OBTENCIÓN DE ÁCIDO LÁCTICO MEDIANTE FERMENTACIÓN Y EXTRACCIÓN CON AMINAS ALQUILADAS.

Obtención de ácido láctico mediante fermentación y extracción con aminas alquiladas La producción de ácido láctico a partir de materiales que contienen hidratos de carbono mediante fermentación cobra cada vez más importancia. El ácido láctico es un producto intermedio no contaminante para la producción de limpiadores, jabones líquidos, descalcificadores y adyuvantes textiles. El interés en el ácido láctico ha crecido aún más en los últimos tiempos, debido a que la forma polimérica del ácido láctico, la polilactida, es compostable. La polilactida o poli(ácido láctico) se aplica como plástico biológicamente degradable y bien tolerado en la industria alimentaria, en la cosmética y en la técnica médica. Encuentran particular interés bolsas de lámina de poli(ácido láctico) compostable, debido que las bolsas de plástico convencional no se degradan en el medio ambiente y por tanto representan un gran impacto ambiental. Las bolsas de plástico de poli(ácido láctico) son por el contrario biológicamente degradables y por tanto son una alternativa no contaminante a las bolsas de plástico convencional. El material de partida para la producción de ácido láctico es un material que contiene hidratos de carbono, que se convierte en ácido láctico mediante la reacción con microorganismos adecuados para ello. Bacterias adecuadas para ello son por ejemplo bacterias de ácido láctico de la cepa de los Lactobacillaceae, pero también microorganismos de la cepa de los Saccharomyces o Rhizopus. Según la cepa utilizada de los microorganismos se obtiene o bien el enantiómero levógiro o el enantiómero dextrógiro del ácido láctico. De este modo, con el uso de Lactobacillus bulgaris se obtiene exclusivamente el enantiómero levógiro, el ácido láctico D-(-). Con el uso de otra cepa bacteriana, Lactobacillus casei, se obtiene por el contrario exclusivamente la otra forma enantiomérica, el ácido láctico L-(+). Durante la transformación fermentativa de hidratos de carbono para dar ácido láctico el valor de pH de la disolución de fermentación se reduce mediante la generación del ácido. A mayor concentración de ácido láctico el valor de pH puede reducirse hasta valores de hasta 2,0. Si el ácido se encuentra en concentración equimolar con la sal, entonces el valor de pH de la disolución asciende a 3,86, lo que corresponde al valor de pKa del ácido láctico (25 ºC). Algunas cepas bacterianas pueden producir ácido láctico a un valor de pH inferior, sin embargo la mayoría de las cepas necesitan un valor de pH mayor para la producción de ácido láctico. Por este motivo, a la disolución de fermentación se le añade habitualmente una sal básica durante la producción del ácido láctico, que aumenta el valor de pH hasta valores de alrededor de 5,0 o superior. En el caso de la sal básica se trata con frecuencia de sales de calcio básicas, que con el ácido láctico que se genera forman sales de calcio poco solubles. La sal de calcio que se genera, debido a la escasa solubilidad, puede separarse fácilmente a partir del procedimiento de fermentación. Para la obtención del ácido láctico se acidifica la sal de calcio aislada con un ácido mineral, liberándose el ácido láctico y precipitando la sal de calcio del ácido mineral. Con el uso de ácido sulfúrico como ácido mineral se obtiene sulfato de calcio poco soluble, que puede eliminarse fácilmente mediante filtración a partir del procedimiento. Pero, el ácido láctico puede eliminarse también mediante extracción a partir de la disolución de ácido láctico. Aunque el ácido láctico es muy hidrófilo y por eso mismo no puede separarse fácilmente a partir de una disolución acuosa, hay algunos disolventes que son adecuados para la extracción de ácido láctico a partir de un medio acuoso. Disolventes usados para este fin con particular frecuencia son fosfatos de trialquilo u óxidos de trialquilfosfina, que forman con agua un sistema de dos fases y pueden disolver correctamente el ácido láctico debido a un coeficiente de reparto suficientemente grande. Disolventes usados con frecuencia son también tri-n-alquilaminas, que extraen el ácido láctico del agua. Es posible usar amina para la extracción de una sal del ácido láctico, utilizándose como sal de ácido láctico preferentemente un lactato de amonio o un lactato de alquilamonio. El documento WO 2006/124633 A1 describe un procedimiento para la producción de lactato de calcio mediante fermentación en el que al lactato de calcio se le intercambia el catión mediante reacción con amoniaco o una alquilamina y dióxido de carbono o un equivalente del mismo, de modo que se obtiene un lactato de amonio o un lactato de alquilamonio. Éste se extrae con un disolvente orgánico, calentándose después el producto extraído. De este modo se libera el ácido láctico que puede purificarse entonces mediante extracción con agua o mediante destilación. Alternativamente es posible, partir de lactato de amonio en lugar de lactato de calcio, mediante lo cual se suprime la etapa de intercambio de cationes. También se ha investigado ya la extracción directa de ácidos hidroxicarboxílicos a partir de procedimientos de fermentación. Esto funciona cuando se usa un disolvente que no es tóxico para las cepas bacterianas productoras de ácido láctico y cuando el valor de pH de la disolución