Método para producir ésteres alquílicos de ácidos grasos, donde se hace una mezcla reactiva contactando una solución que comprende (a) un sustrato,

este sustrato comprende triglicéridos y ácidos grasos libres, preferiblemente en el intervalo de 0.01-95% por peso de ácidos grasos libres y (b) un alcohol, este alcohol es un alcohol inferior que contiene de 1 a 5 átomos de carbono (C1-C5), con una primera enzima lipolítica con una proporción de actividad en triglicérido a actividad en FFA por debajo de 0.2 y una segunda enzima lipolítica con una proporción de actividad en triglicérido a actividad en FFA por encima de 0.5

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un método para producir ésteres alquílicos de ácidos grasos a partir de triglicéridos usando una primera enzima lipolítica que favorece la conversión de triglicéridos a ésteres alquílicos de ácido graso y una segunda enzima lipolítica que favorece la conversión de ácidos grasos libres a ésteres alquílicos de ácido graso.

ANTECEDENTES DE LA TÉCNICA

El biodiesel, generalmente clasificado como ésteres de mono-alquilo de grasas y aceites, se ha vuelto más atractivo recientemente debido a sus beneficios medioambientales. Aunque el biodiesel es en la actualidad exitosamente producido químicamente (usando por ejemplo NaOH y/o metóxido sódico como catalizador), hay diferentes problemas asociados para restringir su desarrollo, tales como el pre-procesamiento del aceite debido a un alto contenido de ácidos grasos libres, la eliminación del catalizador químico de fase de éster y fase de glicerol y la eliminación de las sales inorgánicas durante la recuperación del glicerol.

Las desventajas provocadas por los catalizadores químicos son en gran medida evitadas usando enzimas lipolíticas como catalizadores y en los últimos años se ha desarrollado un interés en el uso de lipasas con o sin inmovilización en la transesterificación para la producción de biodiesel.

Las esterasas fúngicas se pueden utilizar en la producción enzimática de ésteres, donde pueden reemplazar a catalizadores como ácido mineral (p. ej. ácido sulfúrico, cloruro de hidrógeno, y ácido clorosulfónico), hidróxidos anfóteros de metales de los grupos I, II, III, y IV, y otros. El uso de enzimas para la síntesis de éster ha sido descrito en la técnica anterior, en particular las enzimas clasificadas en EC 3.1.1 hidrolasas de éster carboxílico según la nomeclatura enzimática (Recommendations of the Nomenclature Committee of the international Union of Biochemistry and Molecular Biology, 1992 o posterior).

La WO 88/02775 divulga lipasas A y B de Candida antarctica. Declara que la lipasa B de la C. antarctica (LBCA) es más eficaz para la síntesis del éster.

El documento de la patente US-A-5 713 965 divulga un método para producir ésteres alquílicos de ácido graso de un sustrato que comprende triglicéridos y ácidos grasos libres y un alcohol que contiene de 1 a 5 átomos de carbono que utilizan una enzima lipolítica tal como la lipasa B de Candida antarctica, o lipasas derivadas de Pseudomona cepacia, Geotrichum candidum, Rhizomucor miehei,o Rhizopus delemar.

El documento de la patente EP-A2-0 407 959 divulga un método para producir monoésteres de ácido graso de poliol a partir de ácidos grasos libres y polioles, o de triglicéridos, tales como grasa o aceite vegetal o de origen animal, y polioles en presencia de un alcohol que contiene de 1 a 5 átomos de carbono que utilizan la lipasa de Candida antarctica inmovilizada sp-382, que de hecho es una combinación de las dos enzimas lipolíticas lipasa A de Candida antarctica y lipasa B de Candida antarctica.

Las cutinasas son enzimas lipolíticas capaces de hidrolizar la cutina de sustrato. Las cutinasas son conocidas gracias a varios hongos (P.E. Kolattukudy en "Lipases", Ed. B. Borgström y H.L. Brockman, Elsevier 1984, 471-504 ). La secuencia de aminoácidos de una cutinasa de Humicola insolens ha sido publicada (US 5,827,719).

