PT1272049E - Método para fraccionamento de matérias-primas nativas contendo óleo e lípidos polares utilizando álcool e centrifugação - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "MÉTODO PARA FRACCIONAMENTO DE MATÉRIAS-PRIMAS NATIVAS CONTENDO ÓLEO E LÍPIDOS POLARES UTILIZANDO ÁLCOOL E CENTRIFUGAÇÃO"

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a um processo para fraccionamento de uma mistura contendo óleo, lípidos polares e proteínas obtida de micróbios.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Exemplos de lípidos polares incluem fosfolípidos (e. g. fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina, fosfatidilinositol, fosfatidilserina, fosfatidilglicerol, difosfatidilgliceróis), cefalinas, esfingolípidos (esfingomielinas e glicoesfingolípidos), e glicoglicerolípidos. Os fosfolípidos são compostos pelas seguintes unidades estruturais principais: ácidos gordos, glicerol, ácido fosfórico, aminoálcoois e hidratos de carbono. São geralmente considerados como sendo lípidos estruturais, que desempenham papéis importantes na estrutura das membranas de plantas, micróbios e animais. Devido à sua estrutura química, os lípidos polares apresentam uma natureza bipolar, apresentando solubilidade ou solubilidade parcial tanto em solventes polares como não polares. 0 termo lípido polar na presente descrição não está limitado a lípidos polares naturais, incluindo também lípidos polares modificados quimicamente. Embora o termo óleo tenha vários significados, 1 como aqui utilizado, vai referir-se à fracção de triacilgliceróis.

Uma das caracteristicas importantes dos lipidos polares e, especialmente, dos fosfolipidos, é que contêm vulgarmente ácidos gordos poli-insaturados (PUFA: ácidos gordos com 2 ou mais ligações insaturadas). Em muitos sistemas vegetais, microbianos e animais, estão especialmente enriquecidos nos ácidos gordos altamente insaturados (HUFA: ácidos gordos com 4 ou mais ligações insaturadas) da série ómega-3 e ómega-6. Embora estes ácidos gordos altamente insaturados sejam considerados instáveis na forma de triacilgliceróis, apresentam estabilidade melhorada quando incorporados em fosfolipidos.

As principais fontes de fosfolipidos ricos em PUFA comerciais são sementes de soja e de canola. Estes biomateriais não contêm quaisquer quantidades apreciáveis de HUFA a menos que tenham sido geneticamente modificados. Os fosfolipidos (vulgarmente chamados lecitinas) são rotineiramente recuperados, a partir destas sementes de oleaginosas, como um subproduto do processo de extracção do óleo vegetal. Por exemplo, na produção de óleo de soja ou de canola, os grãos (sementes) são, primeiro, tratados termicamente e, depois, são partidos, triturados e/ou transformados em flocos, a que se segue a extracção com um solvente não polar como o hexano. 0 hexano remove a fracção rica em triacilgliceróis das sementes juntamente com uma quantidade variável de lipidos polares (lecitinas). 0 óleo extraído é, depois, desgomado (remoção das lecitinas), fisica ou quimicamente como uma parte do processo normal de refinação do óleo e as lecitinas precipitadas são recuperadas. Uma desvantagem deste processo é que a utilização dos solventes não 2 polares, tal como o hexano, apresenta problemas de toxicidade e inflamabilidade que têm de ser tratados. A lecitina em bruto extraída no processo de "desgomagem" pode conter até cerca de 33% de óleo (triacilgliceróis) . Um método preferido para a separação deste óleo a partir da lecitina em bruto é por extracção com acetona. 0 óleo (triacilgliceróis) é solúvel em acetona e a lecitina não é. A solução de acetona é separada do precipitado (lecitina) por centrifugação e o precipitado é seco, primeiro num secador de leito fluidizado e, depois, numa estufa de secagem em vácuo para recuperar a acetona residual à medida que o produto é seco. São vulgarmente utilizadas temperaturas de secagem de 50-70 °C. As lecitinas secas resultantes contêm aproximadamente 2-4% em peso de óleo (triacilgliceróis) . Temperaturas do processo acima de 70 °C podem levar à decomposição térmica dos fosfolipidos. No entanto, mesmo a temperaturas inferiores a 70 °C, a presença de acetona leva à formação de produtos que podem prejudicar a qualidade organoléptica dos fosfolipidos. Estes produtos secundários podem conferir odores a mofo ao produto e, também, um gosto residual pungente.

