Empleo de emulsiones O/W como medio de reacción para reacciones catalizadas por vía enzimática,

que contienen al menos agua, emulsionantes, así como una fase oleaginosa, caracterizado porque la emulsión se obtiene según el procedimiento PIT, y presenta un tamaño de gotita de 50 a 400 nm

Campo de la invención

La presente invención se refiere al empleo de emulsiones que se obtienen según el procedimiento PIT, como medio de reacción para reacciones catalizadas por vía enzimática. 5

Estado de la técnica

En la síntesis química y bioquímica se emplean enzimas como catalizadores de manera acrecentada. De este modo, en muchos casos, debido a las condiciones de reacción frecuentemente más suaves, ya en procedimientos a escala industrial se emplean hidrolasas, especialmente lipasas (EC 3.1.1.3) para la eliminación de grasa. 10

Procedimientos enzimáticos apropiados para el esterificado o transesterificado se describen, a modo de ejemplo, en K. Drauz y H. Waldmann, Enzyme Catalysis in Organic Synthesis, editorial VCH, Weinheim 1975.

Es sabido que transesterificaciones en medios anhidros o pobres en agua se catalizan a través de lipasas. Si en el medio de reacción de ésteres, alcohol y lipasas, también está presente 15 agua, normalmente se establece una disociación de ácidos enlazados para dar ácidos libres. Ya que diversas lipasas catalizan también el enlace de ésteres a partir de ácidos grasos libres y alcoholes, en el efecto final, en la mayor parte de los casos se lleva a cabo una reacción de transesterificado con una etapa intermedia de ácido, además de un transesterificado directo. Sin embargo, para muchos procesos técnicos es una gran ventaja que se formen ácidos libres en el sistema. El contenido de 20 agua impide parcialmente una reacción aceptable técnica y comercialmente (formación de un equilibrio termodinámico desventajoso). Para la consecución de rendimientos satisfactorios se deben emplear instalaciones técnicas costosas (eliminación de agua, por ejemplo, a través de destilación azeotrópica, procedimientos de separación de membrana, destilación en vacío).

El inconveniente en reacciones catalizadas por vía enzimática consiste frecuentemente en la 25 disponibilidad y estabilidad de las proteínas funcionales que forman parte del proceso. Por el estado de la técnica son conocidos ya enzimas que se presentan estabilizados mediante inmovilización, a modo de ejemplo mediante microencapsulado, y se pueden emplear varias veces.

La reacción de compuestos hidrófobos se puede llevar a cabo ya mediante el empleo de microemulsiones de agua en aceite (W/O), como se describe por Orlich y Schomaeker en Enzyme 30 Microb. Technol.; 2001; 28; 1; 42-48, para la lipasa de Candida rugosa. No obstante, para la reacción eficaz es muy crítica la concentración de agua en la disolución, así como la composición de los componentes de la microemulsión W/O.

Por consiguiente, la tarea de la presente invención ha consistido en poner a disposición un sistema para reacciones catalizadas por vía enzimática, en el que se pueden variar las 35 concentraciones de substrato, pero permaneciendo constantes las interfases, y con ello las concentraciones de aceite y agua, en tal medida que no tengan una gran influencia sobre la reacción ni sobre la actividad del enzima. Por lo demás, estos sistemas serán económicos y reciclables.

Descripción de la invención

Es objeto de la invención el empleo de emulsiones O/W como medio de reacción para 40 reacciones catalizadas por vía enzimática, que contienen al menos agua, emulsionantes, así como una fase oleaginosa, obteniéndose la emulsión tras el procedimiento PIT, y presentando un tamaño de gotita de 50 a 400 nm.

Sorprendentemente se descubrió que las emulsiones O/W que se obtuvieron según el procedimiento PIT cumplen los requisitos expuestos anteriormente de modo extraordinario.