Muchos investigadores han informado de que un rendimiento elevado de ésteres alquílicos se podría alcanzar en presencia de solventes orgánicos, pero debido a la toxicidad e inflamabilidad de la alcoholisis catalizada de lipasa de solventes orgánicos es preferible en un medio sin solvente. Se ha demostrado que la metanólisis catalizada por lipasas se da en un sistema que contiene agua libre de solventes orgánicos. En tales sistemas, las lipasas que son menos sensibles al metanol son favorables (Kaieda et al. J. Biosci. Bioeng. 2001, 91:12-15). Es bien conocido que los alcoholes de cadena corta excesivos tales como metanol pueden inactivar seriamente la lipasa. No obstante, al menos tres equivalentes molares de metanol se requieren para la conversión completa del aceite a su éster metílico correspondiente. Du et al. (Biotechnol. Appl. Biochem. 2003, 38:103-106) estudiaron el efecto de la proporción molar de aceite/metanol comparativamente durante una operación por lotes no continuo y por lotes continuo.

Para evitar la inactivación de las lipasas la concentración de metanol se ha mantenido baja añadiendo gradualmente metanol en toda la reacción (Shimada et al. J Mol Catalysis Enzymatic, 2002, 17:133-142; Xu et al. 2004, Biocat. Biotransform. 22:45-48 ).

Boutur et al. (J. Biotechnol. 1995, 42:23-33) divulgó una lipasa de Candida deformans que era capaz de catalizar tanto la alcoholisis de triglicérido (TG) y la esterificación de ácidos grasos libres (AGL), pero no bajo las mismas condiciones de reacción. Bajo las condiciones descritas por Boutur et al. sólo la esterificación fue catalizada.

Para obtener una producción más económica de ésteres de etilo de ácido graso para biodiesel, es necesaria una conversión más rápida de grasas y aceites a sus ésteres de metilo correspondientes y un rendimiento más alto en dicha conversión.

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RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un método para producir ésteres alquílicos de ácido graso, tales como ésteres metílicos de ácidos grasos (EMAG) y ésteres etílicos de ácidos grasos. Tales ésteres son también llamados biodiesel, porque se usan como un aditivo al gasóleo mineral para dar como resultado un combustible sin azufre, con un número más alto de cetano, que está parcialmente basado en recursos renovables.

El método de la invención incluye una solución que comprende alcohol, triglicéridos y ácidos grasos libres, dicha solución se contacta con una primera enzima lipolítica y una segunda enzima lipolítica de diferente especificidad, donde las enzimas lipolíticas catalizan la conversión de una mezcla de triglicéridos y ácidos grasos libres a ésteres alquílicos de ácidos grasos. La actividad de las primeras y segundas enzimas lipolíticas es determinada usando los métodos descritos en el ejemplo 1 y 2 mencionados abajo.

La primera enzima lipolítica se define como una enzima que tiene una proporción de actividad de TG/actividad de FFA por debajo de 0.2. La segunda enzima lipolítica se define como una enzima que tiene una proporción de actividad de TG/actividad de FFA por encima de 0.5.

La combinación de una primera enzima lipolítica y una segunda enzima lipolítica según la presente invención resulta en un efecto sinergístico en la conversión de triglicéridos y triglicéridos en combinación con ácidos grasos libres a ésteres alquílicos de ácidos grasos, por la cual un porcentaje más alto de conversión se obtiene en un periodo de tiempo más corto.

Además, la invención se refiere a un proceso por lotes o un proceso continuo por etapas para producir ésteres alquílicos de ácidos grasos usando una primera y una segunda enzima lipolítica como se ha descrito anteriormente, donde el alcohol se añade continuamente o gradualmente, y donde las enzimas son recicladas o usadas sólo una vez.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un método para producir ésteres alquílicos de ácidos grasos. El método de la invención incluye una solución que comprende alcohol, y un sustrato, que comprende triglicéridos y ácidos grasos libres. La solución es contactada con una primera enzima lipolítica y una segunda enzima lipolítica de diferente especificidad, donde las enzimas lipolíticas catalizan la conversión de una mezcla de triglicéridos y ácidos grasos libres o una mezcla de ambos a ésteres alquílicos de ácidos grasos.

