar para determinar la fuerza de compresión y otros parámetros de comprimidos (por ejemplo, comprimidos de algas) o para simular el peso de los aglomerados en una columna. Una masa de compresión es colocada sobre una placa de seguidor, que sirve para comprimir los aglomerados dentro de las paredes cilindricas de una columna de prueba. El valor de masa de la masa de compresión ilustrada puede ser seleccionada para representar una cierta masa de cultivo de suspensión (por ejemplo, algas) y/u otros componentes que normalmente provocarían un incremento de presión hacia el fondo de la columna u otro recipiente debido a la gravedad. En lugar de construir una columna más alta para probar la presión y otras características en el fondo de la columna, una columna de prueba más corta puede ser usada con la masa de compresión para replicar la fuerza de presión hacia el fondo de la columna que normalmente daría como resultado la profundidad incrementada de una columna más alta. Diferentes valores de masa de compresión pueden ser usados para replicar columnas de profundidades o alturas diferentes. Además, estos dispositivos pueden incluir un drenaje como se ilustra y pueden ser adaptados para uso de solventes. Algunos dispositivos contienen múltiples tamices de retención de capas (por ejemplo, aluminio) para soportar aglomerados. La resiliencia de los aglomerados puede ser probada utilizando este dispositivo.

En ciertas modalidades, se contemplan kits en la presente. Por ejemplo, un kit puede incluir, pero no está limitado a composición de comprimido alojadas en un recipiente de uso para extracción futura de productos objetivo. Un comprimido en un kit puede incluir partículas aglomeradas en donde la mayoría, mayor de 50 por ciento del comprimido incluye partículas aglomeradas de 300 mieras o mayores. En otras modalidades, los kits pueden ser almacenados a una variedad de temperaturas con el fin de optimizar la vida en anaquel del comprimido dependiendo de la biomasa microbiana usada. En ciertas modalidades, un kit puede ser mantenido a temperatura ambiente. En otras modalidades, un kit puede ser mantenido en un refrigerador o congelador o aún almacenado en nitrógeno líquido.

Cualesquier recipientes de uso para contener óptimamente los componentes de un kit son contemplados en la presente.

EJEMPLOS A continuación se presentan varios ejemplos que ilustran varias modalidades y combinación de modalidades, reveladas en la presente. Se comprenderá por el experimentado en el arte que ciertos parámetros son parámetros ejemplares y estos parámetros pueden variar dependiendo de las condiciones y otros factores.

EJEMPLO 1 La Figura 1 representa una demostración de la recuperación por lixiviación de lípidos de algas secas, como función de la temperatura de secado y tamaño de partícula. Como se ilustra en la Figura 1, cuando es lixiviada en medios ambientes agitados comparables, una muestra de fracción de tamaño de -1 mm +850 mieras secada a 100°C obtuvo una extracción significativamente más alta de lipidos en una base en masa en comparación con las otras fracciones de mismo tamaño y una muestra de 300 mieras que contiene una distribución de partículas significativamente más pequeñas obtuvo la extracción más alta. Se ha demostrado que las temperaturas elevadas pueden en algún punto dar como resultado degradación de componentes lipidos de algas, el nivel al cual esto ocurre durante el secado todavía no se ha establecido plenamente. En tanto que una temperatura ha sido identificada a la cual la composición de los lipidos de algas puede ser alterada, se ha demostrado que esta temperatura es mayor de 112°C. Puesto que la masa de algas, por ejemplo, como sólidos de filtración o de centrífuga o "retorta", seca completamente y de manera razonable a 100 °C, esto provee un parámetro para el cual la extracción puede ocurrir sin riesgo de alterar los lipidos de algas. Las pruebas subsecuentes, utilizando algas Nannochloropsis salina secada a temperatura sostenida de 112°C y luego lixiviadas en pruebas de rodamiento y columna de botella agitada, demostraron que el secado hasta 112 °C no disminuyó la recuperación o demostró algún daño a los lipidos contenidos.

Cuando las algas deshidratadas, por ejemplo, retorta de filtro de cultivo de algas o sólidos centrifuga-recolectados, son secados plenamente, las células de tamaño de 2-10 mieras que comprende la materia de algas forman una masa solidificada y endurecida que es fritable. La lixiviación de las algas secas como una masa consolidada puede dar como resultado baja recuperación de extracción del compuesto de interés, debido en parte a las trayectorias de flujo de difusión extendida para el solvente para llegar a compartimientos celulares y para los compuestos extraídos de interés se difundan de la masa consolidada y a lo lejos de la masa de algas a la solución de solvente global. Además, el área superficial de una masa consolidada es muy baja, en una base unitaria, por ejemplo cm2/gramo. Para minimizar el tiempo de extracción y mejorar la recuperación por lixiviación, las algas secas pueden ser sometidas a reducción de tamaño de partícula mediante rompimiento, trituración y molienda. Se demostró que la recuperación por lixiviación subsecuente puede ser mejorada a ciertos tamaños de partículas de algas secas. Por ejemplo, las partículas más pequeñas de algas secas en general se lixivian más rápido que las partículas más grandes.

Ejemplo 2 En un método ejemplar, cultivos de algas fueron secados 100 grados Ceisius y la masa consolidada triturada finamente. La muestra fue luego seleccionada o "tamizada", para separar las partículas de algas en varias clasificaciones de tamaño. Sub-muestras de cada intervalo de tamaño fueron luego sometidas a lixiviación agitada en hexano en pruebas paralelas para determinar la proporción y extensión de recuperación por lixiviación en una base en masa. Una muestra lixiviada en paralelo con las muestras de clasificación de tamaño estrecho consistía de material finamente triturado que no fue tamizado, representando la "mezcla de molienda". Condiciones para lixiviación en este ejemplo fueron una proporción en masa L/S de 5 a 1 a temperatura ambiente. Algunos de los resultados de estas pruebas de lixiviación son ilustrados en la Figura 2.

La Figura 2 representa una gráfica de la recuperación por lixiviación de hexano de algas secas como función del tamaño de partícula. Se demostró que las partículas que se presentan fracciones de tamaño más grande (por ejemplo, -1 mm +850 µp?) fueron menos accesibles a la extracción de hexano de lípidos en comparación con fracciones de tamaño más pequeño (por ejemplo, -300 + 147 µp?) . Además, la recuperación por lixiviación en estas pruebas no mejoró significativamente con las fracciones de tamaño sucesivo trituradas más finas de -300 +147 mieras. Por consiguiente, como se ilustra en la presente, las partículas más pequeñas de algas secas se lixivian más eficientemente que las partículas más grandes, cuando son lixiviadas bajo condiciones similares y obtienen una extensión mayor de recuperación por lixiviación de compuestos deseables. En ciertas modalidades, cuando se lleva a cabo en un medio ambiente de proceso agitado, estos finos presentan inconvenientes mínimos durante la lixiviación, aunque la separación líquido-sólido subsecuente a la lixiviación se vuelve progresivamente más problemática con el tamaño de partícula más fino.

En otros métodos ejemplares, se ha demostrado que hay dificultades que frecuentemente surgen cuando se intenta hacer pasar fluidos a través de lechos asentados o empacados de material finamente triturado. En estos métodos, la presencia de finos puede conducir a migración de los finos o minimización de poros que representan canales de flujo del fluido para extracción en el lecho empacado. El flujo de fluidos es afectado negativamente por estos finos. Los finos pueden disminuir significativamente el tamaño de canal de flujo y reducir la recuperación de compuestos de interés. La migración de finos o tamaño reducido de poros en un lecho empacado pueden conducir a un flujo preferencial de solvente a algunas áreas, "acanalamiento" y flujo reducido a otros, "cegado" u obstrucción de esencialmente todo el flujo, "taponamiento". Estos problemas de flujo inhiben el contacto sólido-líquido y pueden reducir o aún impedir la extracción de componentes, enjuague de lecho o secado, en que el solvente se puede atrapar y ser retenido en áreas del lecho empacado. En un ejemplo de la lixiviación sin aglomerado de sólidos secos (véase Ejemplo 1), una carga de algas trituradas y molidas que contenia aproximadamente 20% masa más pequeña de 300 mieras, fue colocada en una forma tal como es producida en una columna de 76 mm (3 pulgadas) de diámetro por 510 mm (20 pulgadas) de alto. Cuando el solvente fue aplicado a lo alto de la columna, la columna pronto fue no apta de hacer pasar el solvente a través del lecho en cantidades útiles y la columna se había taponado efectivamente. Aún la aplicación subsecuente de gas de nitrógeno presurizado a 152 kPa (10 libras/pulgadas manométricas o 22 libras/pulgada cuadrada absoluta) a lo alto de la columna no fue apta de forzar cantidades útiles del solvente a través del lecho empacado y la prueba fue terminada. Subsecuentemente, la selección de una carga de algas triturada y molida para remover sustancialmente todas las partículas de tamaño menor de 300 mieras fue apto de producir un lecho fijo permeable para la extracción por hexano de lípidos, pero a costo agregado de procesamiento y con la pérdida concurrente del proceso de aproximadamente 20% de la masa de muestra.

