Procedimiento de extracción o fraccionamiento de mezclas sólidas de carbohidratos con CO{sub,

2} supercrítico en presencia de modificadores.La presente invención consiste fundamentalmente en la utilización de alcoholes y mezclas alcoholes-agua como modificadores en el proceso de extracción de carbohidratos mediante CO{sub,2} supercrítico. La invención se caracteriza porque el proceso desarrollado permite la extracción selectiva con elevados rendimientos y en una sola etapa de carbohidratos presentes en mezclas sólidas con otros azúcares

Procedimiento de extracción o fraccionamiento de mezclas sólidas de carbohidratos con CO₂ supercrítico en presencia de modificadores.

Sector de la técnica

Esta patente está dirigida a los sectores alimentario y farmacéutico

Estado de la técnica

La extracción con CO₂ supercrítico se ha desarrollado ampliamente en los últimos años para una gran variedad de aplicaciones debido a la escasa contaminación a la que da lugar, a que opera bajo condiciones en las que se evitan reacciones de degradación y que su poder de solvatación puede fácilmente modificarse mediante cambios en las condiciones de presión y temperatura. Respecto a los compuestos polares, su baja solubilidad en CO₂ en condiciones supercríticas limita su aplicación por lo que generalmente se emplean modificadores polares que aumenten la solubilidad de los productos. (John M. Walsh, George D. Ikonomou, Marc D. Donohue. Supercritical phase behavior: The entrainer effect. Fluid Phase Equilibria 33 (1987) 295-314).

Respecto al comportamiento de carbohidratos en CO₂ supercrítico, aunque se han llevado a cabo estudios sobre medidas de equilibrio líquido-vapor en sistemas binarios y cuaternarios (Jun-Shun Yau and Fuan-Nan Tsai. Solubilities of D(-)-Fructose and D(+)-Glucose in Subcritical and Supercritical Carbon Dioxide. The Journal of Supercritical Fluids, 7 (1994) 129-133; Alexander P. Bünz, Natasa Zitko-Stemberger, Ralf Dohrn. Phase Equilibria of Ternary and Quaternary Systems Containing Carbon Dioxide, Water, Isopropanol, and Glucose. The Journal of Supercritical Fluids, 7 (1994) 43-50; Oliver Pfohl, Jens Petersen, Ralf Dohrn, Gerd Brunner. Partitioning of carbohydrates in the vapor-liquid-liquid region of the 2-propanol + water + carbon dioxide system. The Journal of Supercritical Fluids 10 (1997) 95-103.; R. D'Souza, A.S. Teja. High pressure phase equilibria in the system glucose + fructose + water + ethanol + carbon dioxide. Fluid Phase equilibria 39 (1988) 211-224.), ninguno de ellos se ha dirigido hacia la purificación y/o fraccionamiento selectivo de algunos carbohidratos de interés en mezclas sólidas con otros carbohidratos de naturaleza similar. Los estudios que se han llevado a cabo consisten en medidas de solubilidad de carbohidratos en sistemas binarios (por ejemplo: CO₂ + fructosa y CO₂ + glucosa), y cuaternarios (por ejemplo: CO₂ + isopropanol + agua + glucosa). En el primero de los estudios, aunque se aborda la medida de la solubilidad de carbohidratos sólidos en CO₂, no se estudia la posibilidad de fraccionamiento de mezclas de los mismos ni la utilización de modificadores. Las restantes investigaciones se dirigen al estudio de solubilidades de carbohidratos en disolución acuosa. Solo existe un antecedente bibliográfico que aborda la separación de glucosa y fructosa empleando fluidos supercríticos (W. Bracey, U. Akman, K. Sunol. High pressure adsorption and supercritical desorption of aqueous fructose-glucose mixtures. The Journal of Supercritical Fluids, 4 (1991) 60-68.) aunque, a diferencia del proceso que se reivindica en la presente patente, el proceso descrito consta de 2 etapas perfectamente diferenciadas, una de adsorción sobre un adsorbente como carbón activo, y otra de desorción de los compuestos adsorbidos en la primera etapa. El proceso descrito se lleva a cabo a partir de una solución acuosa de glucosa y fructosa, que pasa a través de una columna previamente empaquetada con carbón activo. Después de una primera etapa de adsorción, que tiene lugar a un flujo bajo para permitir la interacción entre los azúcares y el adsorbente, el sistema se limpia (evitando el paso de los solventes de limpieza a través de la columna) y posteriormente los compuestos adsorbidos son desorbidos empleando CO₂ en condiciones supercríticas con etanol como modificador. El proceso, por tanto, no es continuo y se basa fundamentalmente en el conocido proceso de fraccionamiento de carbohidratos mediante adsorción en carbón activo y posterior desorción selectiva de los mismos.

