Procedimiento de separación.

Un proceso para separar compuestos con un peso molecular pequeño de otros compuestos que tienen un peso molecular superior al de los compuestos con peso molecular pequeño pero inferior a 1,

9 veces el de los compuestos de peso molecular pequeño, que se caracteriza por

proporcionar una disolución de partida que comprende compuestos con un peso molecular pequeño y compuestos con un peso molecular superior al de los compuestos de peso molecular pequeño pero inferior a 1,9 veces el de los compuestos de peso molecular pequeño,

someter dicha disolución a nanofiltración para obtener una fracción enriquecida en compuestos con un peso molecular pequeño y una fracción enriquecida en compuestos con un peso molecular superior al de los compuestos de peso molecular pequeño pero inferior a 1,9 veces el de los compuestos de peso molecular pequeño,

recuperar la fracción enriquecida en compuestos de peso molecular pequeño, y opcionalmente recuperar la fracción enriquecida en compuestos de peso molecular superior al de los compuestos de peso molecular pequeño pero inferior a 1,9 veces el de los compuestos de peso molecular pequeño,

en donde los compuestos de peso molecular pequeño tienen un peso molecular de hasta 250 g/mol, y los compuestos con un peso molecular inferior a 1,9 veces pero superior al de los compuestos de peso molecular pequeño tienen un peso molecular de 475 g/mol, y

en donde los compuestos que se van a separar unos de los otros se seleccionan de los siguientes (el(los) primer(os) compuesto(s) de cada caso es(son) un(os) compuesto(s) con un peso molecular inferior a 1,9 veces pero superior al de los compuestos de peso molecular pequeño):

1) los azúcares de pentosa seleccionados entre xilosa y arabinosa se separan de azúcares de hexosa seleccionados entre glucosa, galactosa, ramnosa y manosa,

2) el xilitol se separa del sorbitol,

3) la betaína se separa del eritritol,

4) el glicerol se separa de la betaína,

5) la betaína se separa de la glucosa,

6) la betaína se separa de inositol,

7) el eritritol se separa del inositol,

8) el eritritol se separa de la glucosa,

9) la prolina se separa de la betaína, y

10) los azúcares de pentosa seleccionados entre xilosa y arabinosa se separan del ácido xilónico.

Procedimiento de separación ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La invención se refiere a un proceso nuevo para separar compuestos químicos que tienen un peso molecular pequeño de compuestos que tienen un peso molecular solo ligeramente mayor, normalmente un peso molecular inferior a 1, 9 veces el de los compuestos de menor peso molecular. El proceso de la invención está basado en el uso de la nanofiltración. La invención se puede aplicar a recuperar xilosa de hidrolisatos de biomasa, tal como de un licor agotado obtenido mediante un proceso de pulpación, habitualmente a partir de proceso de pulpación de sulfito, por ejemplo. La invención también puede aplicarse a la recuperación de betaína de extractos de biomasa, tales como un extracto de pulpa de remolacha azucarera.

La nanofiltración es un proceso de filtración con membrana a presión relativamente nuevo, que se encuentra entre la ósmosis y la ultrafiltración. La nanofiltración típicamente retiene moléculas orgánicas grandes con un peso molecular superior a 300 g/mol. Las membranas de nanofiltración más importantes son membranas compuestas fabricadas mediante polimerización interfacial. Los ejemplos de membranas de nanofiltración usadas ampliamente incluyen membranas de sulfona de poliéter, membranas de de sulfona de poliéter sulfonadas, membranas de poliéster, membranas de polisulfona, membranas de poliamidas aromáticas, membranas de alcohol polivinílico y membranas de polipiperacina. En nanofiltración también se pueden usar membranas inorgánicas y cerámicas.

En la técnica se conoce el uso de la nanofiltración para separar monosacáridos, tal como glucosa y manosa de disacáridos y sacáridos superiores. Por ejemplo, la mezcla de partida que incluye monosacáridos, disacáridos y sacáridos superiores puede ser un hidrolisato de almidón.