En ciertos métodos ejemplares, es posible crear partículas más grandes y así reducir o remover finos menores de 300 mieras con el fin de crear o mantener espacios (poros) entre partículas en el lecho para reducir o eliminar los efectos de flujo adverso de las partículas pequeñas y finos. En ciertos métodos, se puede usar aglomeración en donde las partículas más pequeñas están anexadas a las partículas más grandes o entre sí para producir partículas compuestas más grandes. Cuando los finos están anexados, ya no están disponibles para transporte o migración, el tamaño de partícula promedio efectivo es incrementado y el tamaño de poro dentro del lecho empacado asimismo es incrementado. Los poros más grandes y un número incrementado de poros puede proveer menos resistencia al flujo del fluido. Cuando el material aglomerado es sometido a lixiviación, el solvente puede ser aplicado más igualmente en todo el lecho, a velocidades de flujo más altas, conduciendo a recuperación más rápida y mayor de compuestos extraíbles.

En ciertos métodos, la aglomeración puede ser obtenida por el contacto partícula a partícula en presencia de por ejemplo un compuesto complementario, denominado como "aglutinante", que provoca que las partículas se adhieran entre sí. Un aglutinante puede ser ya sea un aditivo o un constituyente previo de la carga. Frecuentemente, el aglutinante es activado por la adición de un líquido, aunque otras sustancias reactivas podrían ser usadas. En algunas modalidades, la aglomeración es llevada a cabo el inducir el movimiento rotacional de las partículas, poniéndolas en contacto entre sí. En un ejemplo, la aglomeración de cultivos de suspensión puede ser obtenida en un recipiente que tiene cultivos secados y triturados al hacer girar el recipiente de tal manera para provocar que las partículas se mueva en cascada y rueden más allá una de la otra al interior del recipiente. Ciertos métodos pueden incluir un agente aglutinante para ayudar en la aglomeración de partículas más finas a partículas más grandes y entre sí. En ciertos métodos se puede agregar un líquido como gotas burdas o grandes en contraposición a una niebla.

Las gotas burdas pueden proveer un núcleo con un área superficial húmeda para ayudar en la aglomeración de partículas. El líquido puede ser agregado intermitente o continuamente hasta que se obtiene una anexión de partícula suficiente. En ciertos cultivos de suspensión secos, materiales naturales suficientes han mostrado estar presentes para efectuar la aglomeración con la adición de agua, sin agregar agentes de enlace exógenos . Esto puede reducir los costos en tanto que incrementa la producción de estos cultivos. Así por ejemplo, el promover la auto-aglomeración (por ejemplo, con ciertas especies de algas) cuando se usan aplicaciones de agua de curso solamente pueden ser un ahorrador de costo significativo, también como un factor contribuyente a la pureza de los productos producidos. En estos procesos ejemplares, no habría necesidad de remover el agente de enlace agregado de un compuesto o producto cosechado de los cultivos de suspensión.

Ejemplo 3 En un método, un recipiente de 1 L fue equipado con un separador (cuña) , para elevar un extremo del recipiente para contener algas secas y molidas a medida que el recipiente se hizo rodar en posición horizontal sobre un tamboreador oscilante pequeño. A medida que el recipiente rodó, se agregó agua con una botella de atomización a medida que las algas caían. La Figura 3 ilustra las algas siendo aglomeradas con este montaje. La Figura 3 representa la aglomeración de algas secas y molidas utilizando una técnica de tamboreador oscilante en un recipiente de 1 litro.

Para la aglomeración de muestras más grandes, se usó un mezclador de cemento eléctrico de 42 litros (1.25 pies cúbicos) de capacidad. Las Figuras 4A y 4B representan un montaje más grande. Las Figuras 4A y 4B representan un mezclador más grande (por ejemplo, dimensionado de cemento) usado para aglomeración de volúmenes más grandes de cultivos de algas. La Figura 4A representa un mezclador eléctrico y la Figura 4B representa algas en el mezclador más grande, nótese que la acción de cascada de las partículas de algas dentro del mezclador. Además, para muestras más grandes, otros mezcladores pueden ser usados (por ejemplo, la mitad de una yarda cúbica; datos no mostrados) .

Ejemplo 4 En ciertos métodos, con la adición de líquidos exógenos, el secado adicional puede ser necesario para obtener una aglomeración objetivo de un cultivo. El re-secado de un cultivo puede conducir a respuesta de lixiviación mejorada en el cultivo. Una vez que se forman aglomerados, la aplicación de secado vía calor, aire, químico o una combinación puede mejorar la robustez o resistencia de las partículas aglomeradas (aglomerados) al contacto físico y químico. El re-secado puede también eliminar la resistencia de la celda de biomasa que comprende la muestra a la interacción del solvente con componentes en las células. Por ejemplo, el material aglomerado puede ser colocado en un horno de secado por un período para reducir o eliminar el fluido de los aglomerados. Pruebas de secado y lixiviación llevadas a cabo en la presente han demostrado que la eficiencia de lixiviación mejoró con incrementos sucesivos en temperatura, dentro del intervalo preferido probado, pero las temperaturas mayores de las cuales los compuestos de biomasa comienzan a degradarse deben ser evitadas. Consecuentemente, el re-secado de la carga aglomerada se llevó a cabo a la misma temperatura óptima usada durante el secado de muestra inicial sin aglomeración. La Figura 5 ilustra aglomerados formados de algas secas y molidas, utilizando varios niveles de agua durante la aglomeración, indicado por el por ciento de agua agregada en comparación con las algas de masa seca (por ejemplo, 100 g de agua agregados a 400 g algas secas = 25%) . Una observación fue que el tamaño de las partículas aglomeradas se incrementó a medida que se proporcionó más agua durante el proceso de aglomeración. La Figura 5 representa efectos de incrementar la adición de agua durante el proceso de aglomeración descrito en la presente.

La estabilidad y resistencia de los aglomerados de biomasa pueden ser probadas después de re-secado en un solvente seleccionado utilizando una prueba de inmersión. Varios comprimidos pueden ser seleccionados de la carga aglomerada del material de prueba después del re-secado, de tal manera que representan la mayoría de los aglomerados y no los extremos, por ejemplo, demasiado grandes o demasiado pequeños. Los comprimidos seleccionados pueden ser colocados en un recipiente sellable que contiene solvente suficiente para cubrir los comprimidos y observadas en condición estática con respecto al tiempo en cuanto a rompimiento mecánico o desprendimiento de finos. En algunas modalidades, los comprimidos son aptos de soportar la inmersión por varios días sin deterioro significativo. En una prueba ejemplar, las partículas de algas aglomeradas permanecieron en forma aglomerada después de siete días de inmersión.

Un dispositivo de prueba puede ser construido para contener una muestra de aglomerados y ejercer una fuerza conocida por área unitaria para determinar la habilidad de los aglomerados para soportar la presión aplicada. Esta prueba puede ser usada para evaluar el desempeño del comprimido y para proveer confianza de que los comprimidos bien formados bajo condiciones de lixiviación son menos probables o no probables de aplastarse bajo el peso creado por las condiciones para la extracción. En una modalidad de la presente invención, un dispositivo fue construido utilizando una pieza de un tubo de ventilación de acero de 150 mm (6") de diámetro, 150 mm (6") de alto para contener la muestra de interés, equipado con un piso de mampara sellado-soldado, formando un cilindro cerrado en un extremo y abierto en el otro. La mampara fue ligeramente en forma de disco para ayudar al drenaje, en tanto que un agujero perforado y tapado en el centro de la placa y equipado con una válvula de bola para controlar el flujo de drenaje. Se agregó un pedestal, suficiente para montar un vaso de precipitados colocado bajo la válvula de descarga. Véase por ejemplo Figura 6D.

Se colocó malla expandida encima de la mampara para ayudar al drenaje y para soportar un tamiz de retención para contener la carga aglomerada. El tamiz de retención fue construido de cuatro capas de tamiz de ventana de aluminio.

En este ejemplo, el aluminio fue seleccionado pero cualquier material compatible con hexano u otros solventes de lipido de algas deseado, tales como son conocidos por aquel de habilidad en el arte podrían ser usados. Véase Figura 6E. Una placa de seguidor superior fue fabricada de placa de acero y cortada a un diámetro que proveer un despeje de 3 mm (1/8") en todos los lados al diámetro interno de la sección cilindrica. Se pueden colocar pesos sobre la placa de seguidor para ejercer fuerza sobre los aglomerados contenidos dentro del dispositivo de prueba.

Dependiendo de las proporciones físicas del dispositivo de prueba y la masa de muestra utilizada, un separador o elevador adicional puede ser agregado a la placa de seguidor. Este separador puede ser ubicado entre los pesos agregados y la placa de seguidor, por ejemplo, para impedir que los pesos se apoyen directamente sobre el cilindro de contención de muestra, en lugar de presionar sobre la placa de seguidor como está diseñado. Como un ejemplo, la placa superior puede utilizar una sección de tubo de acero de peso ligero, por ejemplo de 100 mm (4") de diámetro por 100 mm (4") de longitud, soldada por puntos concéntricamente a la placa de seguidor, como un separador y soporte para los pesos. Cualquier material compatible químicamente conocido en el arte puede ser usado para compilar cualquiera de los componentes de este aparato, dependiendo de la necesidad y solvente/medio de extracción usado.