Descripción de la invención

El presente proceso consiste en la extracción selectiva de carbohidratos a partir de mezclas sólidas con otros azúcares mediante la utilización de CO₂ supercrítico con alcoholes como modificadores de la polaridad. La novedad de la invención respecto a la utilización de fluidos supercríticos en la purificación de carbohidratos consiste en que no es necesaria la adsorción previa de los carbohidratos en carbón activo y que el proceso puede llevarse a cabo en una sola etapa requiriéndose una configuración del sistema mas simple que los procesos anteriormente descritos. Por otra parte, la utilización de carbohidratos en estado sólido permite alcanzar elevados rendimientos de extracción y purezas superiores al 85%.

Para llevar a cabo el proceso, las mezclas sólidas de carbohidratos se introducen en una celda de extracción (mezcladas con un material inerte para favorecer la difusión del solvente a través del lecho y evitar la formación de caminos preferentes) y se extraen en las condiciones seleccionadas con el disolvente apropiado (mezcla de CO₂ y alcohol o alcohol/agua en las proporciones apropiadas). El extracto, que contiene el carbohidrato purificado, se recoge disuelto en el alcohol empleado como co-solvente de la extracción.

Ejemplos de realización de la invención

Se describen los siguientes ejemplos sin que ello limite el procedimiento.

Ejemplo 1

Obtención de Tagatosa a partir de mezclas con galactosa. Utilización de isopropanol como modificador

Una parte de una mezcla de tagatosa/ galactosa en proporción 70/30 y nueve partes de arena de mar se introducen en la celda de un extractor con fluidos supercríticos. Una vez alcanzadas las condiciones de operación (300 atm de presión y 80ºC de temperatura), el fluido supercrítico (consistente en una mezcla CO₂ con un 27% de isopropanol como modificador) se hace circular a través de la celda de extracción a un flujo determinado durante dos horas. El extracto se recoge en un colector a presión atmosférica. En estas condiciones se consigue extraer tagatosa con una pureza del 90% y con un rendimiento del 75%.

Ejemplo 2

Obtención de Tagatosa a partir de mezclas con galactosa. Utilización de mezcla etanol-agua como modificador

Utilizando el mismo procedimiento que el descrito en el Ejemplo 1 con una mezcla de tagatosa y galactosa, en proporción 70/30, y en unas condiciones experimentales de 300 atm., 80ºC y 16% de modificador (95% etanol, 5% agua) se consiguen extraer tagatosa con una pureza del 88% y con un 92% de rendimiento.

Ejemplo 3

Obtención de Lactulosa a partir de mezclas con lactosa. Utilización de etanol como modificador

Utilizando el mismo procedimiento que el descrito en el Ejemplo 1 con una mezcla de lactulosa y lactosa, en proporción 70/30, y en unas condiciones experimentales de 100 atm., 100ºC y 5% de modificador (95% etanol, 5% agua) se consiguen extraer lactulosa con una pureza del 95% y con un 45% de rendimiento.

Ejemplo 4

Obtención de Tagatosa a partir de mezclas con galactosa. Utilización de metanol como modificador

Utilizando el mismo procedimiento que el descrito en el Ejemplo 1 con una mezcla de tagatosa y galactosa, en proporción 70/30, y en unas condiciones experimentales de 300 atm., 80°C y 21% de modificador se consigue extraer tagatosa con una pureza del 73% y con un 89% de rendimiento.

Ejemplo 5

Obtención de Tagatosa a partir de mezclas con galactosa. Utilización de propanol como modificador

Utilizando el mismo procedimiento que el descrito en el ejemplo 1 con una mezcla de tagatosa y galactosa, en proporción 70/30, y en unas condiciones experimentales de 300 atm., 80°C y 21% de modificador se consigue extraer tagatosa con una pureza del 90% y con un 53% de rendimiento.

Ejemplo 6

Obtención de Tagatosa a partir de mezclas con galactosa. Utilización de butanol como modificador

Utilizando el mismo procedimiento que el descrito en el ejemplo 1 con una mezcla de tagatosa y galactosa, en proporción 70/30, y en unas condiciones experimentales de 300 atm., 80°C y 21% de modificador se consigue extraer tagatosa con una pureza del 90% y con un 52% de rendimiento.

1. Proceso para la purificación de carbohidratos a partir de mezclas sólidas con otros azúcares mediante la extracción con CO₂ en condiciones supercríticas (entre 70 y 400 atm de presión, entre 10 y 120ºC de temperatura y entre 0.5 y 40% de modificador).

2. Proceso según la reivindicación 1 caracterizado por la utilización de etanol como modificador y sus mezclas con agua en la proporción de agua respecto a etanol inferior al 10%.

3. Proceso según la reivindicación 1 caracterizado por la utilización de metanol como modificador y sus mezclas con agua en la proporción de agua respecto a etanol inferior al 10%.

4. Proceso según la reivindicación 1 caracterizado por la utilización de propanol como modificador y sus mezclas con agua en la proporción de agua respecto a etanol inferior al 10%.

5. Proceso según la reivindicación 1 caracterizado por la utilización de isopropanol como modificador y sus mezclas con agua en la proporción de agua respecto a etanol inferior al 10%.

6. Proceso según la reivindicación 1 caracterizado por la utilización de butanol como modificador y sus mezclas con agua en la proporción de agua respecto a etanol inferior al 10%.