Preparación enzimática acuosa aislada y uso para la funcionalización de la superficie del papel o soportes celulósicos.

En un primer aspecto, la presente invención se refiere a una preparación enzimática acuosa aislada obtenida a partir de la reacción de por lo menos una enzima oxidorreductasa, preferiblemente una lacasa, y por lo menos un producto natural o sintético, preferiblemente un compuesto natural, cuyo producto natural o sintético comprende en su estructura por lo menos un grupo fenol o alcohol, que opcionalmente tiene una o más cadenas hidrofóbicas, o por lo menos un grupo esterol.

En un segundo aspecto, la presente invención se refiere a la utilización de dicha preparación enzimática acuosa aislada en la funcionalización de la superficie del papel o soportes celulósicos.

Preparación enzimática acuosa aislada y uso para la funcionalización de la superficie del papel o soportes celulósicos.

Campo de la invención

La presente invención se refiere preferiblemente al campo del papel y soportes celulósicos. En particular la presente invención se refiere a una preparación enzimática acuosa aislada y a su uso para la funcionalización de la superficie del papel o soportes celulósicos.

Antecedentes de la invención

La funcionalización consiste en la adición de grupos químicos funcionales sobre una superficie con la finalidad de modificar o mejorar sus propiedades. La funcionalización de fibras de celulosa mediante procesos biotecnológicos utilizando enzimas ya ha sido descrita, por ejemplo, para la hidrofobización de las fibras (1) , o la incorporación de fenoles naturales susceptibles de conferir propiedades antioxidantes, bacteriostáticas, o de incremento de la resistencia mecánica (2) . De hecho, existen dos patentes donde se aplica el sistema lacasa-mediador en masa, una para mejorar la resistencia en húmedo del papel (US 6, 610, 172 B1) y otra para realizar el encolado interno del papel (WO 11/009979) . En general, la mayoría de estos tratamientos enzimáticos en la industria papelera son comúnmente diseñados para ser aplicados sobre la suspensión fibrosa, en las tinas de mezcla y antes de la formación de la hoja. Esto conlleva unos inconvenientes desde el punto de vista industrial como son por ejemplo una limitación en las condiciones de trabajo (pH, temperatura, consistencia, tiempo de reacción, etc) que deben ser adecuadas para una óptima acción de la enzima, un consumo elevado del reactivo transferido, posibles interferencias en los enlaces entre fibras o con otros productos del proceso y dificultad en la recirculación de los efluentes generados.

Una posible solución que disminuiría el consumo de reactivo transferido y que no afectaría a la capacidad de enlace entre fibras sería realizar los tratamientos enzimáticos superficialmente en lugar de en masa (en suspensión fibrosa) . Pero la realización de un tratamiento enzimático en la superficie de un soporte celulósico resulta inviable debido a las condiciones en que tiene que tener lugar la reacción enzimática. De hecho, en la bibliografía no se describe ninguna aplicación de sistemas enzimáticos con la finalidad de funcionalizar que se aplique directamente sobre la superficie de un papel durante su formación o ya formado. Existen referencias sobre biotratamientos superficiales en madera (3) y en tejidos ya acabados (4) . No obstante, en estos tratamientos la presencia del sustrato (madera o tejido) es necesaria en el momento de la reacción enzimática. Para un proceso papelero no existen referencias sobre biotratamientos superficiales aplicados sobre el papel, es decir, sobre una hoja previamente formada.

Algunas de las propiedades que se pueden conferir al soporte mediante dicha funcionalización son la hidrofobicidad, la capacidad antioxidante, la capacidad antimicrobiana, resistencia en húmedo, resistencia en seco, propiedades barrera, protección de rayos UV, entre otras.

En cuanto a la propiedad de hidrofobicidad, la absorción de líquidos en la estructura del papel es un factor clave para el uso final de productos de papel (p.ej. vasos de papel, bolsas de papel, cajas para packaging o contenedores de líquidos) y asimismo para la maquinabilidad de los procesos papeleros, p.ej. en “size press” o impresión (5, 6) . Los fabricantes de papel llevan a cabo procesos para reducir la tasa de absorción de líquidos en la estructura del papel, tratando la suspensión fibrosa con sustancias hidrófobas (7) ; esta operación es la que denominamos “encolado interno”. En contraste con el encolado interno tenemos el “encolado superficial”, cuya finalidad es la mejora de las propiedades superficiales (tales como, la lisura, la permeabilidad, la imprimibilidad, etc) del soporte para su posterior utilización en el proceso de impresión i escritura. Este proceso consiste en aplicar agentes de encolado (por ejemplo, almidón entre otros) en la superficie del papel en la sección de secado del proceso papelero. Diversos estudios de investigación han descrito recientemente que es posible realizar el encolado interno del papel, utilizando métodos biotecnológicos aplicados en masa, en los que el producto hidrófobo utilizado permanece “acoplado” a las fibras (1) . Sin embargo no existen datos sobre la realización de encolado superficial del papel mediante métodos biotecnológicos.