La Figura 6A ilustra un esquema de la unidad, en una configuración que no requiere un separador para el peso de soporte. Patas de soporte para la unidad no son mostradas, por simplicidad y claridad del diagrama. La Figura 6A representa un dispositivo de pruebas de resistencia al aplastamiento del aglomerado.

En operación del aparato descrito anteriormente, una carga de comprimidos aglomerados es cargada a la sección cilindrica del dispositivo de prueba. En ciertos métodos, la carga debe llenar la unidad suficientemente para mantener los pesos que se apoyan sobre la sección de separador para ponerse en contacto con la parte superior de la sección cilindrica, por ejemplo cantidades de muestra en exceso de 400 gramos cada una fueron usadas en pruebas de algas aglomeradas con el dispositivo construido como se describe anteriormente. La carga es aproximadamente al nivel y la mampara superior es ajustada sobre la carga. Se traza una marca de ubicación sobre el lado de la pieza de separador, nivelada con la parte superior de la sección cilindrica inferior del dispositivo, utilizando un borde recto si se desea para ayudar en la ubicación apropiada de la marca. Luego se colocan pesos sobre el separador, para simular condiciones experimentadas el lecho de lixiviación. Por ejemplo, como una condición frontera se podría escoger la presión ejercida sobre la mayoría de los comprimidos del fondo, suponiendo lados sin fricción sobre un recipiente de lixiviación de columna, por ejemplo, para simular un lecho de 3 m (10 pies) de alto de algas aglomeradas a una densidad global de 0.5 kg/L, aproximadamente 28 Kg (62 lbs) serían agregadas. En realidad, los lados de un recipiente de columna de lixiviación ayudan a soportar la carga de columna, pero un escenario de "lados sin fricción" puede ser tomado como una condición extrema, un ejemplo de una condición frontera del peor caso. Una vez que los pesos han sido agregados al separador sobre la carga seca, se agrega una segunda marca al separador para registrar el nivel de compresión seco. Véase Figura, 6B. Luego los pesos son retirados y se puede agregar una marca de "retorno elástico" para demostrar la resiliencia de los comprimidos. Véase Figura 6C. El peso y placa de seguidor son retirados temporalmente y un solvente de lípidos de algas, por ejemplo, hexano, puede ser vertido sobre la carga hasta que el líquido es visible a través de toda la superficie de la carga. En este ejemplo, el volumen de líquido agregado en este punto representa el total del hexano absorbido a las partículas de algas más el volumen de poro de la carga de prueba cuando es comprimida seca. La placa de seguidor/pieza de separador es reemplazada sobre la carga y los pesos son una vez más colocados sobre el separador. Luego se marca un nivel de compresión "húmedo" en el lado del separador, nivelado con la parte superior de la sección cilindrica. El aparato puede ser dejado en este estado por un tiempo tan largo como se desee, para simular condiciones que los aglomerados probablemente experimentarán por ejemplo una columna. En una prueba con el dispositivo descrito, después de una hora ningún cambio en el nivel de compresión hexano-humectado ha ocurrido. Después de la duración de tiempo deseada, los pesos pueden ser retirados. Se abre la válvula de drenaje para retirar el solvente del lecho. Si se desea, el nivel de solvente puede ser disminuido hasta que la parte superior del lecho comprimido está expuesta, el recipiente que recibe el solvente es vaciado y luego el resto del solvente es drenado y capturado. Un segundo volumen de drenaje completo representa entonces el volumen de poro de lecho comprimido. En una prueba de algas aglomeradas, el volumen de poro medido fue 51% en base al volumen de lecho comprimido (la condición a la cual el hexano fue agregado originalmente) .

Ejemplos de Extracción: Después de la aglomeración y re-secado, la carga está preparada para carga a un dispositivo de extracción y es agregada a un recipiente para formar un lecho fijo. La forma de tal recipiente puede afectar la extensión de la extracción de lixiviación en el proceso. Si se agrega agente de lixiviación a un recipiente con carga de algas hasta que el solvente cubre el lecho creando un baño estático, la lixiviación del soluto avanzará hasta que se establece el equilibrio entre la concentración de soluto en las partículas y la concentración de soluto en solución. El solvente con constituyentes disueltos de la carga, colectivamente conocido como "lixiviado", puede luego ser drenado del lecho y reemplazado, hasta que el solvente nuevo llega otra vez a concentración de soluto en equilibrio y el proceso es repetido. En tal escenario del proceso, la forma del recipiente de carga no afecta la extensión de lixiviación. Sin embargo, si el recipiente de carga de lixiviación es alargado verticalmente y el solvente es aplicado en lo alto para percolar a través del lecho y drenarse libremente de la carga, el efecto es incrementar la concentración diferencial del soluto en el agente de lixiviación a medida que se percola a través de la carga. Por ejemplo, el agente de lixiviación nuevo aplicado a la parte superior de la carga tiene diferencial de concentración máxima en comparación con la concentración del soluto de la carga y la extracción procede. Si el agente de lixiviación se percola a través de una trayectoria de flujo larga de carga de algas, la concentración de soluto disuelto en el agente de lixiviación se incrementa sucesivamente y puede llegar al equilibrio con la carga antes de salir de la columna. Esto representa utilización máxima de cada incremento de agente de lixiviación aplicado. Tal esquema de proceso, en donde el solvente con mínima concentración de soluto se pone en contacto con el sólido con mínima concentración de soluto y solvente con concentración más alta de soluto se pone en contacto con el sólido con concentración más alta de soluto, es conocido como contacto a contracorriente. El contacto a contracorriente da como resultado un extracto de concentración más alta y recuperación más alta de constituyentes solubles de los sólidos. Para estas condiciones, una proporción de aspecto incrementada debe ser considerada, por ejemplo una proporción de longitud a diámetro alta, para un proceso de lixiviación mejorado al crear condiciones de lixiviación a contracorriente. Por consiguiente, un recipiente de columna para un cultivo de suspensión tal como una extracción de lixiviación de cultivo de algas puede ser una configuración de lecho empacado de alta eficiencia.

En otro método, a medida que la carga de lixiviación de cultivo es cargada al recipiente, el recipiente se puede hacer vibrar mecánica o manualmente para ayudar a asentar el material cargado en su lugar. Aunque tal ajuste puede ser indeseable en ausencia de aglomeración debido a la restricción de poros y por consiguiente trayectorias de flujo a través del lecho, con partículas aglomeradas este puede ser usado durante la carga para formar un lecho empacado uniformemente para lixiviación. Una vez cargada al recipiente de lixiviación, el volumen y masa de la carga pueden ser registrados para calcular la densidad global asentada, por ejemplo kilogramos por metro cúbico o libras por pie cúbico. Si se desea, cargas de carácter similar pueden ser asentadas durante la carga a una densidad global uniforme, ayudando en la creación de condiciones de lecho uniforme, especialmente útil durante el desarrollo del proceso. Una vez que la carga de cultivo es cargada al recipiente de lixiviación, la carga puede ser irrigada con un solvente apropiado para extracciones de compuestos objetivo, por ejemplo un solvente polar para recuperación de compuestos polares contenidos en la carga, o un solvente no polar para recuperación de compuestos predominantemente no polares en la carga. En ciertos métodos, el agente de lixiviación debe ser aplicado dentro de un cierto intervalo de velocidades de aplicación, para evitar exceder la habilidad de la carga para aceptar y hacer pasar la solución, conocido como "inundación", o evitar una velocidad de aplicación de solución innecesariamente baja que obtiene el equilibrio con la carga muy pronto después de la aplicación, obteniendo solamente una velocidad de recuperación de lixiviación relativamente baja del soluto y prolongando innecesariamente la duración de la lixiviación. La Figura 7 ilustra algas aglomeradas cargadas a una columna de vidrio y bajo lixiviación mediante un solvente. La Figura 7 representa algas aglomeradas humectadas por solvente en una columna de 50 mm de diámetro (2").

Cuando una lixiviación de columna es iniciada con una carga de muestra nueva, puede existir un exceso de soluto más que la cantidad que el solvente puede disolver y extraer. En esta etapa del proceso de extracción, una velocidad de aplicación relativamente alta puede ser aplicada a la carga para obtener una alta proporción de extracción del soluto. La separación de componentes solubles del solvente, por ejemplo mediante destilación, es un proceso de energía intensa y por consiguiente es deseable minimizar la dilución innecesaria de componentes solubles con solvente excesivo. Más tarde en el proceso de lixiviación, por ejemplo, cuando el lixiviado que sale de la columna de lixiviación contiene una concentración de soluto menor del equilibrio, la velocidad de aplicación de solución puede ser disminuida para evitar un uso más de lo necesario del hexano nuevo o reciclado aplicado a la columna. Así, la velocidad de aplicación del agente de lixiviación puede ser optimizada para la etapa de lixiviación o por otras razones, por ejemplo, una cierta concentración que se considera deseable del soluto en el producto lixiviado.

