PROCEDIMIENTO DE EXTRACCIÓN INTENSIVO DE PRODUCTOS CELULARES DE MICROORGANISMOS, MEDIANTE CULTIVO Y EXTRACCIÓN CONTINUOS, Y DISPOSITIVO CORRESPONDIENTE.

Un procedimiento de extracción de compuestos celulares derivados de microorganismos,

del tipo que comprende: - una etapa de cultivo de dichos microorganismos; -una etapa de extracción de dichos compuestos celulares derivados de dichos microorganismos, caracterizado porque cada etapa se realiza en continuo, siendo realizada dicha etapa de extracción de forma separada de dicha etapa de cultivo, siendo realizada dicha etapa de extracción por cromatografia de reparto centrifugo y en condiciones de biocompatibilidad con dichos microorganismos con ayuda de un disolvente fuertemente apolar, tal como el decano o el dodecano, y siendo seguida de: - al menos una etapa de recuperación de dichos compuestos celulares; -al menos una etapa de recirculación de dichos microorganismos en dicha etapa de cultivo.

Procedimiento de extracci6n intensivo de productos celulares de microorganismos, mediante cultivo y extracci6n continuos, y dispositivo correspondiente.

El campo de la invenci6n es el de los procedimientos de extracci6n de compuestos celulares.

Se pueden contemplar diferentes aplicaciones de la invenci6n, y especialmente la extracci6n de:

- moleculas bioactivas (pigmentos, vitaminas.) , para los sectores de la farmacia, la cosmetica y el sector agroalimentario;

- moleculas con alto poder energetico (lipidos) para el campo de la energia.

De forma mas precisa, la invenci6n se refiere a un procedimiento y a un dispositivo de extracci6n intensivo y biocompatible de compuestos intracelulares derivados de microorganismos fotosinteticos.

Uno de los intereses de los microorganismos fotosinteticos tales como las microalgas y las cianobacterias reside en su composici6n original.

La mayor parte de estos compuestos incluyen sin embargo, aplicar condiciones de estres al cultivo con el fin de actuar sobre la flexibilidad metab6lica importante de este tipo de microorganismos para llevar a cabo la biosintesis del compuesto deseado.

Cuando este compuesto es intracelular (como los pigmentos principalmente) , es necesario realizar una segunda etapa de extracci6n que en la mayor parte de los casos, provoca dafos irreversibles en el cultivo (rotura por choque termino u osm6tico, desintegraci6n celular.) .

Las producciones industriales basadas sobre este principio han recurrido por tanto a producciones discontinuas, alternando sucesivamente fases de producci6n de biomasa, de puesta en condiciones de estres, y despues fases de recogida, extracci6n y purificaci6n.

El mayor inconveniente de las producciones discontinuas esta ligado a la debil velocidad de crecimiento de los microorganismos fotosinteticos (en comparaci6n con los microorganismos heter6trofos tales como las bacterias o las levaduras) , que impide las recogidas frecuentes, o por lo menos impone trabajar con varios sistemas de producci6n en paralelo.

Para ciertos compuestos, es posible utilizar una tecnica de extracci6n original, en la que solo se extrae el compuesto, sin alteraci6n importante de la celula (extracci6n biocompatible) . Esto permite producir de forma continua el compuesto, evitando completamente la repetici6n de la fase de crecimiento y de estres.

En efecto, si esta tecnica se asocia a una producci6n en continuo de biomasa en un fotobiorreactor, una vez realizada la fase inicial de crecimiento, las condiciones de estres aplicadas a continuaci6n, se pueden mantener en teoria indefinidamente en la medida en que el compuesto producido entonces se extrae de forma continua.

Se produce una ganancia de productividad no despreciable con respecto a los procedimientos discontinuos, siendo evitadas las perdidas ligadas al tiempo de latencia necesario antes de obtener de nuevo una biomasa que presenta la composici6n celular deseada.