Sustratos Los sustratos adecuados para producir ésteres alquílicos de ácidos grasos conforme a la presente invención son una amplia variedad de aceites vegetales y grasas; aceites de semilla de soja y de semilla de colza son los que se utilizan con más frecuencia, aunque otros cultivos tales como aceite de mostaza, de girasol, de canola, de coco, de cáñamo, de palma e incluso de algas resultan prometedores. El sustrato puede ser de calidad cruda o más procesada (refinado, decolorado y desodorizado). También se pueden utilizar grasas animales, incluyendo sebo, manteca de cerdo, ave, aceite marino al igual que residuos... [Seguir leyendo]

1. Método para producir ésteres alquílicos de ácidos grasos, donde se hace una mezcla reactiva contactando una solución que comprende (a) un sustrato, este sustrato comprende triglicéridos y ácidos grasos libres, preferiblemente en el intervalo de 0.01-95% por peso de ácidos grasos libres y (b) un alcohol, este alcohol es un alcohol inferior que contiene de 1 a 5 átomos de carbono (C1-C5), con una primera enzima lipolítica con una proporción de actividad en triglicérido a actividad en FFA por debajo de 0.2 y una segunda enzima lipolítica con una proporción de actividad en triglicérido a actividad en FFA por encima de 0.5.

2. Método según la reivindicación 1, donde el triglicérido se deriva de una o más materias primas de aceite vegetal, aceite de semilla de colza, aceite de soja, aceite de mostaza, aceite de girasol, aceite de canola, aceite de coco, aceite de cáñamo, aceite de palma, aceite de resina, grasas animales incluyendo aceite de sebo, de manteca de cerdo, de ave y de pescado.

3. Método según las reivindicaciones 1 a 2, donde la proporción molar entre el alcohol y los residuos de ácidos grasos es mínimo de 0.1 y máximo de 10, preferiblemente en el intervalo de 0.3-5, más preferiblemente de 0.4-2.

15 4. Método según las reivindicaciones 1 a 3, donde el alcohol es metanol o etanol.

5. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la mezcla reactiva además comprende agua, preferiblemente hasta un 50% (p/p).

6. Método según todas las reivindicaciones precedentes, donde la primera enzima lipolítica tiene una proporción

de actividad en triglicérido a actividad en FFA en el intervalo de 0.01-0.2 y la segunda enzima lipolítica tiene 20 una proporción de actividad en triglicérido a actividad en FFA en el intervalo de 0.5-20.

7. Método según todas las reivindicaciones precedentes, donde la primera enzima lipolítica es en un 60% idéntica a una enzima lipolítica seleccionada del grupo que consiste en lipasa B de Candida antarctica, lipasa de Hyphozyma sp. y lipasa de Candida parapsilosis.

8. Método según la reivindicación 7, donde la primera enzima lipolítica es lipasa B de Candida antarctica, lipasa 25 de Hyphozyma sp. o lipasa de Candida parapsilosis.

9. Método según todas las reivindicaciones precedentes, donde la segunda enzima lipolítica es en un 60% idéntica a una enzima lipolítica seleccionada del grupo que consiste en lipasa de T. lanuginosus, cutinasa de H. Insolens, lipasa A de C. antarctica, lipasas de Candida rugosa, Pseudomonas cepacia, Geotrichum candidum, Rhizomucor miehei, Cryptococcus spp.S-2, y Candida parapsilosis.

30 10. Método según la reivindicación 9, donde la segunda enzima lipolítica es una de lipasa de T. lanuginosus, cutinasa de H. insolens, lipasa A de C. antarctica, lipasas de Candida rugosa, Pseudomonas cepacia, Geotrichum candidum, Rhizomucor miehei, Cryptococcus spp. S-2, y Candida parapsilosis.

11. Método según todas las reivindicaciones precedentes, donde el proceso procede en un modo por lotes.

12. Método según todas las reivindicaciones precedentes, donde el proceso procede en un modo continuo.

35 13. Método según todas las reivindicaciones precedentes, donde las fases de solución en la mezcla reactiva son mezcladas usando un mezclador de alta cizalla.

14. Método según todas las reivindicaciones precedentes, donde el proceso se conduce a modo de contracorriente.