Ejemplo 5 En la lixiviación de lípidos de algas de algas secas, se ha observado que una pequeña cantidad de solvente humecta las algas por primera vez lixivia los lipidos de la masa en una concentración que se puede volver muy viscosa. Pruebas de lixiviación llevadas a cabo a varias velocidades de flujo y longitud de trayectoria de lixiviación, han confirmado que es posible sellar porciones de las partículas del solvente reduciendo la recuperación por lixiviación. Una expresión fue desarrollada para este efecto, "alquitranado". El siguiente trabajo de prueba demuestra este efecto.

Seis columnas de vidrio fueron eregidas para llevar a cabo pruebas de lixiviación. Todas fueron de 50 mm (2") de diámetro por 550 mm (22") de alto. Dos columnas fueron dispuestas de tal manera que la descarga de una goteaba directamente a la otra columna, creando el equivalente de un lecho fijo de 1.1 m (44") de alto, denominada como Columna 1. Las columnas 2 a 5 fueron columnas de altura "individual", puestas en operación independientemente entre sí. Todas las columnas fueron cargadas con algas utilizando porciones de un muestra compuesta que había sido secada, finamente triturada y aglomerada como se describe previamente, una humedad agregada de 60% con una prueba de re-secado a la temperatura de secado original. La Tabla 1 a continuación representa varias condiciones de prueba para estas columnas.

Tabla 1. - Condiciones de Prueba para Columnas de Lixiviación de 50 mm (2") de Diámetro Como se nota en la Tabla 1, el modo de lixiviación es indicado como Hex-Eth o Eth-Hex, indicando el orden en el cual los agentes de lixiviación fueron agregados a las columnas de prueba, por ejemplo Hex-Eth indica que se usó hexano para llevar a cabo la lixiviación de extracción, que fue seguido por secado y luego se usó etanol como agente de lixiviación secundario para la lixiviación extractiva de la carga de la columna. Como se observa de la Tabla 1, el flujo de solvente a la columna 4 fue relativamente bajo en relación con los otros. El solvente fue aplicado a una velocidad constante a cada columna en toda la prueba, a la velocidad especificada. El primer efluente de la Columna 4 fue muy viscoso, los goteos en efecto requieren varios segundos para esparcirse plenamente después de caer a un recipiente receptor de vidrio. En comparación, el efluente de la Columna 2 fue notablemente menos viscoso. Aún la Columna 1, con dos veces la altura del lecho del resto de las columnas, tuvo efluente de viscosidad más baja en comparación con la columna 4. La Figura 8 representa el rendimiento gravimétrico de las columnas de la Tabla 1. En la Columna 4, la recuperación gravimétrica acumulativa se incrementó inicialmente como función del tiempo, como se evidencia por los datos mostrados en la Figura 8. Sin embargo, la gráfica para la Columna 4 también muestra que después de un periodo de tiempo la velocidad de recuperación gravimétrica disminuyó y la recuperación total se aproximó a una cantidad terminal menor que aquella de las otras columnas de prueba. La falla de la aplicación continua de solvente, por ejemplo, después de 80 horas, para extraer compuestos restantes de la Columna 4 es evidencia de que una baja velocidad de aplicación de solvente es apta de recuperación gravimétrica limitada terminalmente . Esto indica que el alquitranado es apto de dar como resultado pérdida de recuperación extractiva para por lo menos el corto plazo, por ejemplo el periodo probado. La Figura 8 representa la extracción de hexano de algas secas en pruebas de columna comparativas. Los ejemplos discutidos más tarde y mostrados en las Figuras 11, 13 y 14, ilustran además resultados atribuidos al efecto de "alquitranado".

Además del rendimiento gravimétrico de las muestras, la estructura química de los compuestos recuperados y sus proporciones relativas en el extracto a diferentes velocidad de aplicación de agente de lixiviación son de interés. Así, las muestras de los extractos de las columnas de prueba de 50 mm (2") de diámetro, que usaron ampliamente velocidades de aplicación ' variables, fueron sometidas a transesterificación y análisis mediante cromatografía de gases (GC) . La Figura 9 muestra los resultados analíticos de GC, con las columnas marcadas según la Tabla 1. Estos experimentos demuestran que no hubo ninguna diferencia significativa entre las composición de extracto de las columnas de hexano-lixiviadas , incluyendo el extracto de la Columna 4, que como se indica en la discusión de la Figura 8 exhibió evidencia de alquitranado. La Figura 9 representa los análisis de cromatografía de gases del extracto de columna de cuatro de las columnas de prueba descritas en la Tabla 1.

Ejemplo 6 Una prueba de columna subsecuente fue llevada a cabo utilizando un tubo de acero de 25 mm (1 pulgada) de diámetro que era de 3 m (10 pies) de alto. Esta columna fue cargada con algas aglomeradas, secas, trituradas y aglomeradas de la misma manera como las columnas de 550 mm (22 pulgadas) de alto. La carga final cargada fue de 998 g y de 2.98 m (9.79 pies) de alto. Esta columna mas alta fue lixiviada a una velocidad de flujo del solvente inicial alta de 20 ml/minuto equivalente a 2150 L/m2/hora (35.8 L/m2/min) y 1.2 L/kg/h para ayudar a saturar el lecho de algas secas y para reducir o impedir el efecto de alquitranado notado a bajos flujos en la columna de 50 mm (2 pulgadas) de diámetro. La aparición del primer efluente, conocido como "brote" ocurrió 16 minutos después del inicio del flujo del solvente. A 30 minutos después de la irrupción, la velocidad de aplicación de la solución fue disminuida a 1.8 ml/min, una velocidad de aplicación especifica de 194 L/m2/hora (3.2 L/ m2/min) y 0.11 L/kg/h. una gráfica de rendimiento gravimétrico, que es usado como medida de extracción de compuestos solubles de masa de algas, mostró que cuando la velocidad de aplicación de los solventes fue disminuida la velocidad de recuperación por lixiviación freno significativamente, como se evidencia por la disminución repentina en la pendiente de la gráfica de rendimiento gravimétrico versus tiempo. En efecto, la velocidad de lixiviación de esta columna nunca volvió a su velocidad de extracción previa y la columna obtuvo una extensión mas baja del rendimiento gravimétrico que las prueba de lixiviación previa que utilizan la misma muestra de alimentación compuesta. Véanse figuras 10 y 11. En base a esta prueba, se decidió una aplicación mas larga de velocidad de flujo del solvente relativamente mas alta puede ser necesaria para una configuración de lixiviación de lecho fijo alta para evitar, por ejemplo el efecto de alquitranado. En parte debido a la contribución agregada de capas sucesivas de aglomerado en un recipiente de lixiviación alto a la obtención de concentración de soluto en equilibrio en el agente de lixiviación de solvente de percolación, una columna mas alta puede requerir una velocidad de solvente inicial mas alta o una aplicación mas larga de una alta velocidad inicial, en comparación con una columna mas corta. Aquel de habilidad en el arte puede observar que las pruebas y observación pueden ser requeridas para determinar una velocidad de aplicación alta inicial apropiada, también como la duración de la misma.

La figura 10 representa la extracción por lixiviación en una columna alta a alta velocidad de aplicación por una corta duración. La figura 11 representa datos de la figura 10 del inicio de elución a 4.5 horas.

En otro método, se llevo a cabo un análisis de GC sobre muestras de lixiviado recolectado de la columna de 25 mm (1 pulgada) de diámetro en el ejemplo 6 durante el curso de la lixiviación. Este fue efectuado para determinar si la composición del extracto de longitud de cadena de FAME variaba con el tiempo. La lixiviación preferencial de compuestos en el tiempo puede permitir la separación preferencial de compuestos, pero puede también necesitar medidas extras para mantener una composición de lixiviado consistente si se desea. Como se representa en la figura 12, esencialmente ninguna variación de composición con respecto a la duración de la lixiviación fue notada para la longitud de cadena de FAME y ubicación de enlace. La figura 12 representa análisis de cromatografía de gases de los extractos de lixiviación de hexanos a diferentes tiempos de lixiviación.

Ejemplo 7 En otro ejemplo, una segunda columna alta, de 20 mm (3/4 de pulgadas) del diámetro y 3 metros (10 pies) de alto fue montada utilizando la misma muestra de alimentación compuesta y secada y a las aglomeradas. La carga fue de 531 g y 2.60 m (8.54 pies) de alto. En esta prueba, una alta aplicación inicial de 12.4 ml/min, equivalente a 2160 L/ m2/h y 1.4 L/kg/h fue proseguida por 4 horas para evitar el efecto de alquitranado notado en la columna de prueba de 50 mm (1 pulgada) de diámetro en el ejemplo 6. Utilizando la alta aplicación de velocidad inicial por un periodo mas largo, el efluente remanente permanecía muy fluido durante este periodo. Durante el periodo de alta velocidad de aplicación, el color del efluente avanzo de opaco a verde bosque oscuro y al final de 4 horas, el lixiviado en el recipiente receptor se observó que era de apto de pasar un haz de luz brillante.