La Patente de EE.UU. 5.869.297 (Archer Daniels Midland Co.) describe un proceso de nanofiltración para fabricar dextrosa. Dicho proceso comprende nanofiltrar una composición de dextrosa que incluye como impurezas sacáridos superiores, tales como disacáridos y trisacáridos. Se obtiene una composición de dextrosa que presenta un contenido en sólidos de al menos el 99% de dextrosa. Como membranas de nanofiltración se han usado membranas de poliamida aromática reticulada.

El documento WO 99/28490 (Novo Nordisk AS) describe un método para la reacción enzimática de sacáridos y para la nanofiltración de la disolución de sacáridos tratada enzimáticamente que incluye monosacáridos, disacáridos, trisacáridos y sacáridos superiores. Los monosacáridos se obtienen en el permeado, mientras que en el rechazo se obtiene un jarabe de oligosacáridos que contiene disacáridos y sacáridos superiores. El rechazo que incluye los disacáridos y los sacáridos superiores se recupera. Como membrana de nanofiltración, por ejemplo, se ha usado una membrana compuesta de polisulfona de película fina que tiene una luz de paso de menos de 100 g/mol.

La Patente de EE.UU. 4.511.654 (UOP Inc.) se refiere a un proceso para la producción de un jarabe rico en glucosa o maltosa mediante el tratamiento de un alimento que contiene glucosa/maltosa con una enzima seleccionada entre amiloglucosidasa y º-amilasa para formar una mezcla de reacción parcialmente hidrolizada, haciendo pasar la mezcla de reacción resultante parcialmente hidrolizada a través de una membrana de ultrafiltración para formar un rechazo y un permeado, recirculando el rechazo a la etapa de tratamiento enzimático, y recuperando el permeado que incluye el jarabe rico en glucosa o maltosa.

La Patente de EE.UU. 6.126.754 (Roquette Freres) se refiere a un proceso para la fabricación de un hidrolisato de almidón con un elevado contenido en dextrosa. En este proceso, una lechada de almidón es sometida a tratamiento enzimático para obtener un hidrolisato sacarificado crudo. El hidrolisato así formado se somete entonces a nanofiltración para recolectar como permeado de nanofiltración el hidrolisato de almidón deseado con un elevado contenido de dextrosa.

También es conocido el uso de técnicas de membranas, tales como la ultrafiltración, para purificar licores de pulpación de sulfito agotados para recuperar xilosa (por ejemplo, Papermaking Science and Technology, Libro 3: Forest Products Chemistr y , pág. 86, editores Johan Gullichsen, Hannu Paulapuro y Per Stenius, Helsinki University of Technology, publicado en cooperación con la Finnish Paper Engineer's Association y TAPPI, Gummerus, JyvÃskylÃ, Finlandia, 2000) . La xilosa se produce en grandes cantidades en la industria de la pasta de papel, por ejemplo en la cocción con sulfito de materias primas madereras. Además de xilosa, los licores de pulpación de sulfito agotados contienen, como componentes típicos, lignosulfonatos, reactivos químicos de la cocción con sulfito, ácido xilónico, azúcares oligoméricos, azúcares diméricos y monosacáridos (diferentes a la xilosa deseada) , y ácidos carboxílicos, tales como ácido acético y ácido urónico. Por tanto, los lignosulfonatos de elevado peso molecular pueden separarse mediante ultrafiltración de los componentes de bajo peso molecular, tales como la xilosa.

Por tanto, se conoce el uso de la ultrafiltración para separar compuestos que tienen un elevado peso molecular, tales como los lignosulfonatos presentes en un licor de sulfito agotado, de compuestos que tienen un bajo peso molecular, tales como la xilosa, mediante lo cual los compuestos que tienen un elevado peso molecular (lignosulfonatos) son separados con el rechazo y los compuestos que tienen un bajo peso molecular (xilosa) son enriquecidos en el permeado. Se puede realizar un enriquecimiento adicional de xilosa a partir de, por ejemplo, sales mediante métodos cromatográficos que usan exclusión iónica.