Para evitar a utilização de solventes não polares, tal como hexano, e evitar os efeitos secundários negativos de um processo à base de acetona, foram também propostos numerosos processos envolvendo a utilização de fluidos supercríticos, em especial CO2 supercrítico. Por exemplo, a patente U.S. N° 4367178 divulga a utilização de CO2 supercrítico para purificar parcialmente a preparação de lecitina de soja em bruto por remoção do óleo da preparação. As patentes alemãs N° DE-A3011185 e DE-A3229041 divulgam métodos para desparafinagem de lecitina 3 em bruto com CO2 e etano supercríticos, respectivamente. Foram propostos outros processos supercríticos que incluem a adição de pequenas quantidades de hidrocarbonetos, tal propano ao C02 supercrítico, para actuar como agentes de arrastamento. No entanto, os sistemas de extracção com fluidos supercríticos são muito caros em termos de capital e não podem ser operados de forma contínua. Além disso, os tempos de extracção são longos e os biomateriais têm de ser secos antes da extracção e isso aumenta as dificuldades de estabilização do produto seco resultante com antioxidantes. Todos estes factores tornam o processo supercrítico numa das opções mais caras para extracção e recuperação de material de lípidos polares ou misturas destes materiais. Como resultado, foram descritos processos alternativos utilizando extracção com hidrocarbonetos líquidos a pressões mais baixas. Por exemplo a patente U.S. N° 2548434 descreve um método para desparafinagem de materiais de oleaginosas e recuperação de lecitina em bruto, utilizando um hidrocarboneto líquido a pressões mais baixas (35-45 bar) mas a temperaturas elevadas (79 a 93 °C) . A patente U.S. N° 5597602 descreve um processo semelhante que opera a pressões e temperaturas ainda mais baixas. No entanto, mesmo com estes melhoramentos a extracção com fluidos supercríticos continua a ser muito cara e não é correntemente utilizada para produzir fosfolípidos para utilização alimentar em grande escala comercial. A principal fonte comercial de lípidos polares ricos em HUFA é a gema de ovo. São utilizados dois processos principais para a recuperação de fosfolípidos do ovo em escala industrial. Ambos requerem a secagem da gema de ovo antes da extracção. No primeiro processo, o pó de gema de ovo seco é extraído, 4 primeiro, com acetona para remover os triacilgliceróis. Isto é, então, seguido por uma extracção com álcool puro para recuperar os fosfolipidos. No segundo processo, é utilizado álcool puro para extrair um óleo/fracção de lecitina da gema de ovo desidratada. 0 óleo/fase de lecitina é então extraído com acetona para remover os triacilgliceróis, deixando para trás uma fracção de lecitina. Ambos os métodos requerem a utilização de acetona, que tem as desvantagens discutidas acima. A patente canadiana N° 1335054 descreve um processo para extrair gema de ovo líquida fresca em fracções de proteína, óleo e lecitina pela utilização de etanol, temperaturas elevadas, filtração e cristalização a baixa temperatura com filtração adicional. Não é divulgada a pureza do produto lecitina. No entanto um especialista na técnica esperaria que a fracção de lecitina produzida por este processo não fosse muito pura. Haveria ainda quantidades muito significativas de óleo associadas à lecitina, porque o processo de refrigeração iria remover principalmente os triglicéridos contendo ácidos gordos saturados. Os que contém alguns ácidos gordos insaturados permaneceriam mais solúveis a baixas temperaturas. Adicionalmente, a filtração e os processos de refrigeração/filtração empregues neste método seriam trabalhosos e difíceis de converter num processo contínuo. À luz do actual estado da técnica, continua a haver necessidade de uma melhor tecnologia de extracção para produtos lipídicos polares de qualidade alimentar que seja menos dispendiosa de operar e que proteja a qualidade global dos HUFA nos produtos lipídicos polares. 0 documento US-A-5883273 divulga um processo para separação de fosfolípidos e triglicéridos de gema de ovo 5 compreendendo os passos de: adição do álcool inferior metanol à gema de ovo, separação da proteína insolúvel de uma solução metanólica de lípidos, adição de água e centrifugação de modo a obter uma fase de triglicéridos e uma fase de fosfolípidos.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