Debido a este cambio de opacidad y por consiguiente supuestamente concentración, el flujo aplicado fue disminuido a 4 horas a 1.1 ml/min, equivalente a 101 L/ m2/h y 0.124 L/ kg/h. Los datos de rendimiento gravimétrico, ilustrados en las figuras 13 y 14 demuestran que el periodo inicial de alto flujo fue exitoso en la extracción mas rápida de compuestos y que la gráfica de extracción como función del tiempo ilustra solamente un cambio de velocidad de extracción minima cuando el flujo fue disminuido. La gráfica también demuestra que la recuperación final obtenida fue más alta que la columna de 25 mi (1 pulgada) de diámetro, agregando soporte a la propuesta de que una velocidad de aplicación relativamente más baja conducía a una lixiviación inhibida en la columna de 25 mi (1 pulgada) y que la velocidad de aplicación más alta sostenida contribuía a la mayor recuperación terminal en la columna de diámetro de 20 mi (3/4 de pulgada) además, la recuperación mas rápida de la columna de velocidad de aplicación mas alta sostenida representa un beneficio en si mismo y que los costos de operación pueden ser minimizados en operaciones comerciales al realizar la recuperación mas rápida de los componentes deseables. La figura 13 representa la extracción por lixiviación en dos pruebas de columna alta como prueba de función del tiempo a la alta aplicación de flujo. La figura 14 representa una vista detallada de las 12 horas iniciales de extracción por lixiviación en las pruebas de columna alta.

El lixiviado de hexano recolectado de la prueba de columna de 20 mm (3 pulgadas) de diámetro enseguida de la medición de toma de muestras, fue consolidada y destilada para separar el hexano mas volátil de los compuestos de alga en el extracto. Una muestra del extracto final fue analizada y los resultados son mostrados en la figura 15. La figura 15 representa una gráfica de histograma del análisis de cromatografía de gases del extracto de la lixiviación de columna de 20 mm (3/4 pulgada de diámetro) .

En las pruebas de lixiviación de columna de algas secas y aglomeradas, una velocidad alta inicial de recuperación de componentes de la carga de muestra es seguida por una velocidad incrementadamente más lenta a medida que la velocidad de recuperación se estrecha a un nivel final. La consumación efectiva de la lixiviación del soluto de la carga puede ser seleccionada en base al agotamiento relativo del soluto de la carga o de una concentración de soluto mínima en el lixiviado.

Enseguida de la consumación efectiva de la lixiviación un "empuje" de fluido compatible puede ser aplicado a la carga de columna para ayudar en el drenaje final del lixiviado de la columna. Por ejemplo, este fluido de empuje puede drenar el lixiviado de la columna puede utilizar un gas, que cuando es combinado con el vapor del solvente es no combustible o de otra manera no reactivo, por ejemplo nitrógeno o dióxido de carbono para solventes inflamables. Este fluido de empuje ayuda en la recuperación final y remoción del solvente del lecho y potencialmente cualesquier compuestos remanentes de interés. El fluido de empuje comúnmente de un gas y vapores solventes son enrutados a un sistema de recuperación y/o ventilación apropiado. Tal sistema puede consistir de un condensador para recuperar el solvente o como mínimo un sistema de ventilación para impedir que los humos de solventes provoquen cuestiones de salud y seguridad en el aparato de lixiviación.

Una vez que la recuperación del solvente liquido esta completa, el receptor para el lixiviado inicial puede ser desconectado del recipiente de carga de lixiviación. Enseguida de la aplicación del fluido de empuje, el gas inerte adicional puede ser aplicado a la columna para secar la carga. Esta etapa puede ser omitida si un agente de lixiviación secuencial va a ser aplicado que se considera compatible con el agente de lixiviación inicial y mezcla de los dos agentes de lixiviación no crearía consecuencias indeseables, por ejemplo separación difícil. Debido a que el fluido de empuje esta transportando solvente de la carga de columna, puede ser deseable enrutar el fluido de secado a través de un condensado para recuperar el solvente, también como impedir su liberación al medio ambiente. El pre-calentamiento délos fluidos de empuje y secado, también como calentamiento de la columna y carga de columna misma, podría recortar los tiempos de secado y mejorar la extensión del secado .

Es deseable, por ejemplo, para la recuperación de un compuesto diferente que el extraído durante la primera lixiviación, una etapa de lixiviación subsecuente puede ser iniciada con un diferente solvente. Esto puede incluir la aplicación de un solvente no polar tal como hexano para la recuperación por lixiviación inicial de lípidos predominantemente no polares de algas, seguido por la aplicación de un solvente, polar para la recuperación de compuestos polares o viceversa. Este esquema para extracción es simplificado mediante el uso del proceso de lixiviación de lecho fijo descrito, que provee altas velocidad de percolación por medio de la carga aglomerada, por medio de la lixiviación a contra corriente de la carga, drenado eficiente del agente de lixiviación contenido y la habilidad para aplicar una velocidad de flujo relativamente alto de fluido de empuje a baja presión diferencial enseguida de la lixiviación inicial. Como con el agente de lixiviación inicial, la irrigación con un solvente subsecuente puede utilizar velocidades de aplicación variables para optimizar la cantidad de solución aplicada, velocidad de extracción de soluto y concentración del lixiviado. La configuración del lecho empacado, particularmente con una alta proporción de aspecto que de una trayectoria de flujo consecuentemente larga, permite una lixiviación secundaria mas practica y llevada a cabo fácilmente. Este proceso simplificado puede ser comparado con la aplicación de una lixiviación secundaria en un proceso de lixiviación agitado, en el cual los sólidos son separados del recipiente de agitación, filtrados con o sin secado y luego vueltos a agregar al recipiente de agitación con el fin de ser re-suspendidos con el agente de lixiviación secundario. Cuando la lixiviación secundaria esta completa o ha procedido tanto como sea práctico, los sólidos son otra vez separados del recipiente de lixiviación de agitación y filtrados con o sin secado subsecuente. Como se puede apreciar por aquel de habilidad en arte, las etapas de proceso agregadas, equipo, manejo y complejidad requeridos para la lixiviación agitada secundaria agregan esfuerzo y costo cuando se comparan con la configuración del lecho empacado .

Ejemplo 8 En un ejemplo, se llevo a cabo la lixiviación por etanol después de lixiviación por hexano de las pruebas de columna de 50 iran (2 pulgadas) descritas en el ejemplo 1. La figura 16 representa una gráfica de la lixiviación secundaria con etanol de algas secas y aglomeradas. La figura 16 representa la recuperación gravimétrica en columnas en donde el hexano fue el primer agente de lixiviación y etanol el agente de lixiviación secundario para tres columnas, en tanto que etanol fue el primer agente de lixiviación y hexano el agente de lixiviación secundario para otra columna. Durante la lixiviación en la columna de etanol primaria de la prueba de Sngl/altoflujo/etanol, la lixiviación de etanol fue terminada prematuramente y enseguida un empuje de gas inerte y periodo de secado, la lixiviación secundaria con hexano fue iniciada.

En tanto que se llevan a cabo pruebas de lixiviación utilizando solventes de lixiviación primarios y secundarios, se encontró que pueden haber diferencias en la velocidad de extracción, dependiendo del orden del solvente usado para extracción. Para analizar la naturaleza general de los compuestos que son recuperados, se uso cromatografía de capa delgada (TLC) en las soluciones de lixiviación y se encontraron diferencias de composición. La figura 17 es una fotografía de placa de TLC de las soluciones de lixiviación de algas. La placa muestra compuestos extraídos por un solvente no polar hexano en la izquierda y etanol un solvente polar en la parte media, lixiviado en orden secundario, respectivamente de la muestra de la columna de algas. Las dos soluciones de lixiviación son evaluadas contra una solución estándar en el lado derecho de la placa. Tres carriles son evaluados para cada extracto, marcado 1-3 con cantidades incrementadas de lixiviado manchadas sobre la placa con número de carril incrementado, por ejemplo carril 3 que tiene lixiviado de hexano fue agregado mas fuertemente que el carril 2 hexano, et . Aunque el solvente polar en teoría no extraería compuestos no polares, algunos compuestos no polares aparecen por encima de la línea media de TLC del extracto de lixiviación de etanol. En contraste, muy pocos compuestos polares son encontrados en los extractos de lixiviación no polares en el lado izquierdo de la figura. La figura 17 representa cromatografía de capa delgada en soluciones de lixiviación polares y no polares secuenciales.