de fermentación se ajusta a un valor de pH que ha de ajustarse de forma precisa. Hano et al. en la publicación Bioseperation 3, 321-326, 1993 informan sobre una extracción que se realiza durante la fermentación a un valor de pH de pH = 5 con di-n-octilamina como disolvente. Con una realización de la extracción tras la fermentación puede extraerse el ácido láctico con una combinación de disolventes de di-n-octilamina y hexano a un valor de pH de pH = 2 a 2,5. Para la eliminación del disolvente del ácido láctico se provee de amoniaco el disolvente antes de la separación destilativa. Estos procedimientos ofrecen la ventaja de un manejo más sencillo con respecto a la producción convencional de ácido láctico sobre el lactato de calcio. Dado que durante la producción no precipita sal de calcio poco soluble, que 2 E08834523 31-10-2011   deba separarse y eliminarse de forma costosa de la disolución mediante filtración, el coste de aparatos es considerablemente menor. Se supone que para la extracción y la fermentación se encuentran valores de pH óptimos y que está presente un disolvente adecuado, que no es tóxico frente a las cepas bacterianas productoras de ácido láctico, que forma un sistema de dos fases con agua y que también tiene un poder de extracción suficientemente grande para el ácido láctico. Aunque una destilación extractiva es técnicamente más sencilla de realizar que un aislamiento a través de la sal de calcio, tiene la desventaja de que, por los motivos mencionados, no siempre se encuentra disponible una combinación de disolventes adecuada. Además, puede darse que el disolvente extraiga consigo una parte de los hidratos de carbono, lo que conduce a un empeoramiento del rendimiento del procedimiento global y dificulta el aislamiento del producto. Además, con frecuencia son necesarios varios ciclos de extracción, para separar el ácido láctico completamente del medio de fermentación acuoso. Para la extracción son necesarias mezclas de disolventes según el procedimiento de fermentación que según la formación de fases es costoso separar de la fase acuosa. El documento WO 95/24496 da a conocer un procedimiento para la obtención de ácido láctico a partir de una disolución de alimentación de lactato, combinándose en una etapa de extracción la disolución de alimentación de lactato, que tiene un valor de pH desde 4 hasta 14, con un agente de extracción. El agente de extracción debe ser a este respecto una trialquilamina no miscible con agua con en total al menos 18 átomos de carbono. Esto se produce en presencia de dióxido de carbono con una presión parcial de cómo mínimo 345 x 10 3 Pa. De este modo se forma una fase acuosa y una fase orgánica, conteniendo la última fase el ácido láctico y el agente de extracción realizándose en una última etapa la separación del ácido láctico de la fase orgánica. El objetivo es proporcionar un procedimiento de producción y de extracción combinado para el ácido láctico a partir de un reactor de fermentación. El valor de pH de la disolución de fermentación durante la extracción se encontrará preferentemente por debajo del valor de pKs del ácido láctico. La separación y la regeneración del producto extraído serán sencillas desde el punto de vista de la técnica del procedimiento y proporcionarán el ácido láctico con mayor pureza y rendimiento. El disolvente usado se utilizará sin componentes asociados y formará con agua una mezcla de dos fases. La obtención de ácido... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la producción de ácido láctico a partir de materiales de partida que contienen hidratos de carbono mediante al menos una etapa de procedimiento fermentativa, caracterizado porque se hace reaccionar un material de partida que contiene hidratos de carbono en una primera etapa de proceso de fermentación en un reactor de fermentación, a una temperatura de desde 20 ºC hasta 60 ºC, un valor de pH de 2 - 4 y en presencia de medios nutrientes que contienen nitrógeno, mediante la acción de microorganismos con amoniaco para dar una disolución que contiene lactato de amonio, y la disolución que contiene lactato de amonio así obtenida en una etapa de proceso posterior de extracción se provee de un ácido sulfúrico o ácido fosfórico y de una amina alquilada, reduciéndose el valor de pH antes de la extracción hasta un valor por debajo del valor de pKs del ácido láctico, y se mezcla o se agita bien la mezcla así obtenida, y de ese modo se obtiene por extracción una mezcla de tres fases, estando constituida la primera fase principalmente en la amina alquilada, la segunda fase principalmente en la sal de la amina alquilada y el ácido láctico, y estando constituida la tercera fase principalmente por agua y sulfato de amonio, y se separa en tres fases la mezcla de tres fases obtenida de este modo en un dispositivo para la separación de fases, y se destila la segunda fase obtenida, que consiste principalmente en la sal de la amina alquilada y el ácido láctico, obteniéndose ácido láctico, la amina alquilada y un residuo de destilación de elevado punto de ebullición, y los residuos biológicos de fermentación generados durante la fermentación se eliminan del sistema o bien directamente tras la fermentación, tras la extracción, durante la separación de fases o durante la destilación. 