Emulsiones PIT 5

Emulsiones son preparados dispersos compuestos al menos por dos líquidos no solubles entre sí, de los cuales uno es acuoso. Para el homogeneizado de fases aceite/agua no miscibles mediante emulsión se emplean emulsionantes, o bien sistemas emulsionantes. Sin influencia de emulsionantes estabilizantes se separarían de nuevo las fases debido a sus diferentes polaridades. Los emulsionantes anfífilos se sitúan en las interfases entre las gotitas finamente distribuidas y la fase 10 coherente, e impiden su agrupamiento (= coalescencia) mediante apantallamiento estérico o electrostático. Emulsionantes son compuestos que unen componentes hidrófilos y lipófilos en su estructura molecular. Selección y medida de componentes en cuestión en la respectiva molécula de emulsionante, o bien sistema emulsionante, se caracterizan frecuentemente mediante el valor (número) HLB, que informa sobre el balance hidrófilo-lipófilo. En este caso es válido habitualmente: 15 emulsionantes, o bien sistemas emulsionantes con fracciones fuertemente hidrófilas en términos comparativos conducen a valores HLB elevados, y generalmente a las emulsiones O/W basadas en agua con fase oleaginosa dispersa en su aplicación práctica. Emulsionantes, o bien sistemas emulsionantes con fracciones fuertemente lipófilas en términos comparativos conducen a valores HLB relativamente más reducidos, y con ellos a emulsión inversa W/O con fase oleaginosa cerrada y fase 20 acuosa dispersa.

Es sabido que emulsiones de aceite en agua (O/W), que se obtienen y están estabilizadas con emulsionantes no ionógenos, pueden experimentar una inversión de fases, por regla general reversible, en el caso de calentamiento, es decir, dentro de un intervalo de temperatura determinado se efectúa un cambio del tipo de emulsión de O/W a W/O (emulsión de agua en aceite). Ya que en 25 este caso el aceite se convierte en la fase externa, continua, la conductividad de la emulsión se reduce a cero. El valor medio de temperatura entre conductividad de emulsión máxima y reducida precisamente a cero en el caso de aumento de temperatura se llama temperatura de inversión de fases (PIT), y las emulsiones obtenidas de este modo se llaman emulsiones PIT.

También es sabido que el estado de PIT es dependiente de muchos factores, por ejemplo del 30 tipo de del volumen de fase del componente oleaginoso, del carácter hidrófilo y de la estructura de emulsionantes y de la composición del sistema emulsionante.

Para la división fina de la emulsión PIT es esencial su procedimiento de obtención. Por regla general se mezclan la fase acuosa y oleaginosa con los emulsionantes, y después se calienta a una temperatura por encima de PIT. En este caso, la conductividad debe descender a cero. A continuación 35 se enfría de nuevo la emulsión a la temperatura de partida (por regla general temperatura ambiente, aproximadamente 20ºC). En este caso, la formación de la emulsión empleada según la invención se efectúa primero excediéndose, y a continuación no alcanzándose la PIT.

Es sabido que presentan división especialmente fina sólo aquellas emulsiones PIT que forman una fase en microemulsión con tensión interfacial reducida entre aceite y agua, o una fase 40 laminar fluidocristalina en la inversión de fases. En este caso, el paso decisivo es siempre la reinversión en el enfriamiento.

Las emulsiones según la invención se distinguen en especial por su división fina. El tamaño de gotita asciende a 50 hasta 400 nm. El tamaño de gotita se sitúa preferentemente en el intervalo de 70 a 300 nm, en especial en el intervalo de 80 a 250 nm, y de modo especialmente preferente en el intervalo de 90 a 160 nm. En los tamaños de gotita se supone una distribución según Gauss. La medida se efectúa, a modo de ejemplo, mediante dispersión lumínica o absorción. 5

Estas emulsiones finamente distribuidas mantienen su homogeneidad mediante el movimiento molecular de Brown. Este movimiento molecular de Brown es un movimiento aleatorio térmico de partículas < 5 µm. Este constituye la fuerza propulsora de difusión, e impide tanto la sedimentación, como también el cremaje (flotación). Una gran ventaja consiste en que se pueden reducir procesos de agitación que requieren mucha energía. Conduce a una difusión mejorada de 10 substrato y enzima y a costes de energía reducidos.

Las concentraciones de substrato se pueden variar sin que se deba modificar el tamaño de gota. Se puede alcanzar una concentración de substrato elevada sin que se produzca una coalescencia de gotas. La tensión superficial reducida aumenta la velocidad de transferencia de moléculas en la interfase aceite/agua. La alta reproducibilidad y estabilidad de emulsiones PIT 15 posibilita estudios bioquímicos en enzimas y su reactividad, así como la posibilidad de optimizar aún más condiciones de...

1. Empleo de emulsiones O/W como medio de reacción para reacciones catalizadas por vía enzimática, que contienen al menos agua, emulsionantes, así como una fase oleaginosa, caracterizado porque la emulsión se obtiene según el procedimiento PIT, y presenta un tamaño de gotita de 50 a 400 nm. 5

2. Empleo según la reivindicación 1, caracterizado porque la fase oleaginosa contiene compuestos seleccionados a partir del grupo que está formado por ésteres alquílicos de ácidos grasos y triglicéridos.