Una vez que la recuperación del soluto o soluto secundario se ha obtenido, un fluido de empuje similar pero no necesariamente idéntico al primer fluido de empuje es aplicado a la carga para ayudar en la recuperación del lixiviado final y drenado de la columna. Después del empuje, el receptor de solvente secundario es separado antes de la aplicación del fluido de secado. El fluido de secado es luego aplicado hasta que se obtiene una extensión deseada de secado. Después del secado, la carga de la columna puede ser retirada. Esto se puede llevar a cabo al abrir el fondo de la columna, por ejemplo vía una brida entornada o una capa del extremo engoznada o canal de desviación y permitir que la carga salga de la columna por la fuerza de la gravedad a un recipiente receptor que puede ser un recipiente de transferencia móvil o recipiente final, por ejemplo bandeja con ruedas o un barril. Dependiendo del carácter de la biomasa que es tratada y el último solvente utilizado, puede ser deseable utilizar disipación de carga estática o medidas de minimización durante la descarga del recipiente por propósitos de seguridad. Una cubierta con gas inerte puede también ser utilizada para reducir el potencial de ignición estática de vapores solventes residuales que potencialmente pueden existir. De ahi el residuo de lixiviación, también conocido como sustrato lixiviado, puede ser empacado para recuperación subsecuente de otros compuestos deseables o para almacenamiento, tratamiento subsecuente o deshecho. El lixiviado recuperado contiene el solvente o solventes aplicados en combinación con componentes deseables, por ejemplo lipidos de algas, lixiviados de la carga. Los lixiviados primarios y secundarios en su mayoría serán tratados probablemente de manera separada para separar los solventes de los compuestos deseables. Uno de tales métodos de recuperación es mediante destilación en presencia de vacío, por ejemplo, destilación de Rotovap o destilación sin vacío agregado. Enseguida de la separación del solvente, el material líquido o sólido restante representa el residuo de extracto, también conocido como extracto o bio-crudo. El residuo de extracto puede incluir pero no esta limitado a aceites de algas, EPA, DHA y los semejantes. Los residuos de la destilación de lixiviados no polares y polares pueden ser combinados si se desea o ser mantenidos separados, dependiendo de los componentes de lipidos presentes y el uso final de aquellos compuestos.

Ejemplo 9 En otro método ejemplar, dos columnas de acero inoxidable de 12" de diámetro x ll"-4" de alto fueron construidas. Las columnas fueron rastreadas térmicamente con elementos eléctricos cubiertos mediante aislamiento y las soluciones aplicadas a cada una fueron pipeteadas a través de tubería que pasa a través de un baño de glicol vapor-calentado para asegurar temperaturas controladas en las columnas de lixiviación. Las algas de la primera columna de comisión de lixiviación fueron secadas a 100°C. Estas algas fueron molidas en un molino de martillos utilizando un tamiz de descarga de agujeros de 2 mm de diámetro. Las algas fueron aglomeradas en lotes de 18 kg en un mezclador de cemento revestido con fibra de vidrio de 0.25 m3 (1 tercio de yarda cubica grande) a 44%-48% en masa de humedad agregada (agua solamente) . Las algas aglomeradas fueron secadas por aproximadamente 48 horas. La columna fue cargada con 144 kg de algas re-secadas. Las proporciones de aplicación de solvente fueron racionadas por área seccional del diámetro de 25 mm (1" y ¾" por columna de 10 pies de alto (3 metros) y 3.3 L/min o 2528 L/m2/h durante el periodo de alto flujo inicial de 3 horas y 290 ml/min o 224 L/m2/h por el resto del ciclo del lixiviación. Se puede notar que las temperaturas ambiente durante esta corrida de comisión fueron tan bajas como -28°C (-19°F) sin ningún efecto sobre el proceso de extracción. Un total de 36.8 o 33.3 kg de extracto final fueron recuperados, para 23.1% de recuperación de masa al extracto. La segunda corrida de lixiviación de comisión mas tarde el mismo mes obtuvo 31.2% de recuperación de masa al extracto .

Ejemplo 10 Un método alternativo de procesamiento en lecho fijo que utilizan material que contiene finos es para separar de partículas burdas y procesar estas dos clasificaciones de tamaños separadamente. Un ejemplo seria seleccionar el material de carga para establecer dos clasificaciones de partículas, finos y burdos y lixiviar las partículas burdas en un lecho fijo, mientras que a sea se desechan los finos o se les somete a lixiviación por agitación.

Un método alternativo para anexar finos se puede llevar a cabo durante el secado. Este método incluye secado por atomización de un caldo de algas. El secado por atomización puede crear una partícula aglomerada porosa concurrentemente con la remoción de humedad, pero también puede incorporar componentes del medio de cultivo a la biomasa seca, por ejemplo sales y/o metales, por ejemplo, en el caso de cultivos de algas marinas. En algunos casos, el secado adicional puede ser necesario para una extracción por lixiviación completa. Alternativamente, la aglomeración y el re-secado después del secado por atomización inicial pueden ser usados para una condición mas óptima, para crear partículas más grandes con poros concomitantemente más grandes que harán pasar el solvente a través del lecho fijo. Al proveer la anexión de finos, la aglomeración puede retener una mayoría significativa de hasta 70, 80, 90 o aun 100 por ciento de finos que salen del lecho empacado hasta la consumación de la lixiviación. Así, la aglomeración es apta de obtener una separación liquido-sólido durante el proceso de lixiviación en lugar de por medio de procesamiento inicial, por ejemplo filtración después de lixiviación agitada. La retención concurrente de finos durante la lixiviación puede reducir los costos de procesamiento tanto de costos de capital como de componentes de costo de operación. La habilidad demostrada para llevar a cabo la lixiviación secuencial y separada con varios solventes de partículas aglomeradas en lecho fijo puede proveer una eficiencia mejorada del proceso y extracción incrementada de componentes deseables del material de alimentación.

Ejemplo de proceso A - Lixiviación de algas ginamente molidas en un lecho fijo sin aglomeración En este método ejemplar, el tamaño de partícula fue analizado en cuanto a su efecto sobre la percolación y la habilidad para llevar a cabo lixiviación por solvente de algas secas. Algas trituradas y molidas fuero cargadas sobre un columna de vidrio de 76 mm (3 pulgadas) de diámetro. Se agregó solvente de hexano a lo alto de la carga de algas. Brevemente después que el lecho se había saturado con solvente, la percolación llegó a una parada efectiva. Se aplicó nitrógeno a lo alto de la columna a 69 KPa (10 libras/pulgada cuadrada manométricas ) pero no fue apta de forzar cantidades útiles de solvente a través del lecho empacado y la prueba fue terminada.

Ejemplo de proceso B. Separación de finos de partículas más grandes antes de la lixiviación En este método ejemplar se analizaron esquemas de lixiviación alternativos en donde los finos son separados de las partículas más grandes, por ejemplo tamizado del material para separar sustancialmente todas las partículas menores de 300 mieras de tamaño, con lixiviación de lecho empacado de las partículas burdas. Aquí, se requirió procesamiento adicional y se observó una pérdida del proceso de aproximadamente 20% de la masa de la muestra. Los finos pueden ser desechados o lixiviados por agitación pero a costo incrementado en comparación con la lixiviación de lecho fijo debido a los costos de agitación y filtración. Además, para obtener contacto a contracorriente para lixiviación equivalente a un lecho fijo, este procedimiento require equipo adicional ya sea para etapas de decantación a contracorriente (o etapas sucesivas de filtración y repulpado (resuspensión) de las algas a costo y labor incrementados en comparación con la lixiviación de aglomerado de lecho fijo.

Ejemplo de proceso C- Ejemplo de proporción liquido a sólido ("proporción L/S") que afecta la recuperación por lixiviación de solven'te de los compuestos que se pueden extraer La figura 18 ilustra el efecto de la proporción L/S sobre el rendimiento gravimétrico de algas secas en lixiviación por hexano con agitación. El uso de solvente insuficiente durante la lixiviación puede conducir a saturación prematura del solvente con soluto y recuperación de soluto inhibida o tiempos de lixiviación prolongados. El us de solvente en exceso afecta la economía del proceso, por ejemplo dimensionamiento del equipo, costo de consumibles, almacenamiento de líquido inflamable, costo de capacidad de destilación agregada y costo de operación de destilación (entrada de energía), entre otros.

Esta prueba indicó mínimos, si los hay, efectos per udiciales del uso de una proporción de L/S de 5:1 en comparación con proporciones L/S de 10:1 y 20:1.

Ejemplo de proceso D - Prueba de aglomeración usando algas secas y trituradas para producir anexión de partículas finas Una carga de algas Nannochloropsi spp. fue secada a 100°C y triturada para reducir el tamaño de partícula, obteniendo partículas 76% en peso menores menores de malla 20/850 mieras, incluyendo 23% menores de malla 48/300 mieras. Esta carga fue aglomerada usando adición de humedad sucesiva como gotas burdas atomizadas sobre una carga de algas en cascada en un recipiente rodante. La humedad agregada durante la aglomeración fue de 36% de agua en comparación con el peso seco de la muestra. Después de la aglomeración, la carga fue secada en un horno de convección por solo más de 19 horas. Varios aglomerados individuales, también conocidos como "comprimidos", fueron seleccionados ya que representan aproximadamente partículas aglomeradas de tamaño promedio y sumergidas en un recipiente de hexano como una prueba de estabilidad del comprimido. Los comprimidos fueron observados por un período de varias horas y luego días, con la condición indicada en cuanto a como las partículas compuestas se mantenían conjuntamente en presencia del solvente ubicuo. En esta prueba de estabilidad no se notaron finos que se desprendan de los comprimidos.

