La presente invención, titulada "Proceso basado en intercambio iónico para la recuperación en corrientes separadas de ácido láctico y carbohidratos oligoméricos a partir de medios fermentativos",

reivindica un procedimiento aplicable a la separación de compuestos de interés comercial (ácido láctico y compuestos oligoméricos derivados de pectinas con capacidad prebiótica) a partir de medios obtenidos por hidrólisis y fermentación de bagazo de manzana. La hidrólisis se realiza por medio de enzimas, y la fermentación transcurre por acción de bacterias lácticas. Estas etapas pueden llevarse a cabo sucesiva o simultáneamente. Antes de la fermentación deben añadirse al medio los nutrientes adecuados para permitir el metabolismo de las bacterias lácticas. Los medios fermentados se tratan con resinas de intercambio iónico en ciclos de carga-regeneración, de modo que el ácido láctico se liga selectivamente a la resina durante el ciclo de carga (liberando un efluente enriquecido en compuestos oligoméricos derivados de carbohidratos), mientras que el ciclo de regeneración proporciona un efluente enriquecido en ácido láctico. La capacidad prebiótica de los compuestos oligoméricos derivados de carbohidratos que se obtienen en el proceso se confirma experimentalmente por medio de fermentaciones anaeróbicas en medios inoculados con heces fecales, en los que se observa la producción de ácidos grasos de cadena corta.

Proceso basado en intercambio iónico para la recuperación en corrientes separadas de ácido láctico y carbohidratos oligoméricos a partir de medios fermentativos.

Sector de la técnica

La invención plantea la aplicación de una técnica básica de la Química y de la Ingeniería Química (intercambio iónico) a la separación de componentes de valor comercial (ácido láctico y compuestos oligoméricos con capacidad prebiótica derivados de pectinas) presentes en medios generados por hidrólisis y fermentación de bagazo de manzana (subproducto sólido que se obtiene al exprimir la manzana en la producción de zumo y sidra) . Por las aplicaciones alimentarias del producto final y por tratarse del desarrollo de un proceso de separación, el objeto de esta patente también está relacionado con áreas de la técnica como la Tecnología de los Alimentos, la Ingeniería de los Alimentos y la Ingeniería de Procesos.

Estado de la técnica

El bagazo de manzana tiene una composición compleja. Entre sus componentes más importantes se incluyen extractos (ricos en monosacáridos y disacáridos) , polisacáridos (hemicelulosas, celulosa, almidón y pectinas) , lignina, proteínas, componentes inorgánicos y otras fracciones de poca importancia para los fines de esta invención. Información relevante sobre la composición del bagazo de manzana se ha publicado en el siguiente trabajo: Gullón, B.; Falqué, E.; Alonso, J. L.; Parajó, J. C., Evaluation of apple pomace as a raw material for alternative applications in food industries, Food Technol. Biotechnol. 2007, 45 (4) , 426-433.

La abundancia de polisacáridos y de azúcares libres en el bagazo de manzana lo hace atractivo como materia prima para procesos basados en la hidrólisis de los polisacáridos (convirtiéndolos en oligómeros o monómeros de azúcares) y en la fermentación de los productos de hidrólisis (llevada a cabo de forma simultánea o consecutiva a la propia etapa de hidrólisis) . La susceptibilidad de los polisacáridos presentes en el bagazo de manzana a la hidrólisis por enzimas con actividades celulásica, celobiásica y amilolítica se comprobó en la referencia de Gullón y colaboradores (2007) citada con anterioridad, trabajo que también proporciona información sobre otros aspectos de interés, como la cinética de las reacciones de hidrólisis y los rendimientos de conversión en glucosa y otros azúcares. A partir de los resultados de la hidrólisis, el mismo trabajo concluía que el bagazo de manzana es una materia prima prometedora para la producción de ácido láctico.

La producción estereoespecífica de ácido láctico por vía fermentativa a partir de bagazo de manzana empleando mezclas de enzimas comerciales (ricas en actividades celulásica y celobiásica) y bacterias lácticas (Lactobacillus rhamnosus CECT-288) se estudió en el siguiente artículo: Gullón, B.; Alonso, J. L.; Parajó, J. C., Experimental evaluation of alternative fermentation media for L-lactic acid production from apple pomace, J. Chem. Technol. Biotechnol. 2008, 83, 609-617. Las etapas de hidrólisis y fermentación se llevaron a cabo simultáneamente, según el modo de operar conocido como Sacarificación y Fermentación Simultáneas. Para permitir la fermentación, los medios se suplementaron con distintos nutrientes, incluyendo medios complejos descritos en la bibliografía (como el Man Rogosa Sharpe) , o fuentes complejas como extracto de levadura y licores de procesamiento de maíz por vía húmeda (denominados “Corn Steep Liquor” en la bibliografía) . En distintos experimentos de Sacarificación y Fermentación Simultáneas se evaluaron los efectos de tipo y concentración de nutrientes sobre los perfiles de concentración de los compuestos de interés (incluyendo distintos monosacáridos, ácido láctico y ácido acético) , desarrollándose modelos empíricos que proporcionaban una interpretación generalizada de la producción de ácido láctico y permitían una evaluación comparativa del comportamiento del extracto de levadura y de los licores de procesamiento de maíz por vía húmeda como agentes para la aportación de nutrientes.