3. Empleo según las reivindicaciones 1 y/o 2, caracterizado porque se emplean emulsiones que contienen ésteres alquílicos de ácidos grasos de la fórmula (I) 10

R1-COO-R2 (I),

representando R1 un resto alquilo con 6 a 22 átomos de carbono, y significando R2 un resto alquilo con 1 a 4 átomos de carbono.

4. Empleo según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se emplean emulsiones que contienen la fase oleaginosa en cantidades de un 10 a un 80 % en peso. 15

5. Empleo según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque se emplean emulsiones que contienen agua en cantidades de un 20 a un 90 % en peso.

6. Empleo según las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque se emplean emulsiones que contienen un sistema emulsionante, que contiene emulsionantes hidrófilos con valores HLB de 8 a 18 en combinación con coemulsionantes hidrófobos. 20

7. Empleo según las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque se emplean emulsiones cuyos sistemas emulsionantes presentan proporciones cuantitativas entre emulsionantes hidrófilos y coemulsionantes de 10 : 90 a 90 : 10.

8. Empleo según las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque se emplean emulsiones que contienen emulsionantes en cantidades de un 1 a un 25 %. 25

9. Empleo según las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque en el caso de los enzimas se trata de hidrolasas y/o aciltransferasas.

10. Empleo según la reivindicación 9, caracterizado porque las hidrolasas son seleccionadas a partir del grupo que está formado por esterasas, fosfolipasas, lipasas y lipasas/aciltransferasas. 30

11. Empleo según las reivindicaciones 9 y 10, caracterizado porque las hidrolasas son seleccionadas a partir de lipasas y/o lipasas/aciltransferasas obtenibles a partir de organismos del grupo Alcaligenes, Aspergillus niger, Aspergillus oryzea, Aeromonas aerophila, especies de Bacillus, Candida albicans, Candida antarctica (Trychosporon oryzae, Pseudozyma antarctica), Candida antarctica, Candida cylindracea, Candida glabrata, Candida maltosa, Candida parapsilosis, Candida 35 lipolytica, Candida tropicalis, Candida viswanathii, Chromobacterium viscosum, Fusarium solani, Geotrichum candidum, Issatchenkia orientalis (Candida krusei), Kluyveromyces marxianus (C. kefyr, C. pseudotropicalis), Mucor javanicus, Penicilium camenberti, Penicilium roqueforti, Pichia guilliermondii (Candida guilliermondii), Porcine pancreas, Pseudomonas cepacia, Pseudomonas fluorescens, Rhizomucor miehei, Rhizopus arrhizus, Rhizopus oryzae, Rhizopus niveus, Rhizopus javanicus y 40 Thermomyces lanugenosus, así como sus mezclas.

12. Empleo según las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque el enzima o los enzimas se emplean en una cantidad de un 0,001 a un 20 % en peso, calculado como enzima puro o como preparado enzimático, referido a la cantidad total de fase oleaginosa empleada.

13. Empleo según las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque en el caso de reacciones catalizadas por vía enzimática se trata de hidrólisis, esterificado o transesterificado. 5

14. Empleo según las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque en la reacción catalizada por vía enzimática se obtienen productos cosméticos y/o farmacéuticos y/o productos químicos finos.

15. Empleo según la reivindicación 14, caracterizado porque en el caso de los productos cosméticos y/o farmacéuticos y/o los productos químicos finos se trata de carotenoides, componentes 10 oleaginosos que contienen esterol, y/o vitamina E.

16. Procedimiento para esterificado, transesterificado o hidrólisis catalizada por vía enzimática de ésteres alquílicos de ácidos grasos y/o triglicéridos, caracterizado porque se emplean emulsiones O/W como medio de reacción según la reivindicación 1 a 8.

17. Procedimiento según la reivindicación 16, caracterizado porque en la reacción catalizada 15 por vía enzimática se obtienen productos cosméticos y/o farmacéuticos y/o productos químicos finos.

18. Procedimiento según la reivindicación 16 y/o 17, caracterizado porque en el caso de los productos cosméticos y/o farmacéuticos y/o los productos químicos finos se trata de carotenoides, componentes oleaginosos que contienen esterol y/o vitamina E.

19. Procedimiento según una de las reivindicaciones 16 a 18, caracterizado porque se 20 emplean enzimas según la reivindicación 9 a 12.