Ejemplo de proceso E - Prueba de lixiviación en columna usando algas, demostrando el beneficio de aglomeración sobre la extracción y percolación de volumen de poro incrementado .

Una muestra del material aglomerado en el ejemplo D fue cargada a una columna para lixiviación. La columna y carga formaron un lecho empacado de 12.7 mm (1/2 pulgada) de diámetro y 305 mm (12 pulgadas) de profunidad. Pesando 20.5 gramos, los aglomerados asentados tenían una densidad global de 0.53, en comparación con el agua. Una prueba de columna previa uso una carga de algas secas y trituradas de la misma especie (por ejemplo, la carga que fue seleccionada para separar partículas de tamaño menor de malla 48 (300 mieras) ) . Este lecho empacado sin aglomerar tenía una densidad global de 0.65, notablemente más denso, demostrando que las partículas aglomeradas producían una densidad global más baja. Las características de flujo mejoradas de la columna más pequeña indican que el lecho aglomerado también tenía un volumen de poro más grande en una base de masa unitaria. La columna aglomerada fue lixiviada con hexano goteado desde un recipiente de alimentación con válvula sobre una almohadilla delgada de lana de vidrio colocada en la columna por encima de la carga para distribuir la solución aplicada. Por la mayoría de la prueba, el flujo del solvente fue mantenido a aproximadamente 1 mililitro por minuto (ml/minuto) , equivalente a 474 litros/metro cuadrado/hora. El producto lixiviado salía de la carga mediante flujo por gravedad desde el fondo de la columna y fue recolectado en un contenedor receptor. Enseguida de la lixiviación con hexano, un empuje de gas nitrógeno fue dirigido en configuración de flujo hacia abajo a través de la columna, lo que ayudó en el drenado final del agente de lixiviación. La carga de la columna secó luego en el flujo de nitrógeno obteniendo un color claro en toda la columna durante un minuto. El flujo de nitrógeno fue proseguido por aproximadamente 3 minutos y luego detenido. Para inormación adicional con respect al residuo de algas con respecto a lixiviación por hexano, la carga fue retirada del aparato de lixiviación de columna para pesada. Esta etapa puede ser de valor para el escalamiento hacia arriba, etc. Luego la carga fue vuelta a cargar a la columna original y asentada mediante golpeteo. Se notó algo de segregación debido al manejo y recarga mencionados anteriormente y una región particular de material más fino pero todavía aglomerado se acumuló en el tercio medio del lecho de la columna. Una almohadilla pequeña de lana de vidrio fue otra vez colocada sobre la carga. Un solvente polar, etanol al 100% fue luego aplicado de la misma manera y la velocidad de flujo como hexano había sido inicialmente . La lixiviación fue proseguida hasta que el efluente de la columna aparecía de color amarillo claro. Se aplicó un volumen de lavado final y luego se permite que la columna se drene. Otra vez se aplicó nitrógeno en configuración de flujo hacia abajo como fluido de empuje y prosiguió después de esto para ayudar al secado. La destilación de las dos soluciones de producto lixivado se llevó a cabo separadamente para separar los solventes de los constituyentes extraídos. El residuo o extracto demostró que el 29.3% en peso/peso (p/p) se había lixiviado de la carga durante la lixiviación por hexano y 7.3% en peso/peso fue separado durante la lixiviación por etanol, para una extracción total de 36.6% en peso/peso. Este nivel de recuperación fue en contraste a las pruebas de recuperación de lixiviación por agitación que mostraron que la molienda a un tamaño de partícula 100% menor de malla 48 (300 mieras) era necesario para obtener 31% de extracción en lixiviación por hexano, aproximadamente comparable a la recuperación por lixiviación por hexano de la lixiviación de lecho fijo aglomerado, pero a un esfuerzo de molienda mucho mayor y a complejidad y costo agregados de la lixiviación con agitación. A escala de producción, la reducción de tamaño de partícula podría conducir a gastos incrementados. La reducción de tamaño y separación L/S del material finamente molido y lixiviado pueden ser evitados mediante lixiviación de lecho fijo aglomerado.

Ejemplo de proceso F Sólidos de algas, previamente concentrado y congelados fueron secados a 112 °C y luego triturados y molidos usando un Molino de martillos de laboratorio. El molino de martillos estaba equipado con un tamiz de descarga de agujero redondo de 2 mm (0.079 pulgadas) de diámetro que producía una distribución de tamaño de partícula que incluía 90% en peso/peso que pasan malla 16 (1.7 mm) y 17% que pasan malla 48 (300 mieras) . Este material fino fue sometido a pruebas de aglomeración, durante las cuales se determinó que la adición de 60% de agua producía un aglomerado favorable, así juzgado por la anexión completa de finos y agregados de tamaño moderado de partículas bien consolidadas que poseían espacios notables entre partículas individuales. El material aglomerado fue secado subsecuentemente a 112°C-113°C en un horno de convección. Las columnas fueron erigidas para lixiviación y consistían de columnas de vidrio de 50 mm de diámetro (2 pulgadas) por 0.6 metros (2 pies) de longitud (por ejemplo, (e.g. Reeves Glass Inc., Trenton, FL, model RG3443-05) . Cada columna incluía un grifo de descarga de Teflon. Para investigación de desarrollo de proceso en parámetros de lixiviación, las columnas se pusieron en operación en paralelo e incluían dos columnas puestas en operación en serie. La tabla 2 representa un resumen de parámetros de operación seleccionados para cada prueba.

Tabla 2. Parámetros de operación de columna en paralelo y en serie La notación de altura de lecho en la tabla se refiere a bajo como siendo de una columna alta, de aproximadamente 0.6 metros (2 pies) , mientras que alto se refiere a dos columnas apiladas una sobre la otra y lixiviadas en serie, con el efluente de la columna superior que alimenta a la columna del fondo, para una altura de lecho efectiva de aproximadamente 1.2 metros (4 pies). El modo de lixiviación se refiere al orden de aplicación del solvente, Hex-Eth indica hexano seguido por etanol, Eth-Hex indica el orden inverso. Las velocidades de irrigación por lixiviación fueron seleccionadas en base a las proporciones en masa L/S calculadas por una duración supuesta, como se muestra en la tabla 3.

Tabla 3. Velocidades de irrigación por altura de lecho , proporciones L/S y duraciones de lixiviación en columnas 50 mm (2 pulgadas) de diámetro.

La figura 19 representa el rendimiento gravimétrico durante la lixiviación secundaria de algas secas con etanol en las columnas en el ejemplo de proceso F.

Ejemplo de proceso G Como sub-prueba del ejemplo de proceso F, después que la lixiviación general estaba consumada, se efectuó un lavado de la columna para eliminar cualesquier compuestos previamente solubilizados .

Asi, un vaso de precipitados de hexano fue vaciado a una columna de vidrio que mide 50 mm (2 pulgadas) de diámetro, que contenida un lecho de algas aglomeradas. El vaso de precipitados contenia 300 mi de hexano y fue vertido sobre las algas en menos de 3 segundos a una velocidad de aplicación especifica de 2960 litros/metro cuadrado/minuto (73 galones/pie cuadrado/minuto) . Bajo observación estrecha, la solución no se acumuló en la superficie, por ejemplo no se notó inundación de la columna. En lugar de esto, el solvente podría ser visto inicialmente como un frente humectado que se hizo pasar al lecho fijo y fue rápidamente distribuido a un flujo de percolación a través de la columna.

Ejemplo de proceso H En algunos métodos ejemplares se puede usar un secador por atomización vertical para generar cultivos aglomerados.

La figura 10.13 del Manual de Secado Industrial parece indicar que con una temperatura diferencial (aire a partícula) de 500°C, es posible una partícula de hasta 1 mm de diámetro.

Ejemplo 11 Una oxidación incrementada possible de components de algas cuando son secados por atomización, (estudios de beta-caroteno en espirulina, hojuelas (alrededor de malla 20+) retuvo el 52% del nivel original de beta-caroteno, mientras que el polvo fino secado por atomización (malla 100+) retuvo solamente el 34% del nivel original. Esto puede ser explicado en términos de área superficial disponible para reacción activa que es más alta en el polvo que en las hojuelas. Esto cuestiona la conveniencia de usar secado por atomización para el secado de espirulina. El área superficial disponible para reacción activa es más alta en el polvo que en las hojuelas.

Ejemplo 12 Ejemplo de algas secadas por atomización: Se puede usar el secado por atomización de algas partiendo de partículas muy finas. La suspensión de algas puede luego ser transportada en un tubo a un tanque, por ejemplo, un SECADOR POR ATOMIZACIÓN DE TORRE BOWEN DE 762 mm(30"), de acero inoxidable (SS) . Un secador por atomización puede ser precalentado a 41°C (106°F) . La suspensión de algas puede ser secada en el secador por atomización por alrededor de 2 minutos a una velocidad de alrededor de 454 Kg (1000 libras) por hora para producir una composición pulverizada con un contenido de humedad promedio de alrededor de 8%. El tamaño de partícula de la composición pulverizada varío de alrededor de 80 mieras a 300 mieras.