Con respecto a las capacidades antioxidante y antimicrobiana, se sabe que muchos alimentos se deterioran y pierden calidad durante el transporte, procesado y almacenado contaminándose éstos a través de microorganismos, reacciones químicas, y cambios físicos. Entre estos modelos de degradación el deterioro microbiano y las reacciones de oxidación son las que ejercen un mayor impacto. La propiedad antioxidante y antimicrobiana en un papel es interesante desde el punto de vista de la conservación de alimentos, ya que un papel con propiedades antioxidantes o antimicrobianas podrá ser implementado en la fabricación de un packaging de contención con propiedades avanzadas (8) .

Con el fin de superar las objeciones indicadas anteriormente, los presentes inventores proporcionan un nuevo producto para su aplicación que presenta todo un conjunto de ventajas:

1. Es una formulación sencilla y versátil según la propiedad a adquirir, sin necesidad de modificar excesivamente las condiciones de aplicación, únicamente si necesita o no las técnicas para facilitar la disgregación/dispersión del compuesto a transferir.

2. No necesita ser preparado in-situ en el momento de ser aplicado, por lo que perfectamente puede ser suministrado como producto formulado.

3. Se pueden preparar diferentes productos o soluciones post-enzimáticas que aporten diferentes propiedades al soporte, únicamente cambiando el/los compuesto/s natural o sintético en la formulación.

4. Las condiciones del proceso enzimático no varían excesivamente en función del compuesto natural o sintético.

5. La reacción enzimática en la preparación (producto) a aplicar tiene lugar antes de ser utilizada sobre el soporte permitiendo su aplicación superficial en diferentes puntos de la máquina de papel, como por ejemplo en la mesa de formación, antes de la sequería, después de la sequería e incluso en el producto acabado.

6. Las condiciones elevadas de temperatura en la máquina de papel no afectan/perjudican a la reacción enzimática ya que ésta tiene lugar fuera del punto de aplicación.

7. Al poderse aplicar este producto post-enzimático superficialmente, se reducen las cantidades de compuesto natural o sintético y además éste queda más superficial siendo más efectivo.

8. Como el producto no se aplica hasta que la hoja ya está formada, el tratamiento enzimático no afecta a la capacidad de enlace de las fibras ni al proceso en sí de formación de la hoja de papel.

9. Las propiedades reológicas de la preparación post-enzimática permite que sea aplicada superficialmente mediante diferentes métodos: size press, sprayers, metering bar, inmersión-impregnación, etc.

10. La introducción de este método en fábrica no supone una inversión adicional de maquinaria puesto que se pueden aprovechar los sistemas ya existentes en la máquina de papel, y en caso de que no sea así, la inversión no es desmesurada puesto que únicamente se necesitarían unos pulverizadores y un depósito de almacenaje de la preparación post-enzimática.

11. El producto puede prepararse de forma concentrada para ser diluido posteriormente en el momento antes de su utilización, reduciendo de esta forma los costes de transporte, almacenamiento, dimensiones de las instalaciones de preparación del producto y energía consumida en la preparación.

Por consiguiente, el producto de la presente invención permite aportar al soporte diferentes propiedades en función del compuesto natural o sintético utilizado en la formulación del producto. Este producto innovador consiste en una preparación “post-enzimática”, es decir como resultado de una reacción enzimática, cuyas características y condiciones reológicas permiten su aplicación en superficie mediante distintos sistemas de dosificación.

Los presentes inventores patentaron previamente, según... [Seguir leyendo]

1. Preparación enzimática acuosa aislada obtenida a partir de la reacción de por lo menos una enzima oxidorreductasa y por lo menos un producto natural o sintético que comprende en su estructura por lo menos un grupo fenol o alcohol, que opcionalmente tiene una o más cadenas hidrofóbicas, o por lo menos un grupo esterol.

2. Preparación según la reivindicación 1, en la que dicho producto es un producto natural.

3. Preparación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la enzima oxidorreductasa es una lacasa.

4. Preparación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho producto natural o sintético se selecciona del grupo que consiste en las estructuras:

• Estructura A

donde R3 puede ser un –H o bien un alquil ; C1, preferiblemente entre C1 y C34, y R1, R2 pueden ser: i) R1= –OH y R2= –H; ii) R1 y R2= –H, ésteres del 3, 4-dihidroxi-ácido benzoico; o iii) R1= –H y R2= –CH3, ésteres del ácido vainíllico

• Estructura B-1: tocoferol

donde R1, R2 y R3 pueden ser: i) R1 = R2 = R3 = –CH3; ii) R1 = R3 = –CH3 ; R2 = –H; iii) R2 = R3 = –CH3 ; R1 = –H; o iv) R1 = R2 = –H; R3 = –CH3

• Estructura B-2: tocotrienoles

donde R1, R2 y R3 pueden ser: j) R1 = R2 = R3 = –CH3; ii) R1 = R3 = –CH3; R2 = –H; iii) R2 = R3 = –CH3 ; R1 = –H; o iv) R1 = R2 = –H; R3 = –CH3