La separación de la xilosa de otros monosacáridos, tales como la glucosa, mediante técnicas de membrana no se ha descrito en el estado de la técnica.

La xilosa típicamente se ha recuperado mediante cristalización, por ejemplo a partir de disoluciones que contienen xilosa de diferente origen y pureza. Antes de la cristalización, es necesario purificar la disolución que contiene xilosa obtenida como resultado de la hidrólisis de material celulósico hasta un grado requerido de pureza mediante diversos métodos, tales como filtración para eliminar impurezas mecánicas, ultrafiltración, intercambio iónico, decoloración, exclusión iónica o cromatografía, o combinación de los mismos.

La separación de xilosa de dichos licores de cocción se describe, por ejemplo, en la Patente de EE.UU. 4.631.129 (Suomen Sokeri Oy) . En este proceso, el licor de sulfito agotado se somete a una separación cromatográfica en dos etapas para formar fracciones de azúcares (por ejemplo, xilosa) sustancialmente purificadas y lignosulfonatos. El primer fraccionamiento cromatográfico se lleva a cabo usando una resina en forma de sal metálica divalente, típicamente en forma de sal de calcio, y el segundo fraccionamiento cromatográfico se lleva a cabo usando una resina en forma de sal monovalente, tal como la forma de sal sódica.

La Patente de EE.UU. 5.637.225 (Xyrofin Oy) describe un método para el fraccionamiento de licor de cocción de sulfito mediante un sistema de lecho móvil simulado cromatográfico que comprende al menos dos lechos de material de relleno seccional cromatográfico, en donde se obtiene al menos una fracción enriquecida con monosacáridos y una fracción enriquecida con lignosulfonatos. El material de los lechos de material de relleno seccional normalmente en una resina de intercambio catiónico fuertemente ácida en forma de Ca2+.

La Patente de EE.UU. 5.730.877 (Xyrofin Oy) describe un método para fraccionar una disolución, tal como un licor de cocción de sulfito, mediante un método de separación cromatográfica que usa un sistema que comprende al menos dos lechos de relleno seccional cromatográfico en diferentes formas iónicas. El material del lecho de relleno seccional del primer lazo del proceso se encuentra esencialmente en forma de catión divalente, tal como en forma de Ca2+, y el último lazo se encuentra esencialmente en forma de catión monovalente, tal como en forma de Na+.

El documento WO 96/27028 (Xyrofin Oy) describe un método para la recuperación de xilosa mediante cristalización y/o precipitación a partir de disoluciones que tienen una pureza de xilosa comparativamente baja, típicamente entre 30 y 60 % en peso de xilosa referido a sólidos secos disueltos. La disolución de xilosa que va a ser tratada puede ser, por... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para separar compuestos con un peso molecular pequeño de otros compuestos que tienen un peso molecular superior al de los compuestos con peso molecular pequeño pero inferior a 1, 9 veces el de los compuestos de peso molecular pequeño, que se caracteriza por proporcionar una disolución de partida que comprende compuestos con un peso molecular pequeño y compuestos con un peso molecular superior al de los compuestos de peso molecular pequeño pero inferior a 1, 9 veces el de los compuestos de peso molecular pequeño, someter dicha disolución a nanofiltración para obtener una fracción enriquecida en compuestos con un peso molecular pequeño y una fracción enriquecida en compuestos con un peso molecular superior al de los compuestos de peso molecular pequeño pero inferior a 1, 9 veces el de los compuestos de peso molecular pequeño, recuperar la fracción enriquecida en compuestos de peso molecular pequeño, y opcionalmente recuperar la fracción enriquecida en compuestos de peso molecular superior al de los compuestos de peso molecular pequeño pero inferior a 1, 9 veces el de los compuestos de peso molecular pequeño, en donde los compuestos de peso molecular pequeño tienen un peso molecular de hasta 250 g/mol, y los compuestos con un peso molecular inferior a 1, 9 veces pero superior al de los compuestos de peso molecular pequeño tienen un peso molecular de 475 g/mol, y en donde los compuestos que se van a separar unos de los otros se seleccionan de los siguientes (el (los) primer (os) compuesto (s) de cada caso es (son) un (os) compuesto (s) con un peso molecular inferior a 1, 9 veces pero superior al de los compuestos de peso molecular pequeño) :