De acordo com a presente invenção, é proporcionado um processo melhorado para a recuperação de lípidos polares de biomateriais nativos, i. e. micróbios, que não envolve as desvantagens do estado da técnica anterior. A invenção proporciona os processos das reivindicações 1 e 16. As formas de realização preferidas são a matéria das reivindicações dependentes. 0 processo inclui, de um modo preferido, os passos de adição de uma concentração elevada de solvente orgânico solúvel em água à mistura contendo óleo, lípidos polares e proteínas e separação da proteína da mistura para formar uma fracção rica em proteínas e uma fracção rica em lípidos polares/óleo. Como aqui utilizado, o termo "concentração elevada de solvente orgânico solúvel em água" vai significar mais do que 68 por cento de solvente orgânico, de um modo preferido, mais de 80 por cento de solvente orgânico, de um modo mais preferido, superior a 90 por cento, de um modo mais preferido, de cerca de 80 por cento a cerca de 95 por cento de solvente orgânico.

De um modo preferido, os passos do processo são realizados em atmosferas com teor de oxigénio reduzido que podem incluir a utilização de gases inertes ou não reactivos (e. g. azoto, 6 dióxido de carbono, árgon, etc.), utilização de vapores de solventes, utilização de um vácuo parcial ou completo, ou qualquer combinação dos referidos acima.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS A presente invenção pode ser mais prontamente compreendida por referência às seguintes figuras, em que: A FIG. 1 é uma representação gráfica da solubilidade de fosfolipidos, uma forma de lipidos polares, em função da concentração de álcool. A FIG. 2 é uma representação gráfica de um processo de extracção de fosfolipidos (como um exemplo de um processo de extracção de lipidos polares) com base numa concentração elevada de álcool.

DESCRIÇÃO PORMENORIZADA DA INVENÇÃO

Devido à sua natureza bipolar, os lipidos polares (incluindo os fosfolipidos) têm interesse comercial significativo como agentes molhantes e emulsionantes. Estas propriedades também podem ajudar a tornar os HUFA nos fosfolipidos mais biodisponiveis, além de aumentar a sua estabilidade. Estas propriedades tornam os fosfolipidos formas ideais de ingredientes para utilização em suplementos nutricionais, alimentos, fórmula para lactentes e aplicações farmacêuticas. 7

Inesperadamente constatou-se que os lípidos polares são solúveis não só em concentrações elevadas de solventes orgânicos solúveis em água (e. g., a concentrações de solventes orgânicos solúveis em água superiores a cerca de 68% p/p) mas também em baixas concentrações de solventes orgânicos solúveis em água (menos de cerca de 35% p/p de solvente orgânico solúvel em água). (FIG. 1). Como aqui utilizado, concentração de solvente orgânico solúvel em água significa a percentagem em peso do solvente orgânico solúvel em água numa solução aquosa. A solução aquosa inclui água adicionada e água presente nos materiais. Para efeitos desta invenção, os fosfolipidos são descritos como "solúveis" se não se depositarem ou separarem da fase continua (por vezes também chamada sobrenadante ou fase leve) quando submetidos a centrifugação pelo equipamento descrito nesta invenção. Na gama de concentrações de solvente orgânico solúvel em água de cerca de 35% p/p a cerca de 68% p/p de solvente orgânico solúvel em água, os lipidos polares apresentam solubilidade significativamente menor. A presente invenção explora esta propriedade de lipidos polares (solubilidade/dispersibilidade melhorada em baixas concentrações de solvente orgânico solúvel em água) que pode, então, ser explorada de vários modos (juntamente com a elevada solubilidade em água de fosfolipidos em concentrações elevadas de solvente orgânico solúvel em água) para desenvolver processos de baixo custo de extracção e recuperação de lipidos polares e, especialmente, fosfolipidos, a partir de biomateriais nativos.