Una tecnica de este tipo de producci6n-extracci6n continua ha sido propuesta por Hejazi et Wijffels en 2003 (documento de patente publicada con el numero EP-1.501.937) y se describe con referencia a la figura1.

Este dispositivo se basa igualmente en los trabajos que han puesto en evidencia la existencia de disolventes biocompatibles que permiten la extracci6n de compuestos recuperables, en el caso del º-caroteno derivado de la microalga Dunaliella salina (trabajos de Leon et al. 2003) .

Tal como se ilustra en la figura 1, este dispositivo comprende un fotobiorreactor en el que coexisten el cultivo 1 que contiene el compuesto a extraer y el disolvente 2 en el que se extrae progresivamente este compuesto (sistema bifasico) .

Aunque operacional, este procedimiento presenta diferentes limitaciones. En efecto, la velocidad de extracci6n es relativamente debil, debido al hecho de la dificultad de poner en contacto las dos fases no miscibles (cultivos en medio acuoso, y disolvente hidr6fobo) . Siendo debil la interfase de contacto, se produce una importante limitaci6n de transferencia de materia. La soluci6n consiste en mezclar muy fuertemente el conjunto, lo que alcanza sin embargo rapidamente un limite dado por la fragilidad de las celulas cultivadas.

Otro inconveniente reside en la imposibilidad de imponer condiciones 6ptimas, siendo diferentes los dos procesos (biosintesis y extracci6n) . A titulo de ejemplo, al ser fotosensible el º-caroteno extraido, la utilizaci6n de una fuerte iluminaci6n (condici6n de estres necesaria para la biosintesis) para el cultivo impone trasegar regularmente el disolvente cargado de pigmento antes de la degradaci6n.

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La patente ES5110319 divulga un procedimiento de extracci6n de etanol a partir de mostos de fermentaci6n utilizando un disolvente biocompatible, en el que el mosto de fermentaci6n se extrae en una columna de extracci6n contra-corriente con el disolvente de extracci6n. El mosto extraido se recicla entonces hacia el fermentador.

La invenci6n tiene especialmente por objetivo paliar los inconvenientes de la tecnica anterior.

Mas precisamente, la invenci6n tiene por objetivo proponer una tecnica de producci6n-extracci6n continua de compuestos celulares derivados de microorganismos que permiten considerar un aumento de las velocidades de producci6n y de extracci6n con respecto a los metodos de la tecnica anterior.

La invenci6n tiene tambien por objetivo proporcionar una tecnica de tal tipo que incluya la aplicaci6n de condiciones operativas particulares adaptadas a los compuestos extraidos, o para proteger las propiedades despues de la extracci6n, o para mejorar la pureza de los compuestos extraidos, mediante la elecci6n de disolvente selectivo y el control del tiempo de extracci6n.

Otro objetivo de la invenci6n es proporcionar una tecnica de tal tipo que permita la extracci6n tanto de compuestos intracelulares como de compuestos extracelulares. Estos objetivos, asi como otros que apareceran a continuaci6n, se alcanzan gracias a la invenci6n que tiene por objeto un procedimiento de extracci6n de compuestos celulares derivados de microorganismos, del tipo que comprende:

- una etapa de cultivo de dichos microorganismos; -una etapa de extracci6n de dichos compuestos celulares derivados de dichos microorganismos, caracterizado porque cada etapa se realiza en continuo, siendo realizada dicha etapa de extracci6n de forma separada de dicha etapa de cultivo, siendo realizada dicha etapa de extracci6n por cromatografia de reparto centrifugo y en condiciones de biocompatibilidad con dichos microorganismos con ayuda de un disolvente fuertemente apolar, tal como el decano o el dodecano, y siendo seguida de:

- al menos una etapa de recuperaci6n de dichos compuestos celulares; -al menos una etapa de recirculaci6n de dichos microorganismos en dicha etapa de cultivo.