2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la amina obtenida durante la separación de fases se recircula al procedimiento de extracción. 3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque la amina alquilada que se produce en la destilación aguas abajo de la extracción se recircula al proceso de extracción. 4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque en el caso de la amina alquilada se trata de una amina, que a 25 ºC se disuelve en agua menos del 1 por ciento en masa y cuyas sales de ácido láctico se disuelven en agua asimismo menos del 1 por ciento en masa. 5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque en el caso de la amina alquilada se trata de una amina primaria, secundaria o terciaria. 6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque en el caso de la amina alquilada se trata de aminas alquiladas que presentan en sus sustituyentes un número de C en total de más de 10 átomos de carbono. 7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque en el caso de los sustituyentes de la amina alquilada se trata de sustituyentes alquilo, iso-alquilo, cicloalquilo, arilo o arilalquilo. 8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque en el caso de la amina alquilada se trata de trioctilamina. 9. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se reduce el valor de pH antes de la extracción hasta un valor inferior a 3. 10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque se calienta la fase que contiene lactato obtenida tras la extracción, recuperándose mediante termólisis y oligomerización una oligolactida y la amina alquilada y teniendo lugar la termólisis y oligomerización a una temperatura desde 250 ºC hasta 350 ºC. 11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque la fase que contiene lactato obtenida tras la extracción para la producción de la oligolactida se atraviesa durante el calentamiento con un gas inerte. 12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado porque el gas inerte contiene argón o nitrógeno. 13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado porque la amina alquilada que se genera durante la termólisis se recircula al procedimiento de extracción. 14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque durante la producción del ácido láctico se produce de manera estereoselectiva el enantiómero L-(+) o el enantiómero D-(-). 15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 10 a 14, caracterizado porque la oligolactida que se genera con la termólisis y oligomerización se destila tras su obtención, obteniéndose dilactida pura. 16. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de proceso de extracción de la 9 E08834523 31-10-2011   disolución que contiene lactato se realiza en un reactor de membrana, que tiene una membrana permeable para ácido láctico. 17. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el ácido láctico obtenido directamente tras la destilación en la fase de vapor se transforma en una lactida por medio de un catalizador adecuado. 18. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque como material de partida para la producción de ácido láctico fermentativa se usa sacarosa, una mezcla de hexosas o una mezcla de hexosas y pentosas o una mezcla de estos hidratos de carbono. 19. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque como microorganismos para la producción de ácido láctico se utilizan cepas bacterianas adecuadas para ello y preferentemente los géneros de Lactobacillaceae, Pediococcus, Saccharomyces o Rhizopus. 20. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el producto resultante de la fermentación se mezcla con productos químicos adecuados para la decoloración. 21. Dispositivo para la realización de un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 20, caracterizado porque el dispositivo comprende un reactor adecuado para la fermentación, y al reactor de fermentación está conectado un recipiente para la extracción, y al recipiente para la extracción está conectado un dispositivo para la separación de fases, que evacua por separado las tres fases que aparecen, no miscibles entre sí, y al dispositivo para la separación de fases está conectado un dispositivo para la termólisis y oligomerización, y al dispositivo para la separación de fases está conectado una columna de destilación. 22. Dispositivo según la reivindicación 21, caracterizado porque entre el reactor de fermentación y el recipiente para la extracción se encuentra un dispositivo para la eliminación de los residuos biológicos de fermentación. 23. Dispositivo según la reivindicación 22, caracterizado porque el dispositivo para la filtración de los residuos de fermentación es una filtración de precapa, una ultrafiltración o una filtración de lecho móvil simulado. 24. Dispositivo según la reivindicación 23, caracterizado porque el líquido que se encuentra en el recipiente de extracción puede agitarse. 25. Procedimiento según la reivindicación 21 a 24, caracterizado porque el dispositivo para la destilación contiene dispositivos para mantener un vacío. 26. Dispositivo según la reivindicación 21, caracterizado porque el dispositivo para la termólisis y oligomerización comprende un evaporador con cuerpos de relleno. 27. Dispositivo según la reivindicación 26, caracterizado porque el cuerpo de relleno contiene óxido de aluminio . E08834523 31-10-2011   11 E08834523 31-10-2011   12 E08834523 31-10-2011