El aparato contemplado en la presente puede incluir un dispositivo similar a un mezclador de cemento u otro dispositivo similar que es motorizado o parcialmente motorizado o manual. Se pueden aplicar recubrimientos al interior del aparato con el fin de impedir que microorganismos y solventes se adhieran a la superficie.

Todas las composiciones y/o métodos y/o aparatos revelados y reivindicados en la presente pueden ser elaborados y ejecutados sin experimentación indebidoa a la luz de la presente revelación. En tanto que las composiciones y métodos de esta invención ha sido descritos en términos de modalidades preferidas, será evidente para aquellos de habilidad en el arte que se pueden aplicar variaciones a las composiciones y/o métodos y/o aparatos y en las etapas o secuencias de etapas de los métodos descritos en la presente sin desviarse del concepto, espíritu y alcance de la invención. Más específicamente, será evidente que ciertos agentes están tanto química como fisiológicamente relacionados pueden ser sustituidos por los agentes descritos en la presente, en tanto que los mismos o resultados similares serían obtenidos. Se considera que todos de tales sustitutos y modificaciones similares evidentes para aquellos experimentados en el arte están dentro del espíritu, alcance y concepto d ela invención como se define por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (40)

REIVINDICACIONES

1. Un método para extraer compuestos objetivos de una biomasa, el método está caracterizado porque comprende: secar la biomasa; moler la biomasa secada para crear finos; aglomerar los finos para crear partículas aglomeradas y percolar un solvente a través de las partículas aglomeradas .

2. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque la percolación del solvente a través de las partículas aglomeradas incluye aplicar el solvente de acuerdo con la extracción por lixiviación a contracorriente.

3. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque el secado de la biomasa incluye secado de la biomasa microbiana a una temperatura de 85°C o mayor a 148.5°C o más baja .

4. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además ajustar la presión ambiental mientras que se aglomeran los finos con el fin de hacer avanzar la deshidratación de la biomasa.

5. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además exponer las partículas aglomeradas a un solvente no inflamable para crear una mezcla no inflamable .

6. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además secado de las partículas aglomeradas a presión atmosférica a una temperatura que varía de 29°C (85°F) hasta 65.5°C (150°F).

7. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además secado de las partículas aglomeradas a una presión que es menor que la atmosférica, en donde el secado de las partículas aglomeradas a la presión que es menor que la presión atmosférica incluye disminiuir la temperatura de las partículas aglomeradas.

8. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque la biomasa es derivada de un cutivo de suspensión que incluye uno o más de los siguientes: una biomasa microbiana de algas, bacterias, levadura, hongos y otros microorganismos, sólidos suspendidos en agua y partículas de agua de desperdicio.

9. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además aplicar las partículas aglomeradas a una columna de separación con una alta proporción de longitud a diámetro de 5:1 o mayor a 30:1.

10. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque el solvente es un primer solvente que extrae un primer compuesto objetivo y en donde el método comprende además introducir por lo menos un segundo solvente a la columna para extraer un segundo compuesto objetivo.

11. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque la aglomeración de los finos para crear partículas aglomeradas incluye rotación de los finos mientras que se aplica un agente aglutinante insoluble.

12. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque la aglomeración de las partículas incluye agregar solamente gotas de agua burdas para aglomerar las partículas.

13. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque la percolación del solvente se presenta a una temperatura de o menor de 35 °C.

14. Una composición de comprimido que es formada de biomasa microbiana, caracterizada porque comprende: una pluralidad de finos aglomerados que cada uno retiene la mayoría de su área superficial y son menores de 300 mieras y un sustrato neutro.

15. La composición de comprimido de la reivindicación 14, caracterizada porque los finos aglomerados incluyen un agente aglutinante insoluble.

16. La composición de comprimido de la reivindicación 14, caracterizada porque la pluralidad de finos aglomerados forman partículas aglomeradas, cada una de alrededor de 300 mieras o mayor y en donde las partículas aglomeradas comprenden 50 por ciento o más del comprimido.

17. La composición de comprimido de la reivindicación 14, caracterizada porque la pluralidad de finos aglomerados forman partículas aglomeradas, cada una de alrededor de 300 mieras o mayor y en donde las partículas aglomeradas comprenden 80 por ciento o más del comprimido.

18. Un método para generar un comprimido, caracterizado porque comprende: obtener una biomasa microbiana de un cultivo de suspensión; secado de la biomasa microbiana hasta que la biomasa es por lo menos 90% de masa seca; molienda de la biomasa microbiana seca para crear partículas y aglomerar las partículas para generar partículas aglomeradas de 300 mieras o mayor, mientras que se retiene la mayoría del área superficial de las partículas para formar el comprimido microbiano.

19. El comprimido de la reivindicación 18, caracterizado porque la etapa de aglomerar las partículas ocurre a una presión subatmosférica .

20. El comprimido de la reivindicación 18, caracterizado porque la etapa de aglomerar las partículas incluye usar un aglutinante polimérico.

21. Un método para aglomerar biomasa seca y molida de un cultivo de suspensión, caracterizado porque comprende, hacer rodar biomasa por lo menos parcialmente seca en un aparato con unsustrato neutro, opcionalmente en donde el sustrato neutro es administrado a la biomasa gota a gota y formar un coágulo o trozo de partículas de biomasa y así aglomerar la biomasa para formar partículas aglomeradas.

22. El método de la reivindicación 21, caracterizado porque comprende además exponer la biomasa por lo menos parcialmente seca y molida antes, durante o después de la aglomeración a por lo menos una de las siguientes fuentes de calor: aire, luz, microondas, luz visible, infrarrojo, otra radiación electromagnética u otra fuente de energía en donde la biomasa por lo menos parcialmente seca y molida es deshidratada por la por lo menos una fuente.

23. El método de la reivindicación 21, caracterizado porque comprende además ajustar la presión ambiental mientras que se aglomera la biomasa seca y molida con el fin de hacer avanzar la deshidratación de la biomasa.

24. El método de la reivindicación 21, caracterizado porque los cultivos son expuestos a un gas y opcionalmente en donde el gas es un gas no inflamable y en donde las partículas aglomeradas forman una mezcla no inflamable con el gas .

25. El método de la reivindicación 21, caracterizado porque las partículas aglomeradas son además expuestas a un solvente y se extraen productos de las partículas aglomeradas .

26. El método de la reivindicación 25, caracterizado porque el producto consiste de lípidos.

27. El método de la reivindicación 25, caracterizado porque el producto consiste de un combustible o materia prima para producir combustible.

28. El método de la reivindicación 22, caracterizado porque la presión es la atmosférica y la temperatura es de 29°C (85°F).

29. El método de la reivindicación 22, caracterizado porque los cultivos son secados por atomización.

30. El método de la reivindicación 21, caracterizado porque el cultivo de suspensión comprende algas, bacterias, levadura, hongos, sólidos suspendidos en agua o partículas de agua de desperdicio.

31. El método de la reivindicación 21, caracterizado porque comprende además un agente aglutinante.

32. El método de la reivindicación 31, caracterizado porque los agentes aglutinantes comprenden almidón de maíz, alginatos, glucosa, sacarosa, fructosa u otros azúcares, ligninas y carbohidratos.

33. El método de la reivindicación 21, caracterizado porque las partículas aglomeradas son aplicadas a una columna de separación con una alta proporción de longitud a diámetro.

3 . Un proceso para extraer uno o más compuestos objetivo de biomasa de un cultivo de suspensión, caracterizado porque comprende aplicar partículas aglomeradas a un dispositivo de suspensión y extraer un compuesto objetivo del cultivo de suspensión aglomerado.

35. El proceso de la reivindicación 34, caracterizado porque se introduce un primer agente o solvente a la columna para extraer y compuesto objetivo y un tiempo más tarde se introduce por lo menos un segundo agente o solvente a la columna para extraer un segundo compuesto objetivo.

36. El proceso de la reivindicación 35, caracterizado porque los agentes comprenden hexano, etanol, cloroformo u otros solventes o agentes polares.

37. Un aparato para aglomerar un cultivo de suspensión, caracterizado porque comprende un recipiente apto de recibir agua u otro agente, el recipiente es apto de moverse en por lo menos una dirección y un soporte o dispositivo de alojamiento anexado al recipiente para permitir el movimiento de un sitio a otro.

38. Un dispositivo para determinar la resistencia a la compresión de un comprimido de algas que comprende un dispositivo de pruebas de aglomerados como se ilustra en las figuras 6A-6E que tiene por lo menos una capa tamiz de retención y un drenaje, caracterizado porque el dispositivo es apto de determinar la resistencia a la compresión del comprimido de algas.

39. Un kit caracterizado porque comprende: una composición de comprimido de biomasa microbiana que comprende : una pluralidad de partículas aglomeradas de la biomasa microbiana, en donde alrededor del 50 por ciento o más de las partículas aglomeradas son de alrededor de 300 mieras o mayor y un sustrato neutro.

40. El kit de la reivindicación 38, caracterizado porque comprende además uno o más solventes.