Os biomateriais nativos que são ricos em lipidos polares contendo HUFA incluem peixes, crustáceos, micróbios, ovos, tecido cerebral, leite, carne e material vegetal, incluindo as oleaginosas. Tal como aqui utilizado, os termos peixe, crustáceos, micróbios, ovos, tecido cerebral, leite, carne e material vegetal incluindo oleaginosas vai incluir as suas versões geneticamente modificadas. 0 teor de fosfolipidos nestes materiais é geralmente baixo, normalmente variando de 0,1% a cerca de 4% em peso húmido. Como resultado precisam ser processadas grandes quantidades de matérias-primas para recuperar estes fosfolipidos. Devido ao custo elevado das técnicas de extracção anteriores, os fosfolipidos e especialmente os fosfolipidos enriquecidos em HUFA eram muito caros e, portanto, restringidos para utilização na formulação para lactentes, indústrias farmacêutica e cosmética. Uma das vantagens da presente invenção é que proporciona a extracção de lipidos polares e, em particular, de fosfolipidos, de uma forma económica.

Um processo de recuperação de lipidos polares que utiliza elevadas concentrações de solvente orgânico solúvel em água num passo de concentração de lipidos polares/óleo seguido pela utilização de baixas concentrações de solvente orgânico solúvel em água num passo de recuperação de lipidos polares da fase oleosa está apresentado na FIG. 2. Neste exemplo é utilizada gema de ovo liquida como o biomaterial rico em lipidos polares. Entende-se, no entanto, que outros biomateriais contendo lipidos polares (e. g., peixes, crustáceos, micróbios, tecido cerebral, leite, carne e material vegetal incluindo oleaginosas) também podem ser processados de modo semelhante com modificação minima do processo.

No primeiro passo do processo 12, o material é seco, se necessário. Para uma recuperação mais eficiente da proteína, o material é opcionalmente submetido a redução de tamanho 14. Um solvente orgânico solúvel em água (e. g., álcool) é adicionado a 14. A concentração do solvente orgânico solúvel em água/solução 9 aquosa é, pelo menos, cerca de 68% p/p, de um modo preferido, pelo menos, cerca de 80% p/p, de um modo preferido, pelo menos, cerca de 90% p/p, de um modo mais preferido, cerca de 80 a cerca de 95% p/p, de um modo mais preferido, de cerca de 85 a cerca de 95% p/p e, de um modo mais preferido, de cerca de 90 a cerca de 95% p/p. Quanto mais humidade estiver presente no material, maior a quantidade e/ou maior a concentração de solvente orgânico solúvel em água que será necessária para atingir a concentração desejada quando misturado com o material. Por outras palavras, se o material estiver relativamente seco, menos solvente orgânico solúvel em água e/ou menor concentração de solvente orgânico solúvel em água pode ser empregue. Por outro lado, se o material estiver relativamente húmido, mais solvente orgânico solúvel em água e/ou maior concentração de solvente orgânico solúvel em água tem de ser utilizada. A proteina desnaturada 20 é, então, separada por separação por densidades 18. Uma vez que as proteínas não são solúveis em concentrações elevadas de solvente orgânico solúvel em água, precipitam (enquanto os lípidos polares e o óleo se dissolvem no solvente orgânico solúvel em água em concentração elevada) e as proteínas precipitadas 20 são separadas da fracção enriquecida em lípidos polares/óleo 22 por separação por densidades 18, e. g., utilizando a força da gravidade ou centrífuga. Utilizando a gema de ovo como um exemplo, isto resulta na recuperação de duas fracções: (1) uma fracção com aproximadamente 60-95% de óleo (com % em peso seco) e cerca de 5-40% em peso seco como lípidos polares; e (2) um fracção de proteína, de um modo preferido, com mais de 90% das proteínas da gema de ovo.

Se for desejado separar os lípidos polares do óleo, a fracção de óleo/lípidos polares 22 é misturada 26 com água 24 10 numa concentração final de solvente orgânico solúvel em água de cerca de 25 a cerca de 30% p/p. Uma alternativa menos desejável seria secar a fracção de óleo/lipidos polares 22 e depois adicionar um solvente orgânico solúvel em água e água consoante necessário, para obter a concentração desejada de solvente orgânico solúvel em água. Os lipidos polares são então separados do óleo por meio de separação por densidades 28. É formada uma fracção enriquecida em lipidos polares 30 e uma fracção enriquecida em óleo 32. Pode ser efectuado o processamento posterior da fracção enriquecida em lipidos polares 30 e/ou da fracção enriquecida em óleo 32 consoante desejado ou necessário. Por exemplo, pode utilizar-se lavagem em contra-corrente/centrifugação ou lavagem em corrente cruzada/separação do óleo e produtos lipidicos polares para melhorar a pureza dos produtos e a economia do processo global.