1) los azúcares de pentosa seleccionados entre xilosa y arabinosa se separan de azúcares de hexosa seleccionados entre glucosa, galactosa, ramnosa y manosa, 2) el xilitol se separa del sorbitol, 3) la betaína se separa del eritritol, 4) el glicerol se separa de la betaína, 5) la betaína se separa de la glucosa, 6) la betaína se separa de inositol, 7) el eritritol se separa del inositol, 8) el eritritol se separa de la glucosa, 9) la prolina se separa de la betaína, y 10) los azúcares de pentosa seleccionados entre xilosa y arabinosa se separan del ácido xilónico.

2. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 1, que se caracteriza porque los compuestos de peso molecular pequeño tienen un peso molecular de hasta 200 g/mol.

3. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 1 ó 2, que se caracteriza porque los compuestos que tienen un peso molecular superior al de los compuestos de peso molecular pequeño pero inferior a 1, 9 veces el de los compuestos de peso molecular pequeño tienen un peso molecular de hasta 1, 5 veces el de los compuestos de peso molecular pequeño.

4. Un proceso como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que se caracteriza porque la fracción enriquecida en los compuestos que tienen un peso molecular pequeño tiene un contenido de los mismos de más de 1, 1 veces, preferiblemente de más 1, 5 veces, más preferiblemente de más de 2, 5 veces y aún más preferiblemente de más de 3, 5 veces el de la disolución de partida, referido al contenido de sustancia seca.

5. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 4, que se caracteriza porque la fracción enriquecida en los compuestos que tienen un peso molecular pequeño tiene un contenido de los mismos de más de 1, 5 a 3, 5 veces el de la disolución de partida, referido a contenido de sustancia seca.

6. Un proceso como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que se caracteriza porque la fracción enriquecida en los compuestos de peso molecular pequeño se recupera como permeado de nanofiltración.

7. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 6, que se caracteriza porque la fracción enriquecida en los compuestos con un peso molecular superior al de los compuestos de peso molecular pequeño pero inferior a 1, 9 veces el de los compuestos de peso molecular pequeño se recupera como rechazo de nanofiltración.

8. Un proceso como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que se caracteriza porque la fracción enriquecida en los compuestos con un peso molecular pequeño se recupera como rechazo de nanofiltración.

9. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 8, que se caracteriza porque la fracción enriquecida en los compuestos con un peso molecular superior al de los compuestos de peso molecular pequeño pero inferior a 1, 9 veces el de los compuestos de peso molecular pequeño se recupera como permeado de la nanofiltración.

10. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 1, que se caracteriza porque la fracción enriquecida en los compuestos de peso molecular pequeño seleccionados de azúcares de pentosa se recupera como permeado de la nanofiltración y la fracción enriquecida en los compuestos con un peso molecular superior al de los compuestos de peso molecular pequeño pero inferior a 1, 9 veces el de los compuestos de peso molecular pequeño seleccionados de azúcares de hexosa se recupera como rechazo de la nanofiltración.

11. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 1, que se caracteriza porque la fracción enriquecida en los compuestos con un peso molecular pequeño seleccionados de xilitol se recupera como permeado de la nanofiltración y la fracción enriquecida en los compuestos con un peso molecular superior al de los compuestos de peso molecular pequeño pero inferior a 1, 9 veces el de los compuestos de peso molecular pequeño seleccionados de sorbitol se recupera como rechazo de la nanofiltración.