En la medida en que el procedimiento reposa sobre dos etapas distintas y continuas de cultivo y de extracci6n de compuestos celulares, la invenci6n se aplica tanto a los microorganismos fotosinteticos como a los microorganismos no fotosinteticos (bacterias, levaduras) . S6lo la etapa de cultivo difiere, pudiendo ser reemplazado el fotobiorreactor (en el caso de microorganismos fotosinteticos) por cualquier otro biorreactor adecuado para el microorganismo utilizado.

Como cada una de las fases (producci6n mediante cultivo y extracci6n) se basa en principios, tecnologias y parametros muy diferentes, el funcionamiento en dos sub-sistemas segun la invenci6n permite tener un procedimiento global intensificado con posibilidad de control separado e independiente de cada sub-sistema.

Se debe observar que la invenci6n se aplica de forma privilegiada a la extracci6n de un compuesto intracelular. Sin embargo, en ciertos casos, es posible que los microorganismos liberen en el medio un metabolito (metabolito extracelular) . La invenci6n se aplica igualmente a este caso, con el mismo principio global de funcionamiento, siendo la unica diferencia que el metabolito se extrae entonces del medio de cultivo por el extractor (extracci6n liquidoliquido) , en lugar de ser extraido directamente de la celula (extracci6n s6lido-liquido) .

Tanto si el metabolito es intra o extra-celular, el concepto de funcionamiento en bucle de los dos sub-sistemas no es posible sin embargo, mas que si la fase de extracci6n no es destructiva frente al material biol6gico, a fin de que las celulas vivas sean reinyectadas en el sub-sistema de producci6n.... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de extracci6n de compuestos celulares derivados de microorganismos, del tipo que comprende:

- una etapa de cultivo de dichos microorganismos; -una etapa de extracci6n de dichos compuestos celulares derivados de dichos microorganismos, caracterizado porque cada etapa se realiza en continuo, siendo realizada dicha etapa de extracci6n de forma separada de dicha etapa de cultivo, siendo realizada dicha etapa de extracci6n por cromatografia de reparto centrifugo y en condiciones de biocompatibilidad con dichos microorganismos con ayuda de un disolvente fuertemente apolar, tal como el decano o el dodecano, y siendo seguida de:

- al menos una etapa de recuperaci6n de dichos compuestos celulares; -al menos una etapa de recirculaci6n de dichos microorganismos en dicha etapa de cultivo.

2. El procedimiento de extracci6n segun la reivindicaci6n 1, caracterizado porque dicha etapa de cultivo es una etapa de producci6n biol6gica.

3. El procedimiento de extracci6n segun una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque dicha etapa de extracci6n es una etapa de extracci6n liquido-liquido o s6lido-liquido.

4. El procedimiento de extracci6n segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque dicha etapa de extracci6n se realiza en la oscuridad.

5. El procedimiento de extracci6n segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque dicha etapa de extracci6n se realiza en anoxia bajo nitr6geno gas.

6. Un dispositivo para la realizaci6n del procedimiento de extracci6n segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque comprende:

- al menos un tanque 3 de cultivo de dichos microorganismos;

- al menos un tanque de extracci6n 4 por cromatografia de reparto centrifugo de dichos compuestos celulares derivados de dichos microorganismos, siendo dicho tanque de extracci6n 4 distinto de dicho tanque 3 de cultivo y conteniendo al menos un disolvente fuertemente apolar, tal como el decano o el dodecano, biocompatible con dichos microorganismos;

- medios de recuperaci6n 41 de dichos compuestos celulares; -medios de recirculaci6n 6 de dichos microorganismos desde dicho tanque de extracci6n a dicho tanque de cultivo.

7. El dispositivo segun la reivindicaci6n 6, caracterizado porque dicho tanque 3 de cultivo es un biorreactor.

8. El dispositivo segun las reivindicaciones 6 y 7, caracterizado porque dicho tanque de extracci6n 4 es un tanque de extracci6n liquido-liquido o s6lido-liquido.

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