• Estructura C

donde R1, R2 y R3 pueden ser: j) R1 = –H, R3 = –OH y R2 = alquil ; C1, preferiblemente entre C1 y C34; ii) R2 = –H, R3 = –OH y R1 = alquil ; C1, preferiblemente entre C1 y C34; o iii) R1 = –H, R3 = –H y R2 = alquil ; C1, preferiblemente entre C1 y C34

• Estructura D: 2, 4, 6-tris (1-feniletil) fenol

• Estructura E: 4-[4- (Trifluorometil) fenoxi]fenol

5. Preparación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho producto natural o sintético se selecciona del grupo que consiste en

- 1- (4-Hidroxi-3-metoxifenil) etanona (ACETOVANILLONA)

- 3- (4-Hidroxi-3, 5-dimetoxifenil) prop-2-enal (SINAPIL-ALDEHÍDO)

- Éster octílico del ácido 3, 4, 5-trihidroxibenzoico (OCTIL GALATO)

- Dodecilo 3, 4, 5-trihidroxibenzoato (LAURIL GALATO)

- Etilo 3, 4, 5-trihidroxibenzoato (ETIL GALATO)

- Propilo 3, 4, 5-trihidroxibenzoato (PROPIL GALATO)

- (2R) -2, 5, 7, 8-Tetrametil-2-[ (4R, 8R) - (4, 8, 12-trimetiltridecil) ]-6-cromanol (ALFA TOCOFEROL)

- 2, 4, 6-tris (1-feniletil) fenol (TRIESTIRILFENOL)

- Ácido 3- (3, 4-Dihidroxifenil) -2-propenoico (ÁCIDO CAFEICO)

- Ácido 4-Hidroxibenzoico (ÁCIDO PARA-HIDROXIBENZOICO)

- Ácido 3, 4, 5-trihidroxibenzoico (ÁCIDO GÁLICO)

- 4'-Hidroxi-3', 5'-dimetoxiacetofenona (ACETOSIRINGONA)

- 4-Hidroxi-3, 5-dimetoxibenzaldehido (SIRINGALDEHÍDO)

- Ácido (E) -3- (4-hidroxifenil) -2-propenoico (ÁCIDO PARACUMÁRICO)

- 4-Hidroxi-3-metoxibenzaldehído (VANILLINA)

- (E) -3-Ácido (4-hidroxi-3-metoxifenil) prop-2-enoico (ÁCIDO FERÚLICO)

- (E) -3- (4-hidroxi-3-metoxifenil) prop-2-enal (CONIFERIL ALDEHÍDO)

- Ácido 3- (4-hidroxi-3, 5-dimetoxifenyl) prop-2-enoico (ÁCIDO SINÁPICO)

- 2, 4, 5, 6 (1H, 3H) -Pirimidinetetrona 5-oxima (ÁCIDO VIOLÚRICO)

- 4-hidroxi-3, 5-dimetoxibenzoato de metilo (SIRINGATO DE METILO)

- 17- (5-Etil-6-metilheptano-2-yl) -10, 13-dimetil-2, 3, 4, 7, 8, 9, 11, 12, 14, 15, 16, 17-dodecahidro-1Hciclopenta[a]fenantren-3-ol (º -SITOSTEROL)

- 4-[4- (trifluorometil) fenoxi]fenol

- 3-Metilbutil o-hidroxibenzoato (SALICILATO DE ISOAMILO)

- Distilled Cashew Nut Shell Liquid (CARDANOL)

6. Preparación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la reacción enzimática se realiza a un pH entre 4 y 10, y una temperatura entre la temperatura ambiente y 90ºC.

7. Preparación, según la reivindicación 6, en el que dicho pH es entre 4 y 7.

8. Preparación, según la reivindicación 6 ó 7, en el que dicha temperatura es entre 30ºC y 60ºC.

9. Preparación, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que para su obtención se utilizan ultrasonidos para disgregar/dispersar el compuesto natural o sintético previamente a la reacción con la enzima.

10. Preparación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que para su obtención se añade un surfactante natural o sintético para facilitar la disgregación/dispersión del compuesto natural o sintético antes de la reacción con la enzima.

11. Preparación según la reivindicación 10, en la que dicho surfactante es iónico, preferiblemente aniónico.

12. Preparación según la reivindicación 11, en la que dicho surfactante es lignina sulfonada.

13. Utilización de una preparación enzimática acuosa aislada tal como se define en las reivindicaciones 1 a 12 en la funcionalización de la superficie del papel o soportes celulósicos.

14. Utilización según la reivindicación 13, que comprende aplicar dicha preparación sobre la superficie de papel o soportes celulósicos.

15. Utilización, según cualquiera de las reivindicaciones 13 ó 14, en la que la aplicación de la preparación enzimática acuosa se realiza mediante inmersión-impregnación, pulverizado, “size press” o “metering bar”.

16. Utilización, según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 15, en la que la aplicación de la preparación enzimática acuosa se realiza en la zona de formación, en la sequería, en la “size press”, en la zona de estucado, en el producto final, o entre las citadas operaciones.

Figura 1

Figura 2

Figura 3

a b

Figura 4

a

b

Figura 5