Numa forma de realização alternativa, o passo de secagem pode ser eliminado. Por exemplo, em vez da secagem de um material, tal como ovos, pode utilizar-se ovos húmidos. O processo é semelhante ao descrito acima, no entanto, é eliminado o passo de secagem. Como resultado, é utilizada uma maior quantidade e/ou concentração de solvente orgânico solúvel em água para precipitar a proteina.

Devido à simplicidade do equipamento requerido no processo, todo o processo pode ser realizado muito facilmente numa atmosfera com teor reduzido de oxigénio (e. g., azoto, uma forma de realização preferida do processo), protegendo, ainda, da oxidação quaisquer HUFA nos lipidos polares. Por exemplo, pode utilizar-se um decantador à prova de gases para separar a proteina da mistura. Um decantador adequado é o modelo CA 226-28

Gas Tight, disponível de Westfalia Separator Industry GmbH, de 11

Oelde, Alemanha, que é capaz de separação contínua de proteínas de suspensões com elevado teor de sólidos de proteínas num campo centrífugo. Um separador à prova de gases útil para separar lípidos polares de óleo é o modelo SC 6-06-576 Gas Tight, disponível de Westfalia Separator Industry GmbH, de Oelde, Alemanha, que é capaz da separação contínua de lípidos polares do óleo num campo centrífugo. A concentração de solvente orgânico solúvel em água no passo de remoção de proteínas é, de um modo preferido, superior a cerca de 68% p/p, de um modo mais preferido, superior a cerca de 70% p/p, de um modo mais preferido, a cerca de 80% p/p, de um modo mais preferido, superior a cerca de 90% p/p. Em princípio, acredita-se que quanto maior a concentração do solvente orgânico solúvel em água, mais forte é a contracção das proteínas, mas quanto mais não polar for a fase aquosa/ solvente orgânico solúvel em água, mais lípidos polares podem ser dissolvidas na fase de óleo. Têm por isso de ser encontradas a temperatura e concentração adequadas, por exemplo, através da realização de algumas experiências preliminares (testes em centrífuga), para cada matéria-prima.