12. Un proceso como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que se caracteriza porque la disolución de partida comprende un hidrolisato de biomasa o un extracto de biomasa.

13. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 1, que se caracteriza porque la fracción enriquecida en los compuestos con un peso molecular superior al de los compuestos de peso molecular pequeño pero inferior a 1, 9 veces el de los compuestos de peso molecular pequeño se enriquece adicionalmente en iones divalentes.

14. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 13, que se caracteriza porque la fracción enriquecida en los compuestos con un peso molecular superior al de los compuestos con un peso molecular pequeño pero inferior a 1, 9 veces el de los compuestos de peso molecular pequeño se enriquece adicionalmente en compuestos con un peso molecular de 1, 9 a 4 veces el de los compuestos de peso molecular pequeño, y en compuestos con un peso molecular de más de 4 veces el de los compuestos de peso molecular pequeño.

15. Un proceso como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que se caracteriza porque la disolución de partida ha sido sometida a una o más etapas de pretratamiento.

16. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 15, que se caracteriza porque las etapas de pretratamiento se seleccionan entre intercambio iónico, ultrafiltración, cromatografía, concentración, ajuste de pH, filtración, dilución, cristalización y combinaciones de las mismas.

17. Un proceso como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que se caracteriza porque la disolución de partida tiene un contenido en sustancia seca entre el 3 y el 50% en peso, preferiblemente entre el 8 y el 25% en peso.

18. Un proceso como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que se caracteriza porque la disolución de partida tiene un contenido de los compuestos de peso molecular pequeño de entre 5 y 95%, preferiblemente entre 15 y 55%, más preferiblemente entre 15 y 40% y especialmente entre 8 y 27%, referido al contenido de sustancia seca.

19. Un proceso como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que se caracteriza porque la disolución de partida usada como alimento de la nanofiltración tiene un contenido de sustancia seca inferior al 30% en peso.

20. Un proceso como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que se caracteriza porque la nanofiltración se lleva a cabo a una presión de entre 10 y 50 bares, preferiblemente de entre 15 y 35 bares.

21. Un proceso como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que se caracteriza porque la nanofiltración se lleva a cabo con un flujo de entre 2 y 100 litros/m2h, preferiblemente de entre 10 y 60 litros/m2h.

22. Un proceso como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que se caracteriza porque la nanofiltración se lleva a cabo usando una membrana de nanofiltración seleccionada entre membranas poliméricas y membranas inorgánicas que tienen una luz de paso de entre 100 y 2500 g/mol.

23. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 22, que se caracteriza porque la luz de paso de la membrana de nanofiltración es de 150 a 1000 g/mol.

24. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 23, que se caracteriza porque la luz de paso de la membrana de nanofiltración es de 150 a 500 g/mol.

25. Un proceso como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 y 13 a 24 para separar betaína de un extracto de biomasa, que se caracteriza por someter a dicho extracto de biomasa a nanofiltración y por recuperar una fracción enriquecida en betaína.

26. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 25, que se caracteriza porque la fracción enriquecida en betaína se recupera como permeado de la nanofiltración.

27. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 25, que se caracteriza porque la fracción enriquecida en betaína se recupera como rechazo de la nanofiltración.

28. Un proceso como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones 25 a 27, que se caracteriza porque el extracto de biomasa se extracto de pulpación de remolacha azucarera.

29. Un proceso como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 y 13 a 24 para separar prolina de betaína, que se caracteriza por proporcionar una disolución de partida que comprende betaína y prolina, someter a dicha disolución a nanofiltración para obtener una fracción enriquecida en betaína y una fracción enriquecida en prolina, recuperar la fracción enriquecida en betaína, y recuperar la fracción enriquecida en prolina.

30. Un proceso como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 y 13 a 24 para separar prolina de un hidrolisato de biomasa o un extracto de biomasa, que se caracteriza por someter a dicho hidrolisato de biomasa o a dicho extracto de biomasa a nanofiltración y recuperar una fracción enriquecida en prolina.