Lisboa, 4 de Fevereiro de 2010 12

Claims (19)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Processo para fraccionamento de uma mistura contendo óleo, lípidos polares e proteínas obtida a partir de micróbios, compreendendo os passos de: (a) adicionar um solvente orgânico solúvel em água à referida mistura e separação das proteínas da referida mistura para formar uma fracção rica em proteínas e uma fracção rica em lípidos polares/óleo; (b) reduzir a concentração de solvente orgânico solúvel em água na referida fracção rica em lípidos polares/óleo; e (c) submeter a água/solvente orgânico solúvel em água e fracção rica em lípidos polares/óleo a separação por densidades, para formar uma fracção rica em lípidos polares e uma fracção rica em óleo, (d) compreendendo a referida fracção rica em lípidos polares/óleo formada no passo (a) de 5% a 40% em peso de lípidos polares e de 60% a 95% em peso de óleo, e (e) compreendendo a referida fracção rica em óleo formada no passo (a) de 80% a 95% em peso de proteínas em base seca, e (f) estando o referido solvente orgânico solúvel em água no passo (a) presente numa mistura de solvente orgânico solúvel em água/água, em que a referida 1 mistura de solvente orgânico solúvel em água/água compreende, pelo menos, 68% em peso de solvente orgânico solúvel em água; (g) em que o referido solvente orgânico solúvel em água no passo (c) está presente numa mistura de solvente orgânico solúvel em água/água, em que a referida mistura de solvente orgânico solúvel em água/água compreende de 25% a 30% em peso de solvente orgânico solúvel em água.
2. 2. Processo da reivindicação 1, em que a separação das proteínas do passo (a) compreende os passos de: (a) adicionar solvente orgânico solúvel em água à referida mistura contendo óleo, lipidos polares e proteínas, para obter uma concentração de solvente orgânico solúvel em água de, pelo menos, 80% p/p; e (b) separar por separação por densidades a mistura resultante numa fracção rica em proteína e numa fracção rica em lipidos polares/óleo.
3. 3. Processo da reivindicação 1, em que o solvente orgânico solúvel em água é recuperado da fracção rica em proteínas e da fracção rica em lipidos polares/óleo após a separação por densidades.
4. 4. Processo da reivindicação 1, em que a referida mistura contendo óleo, lipidos polares e proteínas contém, ainda, colesterol e uma quantidade substancial do referido 2 colesterol reporta-se à referida fracção rica em óleo, em conformidade com a separação do passo (c).
5. 5. Processo da reivindicação 1, em que o referido solvente orgânico solúvel em água no passo (a) está presente numa mistura de solvente orgânico solúvel em água/água, em que a referida mistura de solvente orgânico solúvel em água/água compreende de 80% a 95% em peso de solvente orgânico solúvel em água.
6. 6. Processo da reivindicação 1, em que o referido solvente orgânico solúvel em água é recuperado por lavagem em contra-corrente, evaporação ou secagem.
7. 7. Processo da reivindicação 1, em que a referida fracção rica em lipidos polares é seca para recuperar solvente orgânico solúvel em água, lavada com uma mistura de solvente orgânico solúvel em água/água compreendendo mais de 80% em peso de solvente orgânico solúvel em água, de forma a precipitar as proteínas residuais e, adicionalmente, seca para recuperar o solvente orgânico solúvel em água.
8. 8. Processo da reivindicação 7, em que a adição do referido solvente orgânico solúvel em água resulta na precipitação de, pelo menos, alguma da referida proteína, que é recuperada por separação por densidades.
9. 9. Processo como reivindicado nas reivindicações 1 - 8, em que o referido solvente orgânico solúvel em água compreende um solvente polar. 3
10. 10. Processo como reivindicado nas reivindicações 1-9, em que o referido solvente orgânico solúvel em água compreende um álcool.
11. 11. Processo como reivindicado nas reivindicações 1 - 10, em que o referido solvente orgânico solúvel em água compreende um álcool Ci-Cs·
12. 12. Processo como reivindicado nas reivindicações 1 - 11, em que o referido solvente orgânico solúvel em água compreende isopropanol, etanol ou suas misturas.
13. 13. Processo como reivindicado nas reivindicações 1 - 12, em que o pH durante o processamento é de pH 4 a pH 10.
14. 14. Processo como reivindicado nas reivindicações 1 - 13, em que, pelo menos, 60% dos lípidos polares originalmente presentes na mistura são recuperados numa fracção rica em lípidos polares.
15. 15. Processo como reivindicado nas reivindicações 1 - 14, em que, pelo menos, 80% dos lípidos polares originalmente presentes na mistura são recuperados numa fracção rica em lípidos polares.
16. 16. Processo de recuperação de lípidos polares de uma mistura contendo lípidos polares obtida a partir de micróbios, empregando um solvente orgânico solúvel em água, em que a solubilidade relativamente elevada dos lípidos polares numa solução aquosa do solvente orgânico solúvel em água, em que a solução aquosa compreende de 80 a 95 por cento em 4 peso de solvente orgânico solúvel em água, a que se segue o emprego de um solvente orgânico solúvel em água, em que a solubilidade relativamente elevada dos lípidos polares numa solução aquosa do solvente orgânico solúvel em água, em que a solução aquosa compreende de 25 a 30 por cento em peso de solvente orgânico solúvel em água, para ajudar na referida recuperação.
17. 17. Processo de qualquer das reivindicações 1 - 16, em que o referido lípido polar compreende um fosfolípido.
18. 18. Processo de qualquer das reivindicações 1 - 17, em que, pelo menos, uma parte do referido processo é realizada numa atmosfera com teor reduzido de oxigénio.
19. 19. Processo como reivindicado na reivindicação 1, em que os referidos passos de adicionar e submeter são repetidos, pelo menos, uma vez. Lisboa, 4 de Fevereiro de 2010 5