En un trabajo relacionado con este tema (Gullón. B.; Garrote, G.; Alonso, J. L.; Parajó, J. C., Production of L-lactic acid and oligomeric compounds from apple pomace by Simultaneous Saccharification and Fermentation: A response surface methodology assessment, J. Agrie. Food Chem. 2007, 55, 5580-5587) se señalaban las siguientes características ventajosas del bagazo de manzana como materia prima para la producción de ácido láctico: alto contenido en glucosa y fructosa libres, alto contenido en polisacáridos, presencia de otros compuestos (como monosacáridos distintos de la glucosa y de la fructosa, ácido cítrico, ácido málico) que pueden ser metabolizados por las bacterias lácticas, y presencia de iones metálicos que podrían disminuir el coste de la suplementación de los medios fermentativos. Este trabajo demostró la posibilidad de cogenerar ácido láctico y compuestos oligoméricos derivados de polisacáridos procesando bagazo de manzana a través de Sacarificación y Fermentación Simultáneas, proporcionando una evaluación de los efectos de las variables de operación más influyentes sobre la productividad volumétrica de ácido láctico y sobre las concentraciones de los productos más importantes (ácido láctico y oligómeros derivados de carbohidratos) obtenidos en condiciones seleccionadas. El trabajo concluye que operando en determinadas condiciones de hidrólisisfermentación (45ºC, pH 5-6, 1.7 g células/L, carga de celulasas = 1 Unidad de Papel de Filtro/g bagazo, carga de celobiasa = 0.25 Unidades Internacionales/g bagazo, 10 horas de procesamiento, 12 g líquido/g bagazo) se obtenían medios conteniendo 27.8 g ácido láctico/L. Por otro lado, los balances de materia indicaban que a partir de 100 kg bagazo se podrían producir 36.6 kg de ácido láctico juntamente con 18.3 kg de oligosacáridos (éstos últimos con potencial aplicación como ingredientes para alimentos funcionales) . Además, permanecían en el medio fermentativo compuestos formados por ácidos urónicos (también con potencial utilidad en el campo alimentario) en cantidad equivalente a 8 kg/100 kg bagazo procesado.

Como resumen de lo anterior, cabe indicar que la bibliografía muestra la hidrólisis-fermentación de bagazo de manzana puede llevarse a cabo en condiciones que permiten obtener medios conteniendo (entre otros componentes) ácido láctico y compuestos oligoméricos derivados de polisacáridos (celulosa, hemicelulosas y pectinas) , en cantidades que dependen de las condiciones de operación.

La recuperación de ácido láctico por intercambio iónico ha sido estudiada en la bibliografía (Moldes, A. B.; Alonso,

J. L.; Parajó, J. C. Recover y of lactic acid from simultaneous saccharification and fermentation media using aniónexchange resins. Bioproc. Biosyst. Eng. 2003, 25, 357-363; González, M. I.; Álvarez, S.; Riera, F. A.; Álvarez, R., Purification of lactic acid from fermentation broths by ion-exchange resins. Ind. Eng. Chem. Res. 2006, 45 (9) , 32433247) ; pero la separación de oligómeros y ácido láctico por medio de cambio iónico es novedosa, y constituye uno de los focos de la presente invención.

Además, distintos estudios experimentales demuestran la capacidad prebiótica de los compuestos oligoméricos derivados de polisacáridos. En particular, se ha publicado que oligosacáridos procedentes de pectinas (denominados pectooligosacáridos) son prebióticos potenciales. Algunos Trabajos representativos en este campo son: Manderson, K.; Pinart, M.; Tuohy, K. M.; Grace, W. E.; Hotchkiss, A. T.; Widmer, W.; Yadhav, M. P.; Gibson, G. R.; Rastall, R. A., In vitro determination of prebiotic properties of oligosaccharides derived from an orange juice manufacturing byproduct stream, Appl. Environm. Microbiol. 2005, 71 (12) , 8383-8389; Olano-Martín, E.; Gibson, G. R.; Rastall, R. A., Comparison of the in vitro bifidogenic properties of pectins and pectic-oligosaccharides. J. Appl. Microbiol. 2002, 93, 505-511; Mandalari, G.; Nueno Palop, C.; Tuohy, K.; Gibson, G. R.; Bennet, R. N.; Waldrom, K. W.; Bisignano, G.; Narbad, A.; Faulds, C. B., In vitro evaluation of the prebiotic activity of a pectic oligosaccharide-rich extract enzymatically derived from bergamot peel, Appl. Microbiol. Biotechnol. 2007, 73, 1173-1179. La confirmación de la capacidad prebiótica de los compuestos oligoméricos aislados a partir de los medios fermentativos por medio de cambio iónico es otro de los focos de la presente invención.

Descripción... [Seguir leyendo]

1. El proceso de separación de ácido láctico y compuestos oligoméricos derivados de carbohidratos presentes en medios de hidrólisis-fermentación obtenidos a partir de bagazo de manzana, consistente en: una etapa de filtración, 5 prensado, centrifugación o ultrafiltración, que permita obtener una fase líquida exenta de sólidos; una etapa de cambio iónico (etapa de carga) en que la fase líquida exenta de sólidos obtenida anteriormente se hace circular a través de un lecho fijo conteniendo una resina intercambiadora de iones (cargada inicialmente con un anión adecuado para ser intercambiado por lactato) hasta que la resina queda saturada de lactato o hasta que el lactato alcanza una concentración en fase resina cercana a la de saturación; una etapa de lavado para reemplazar por agua la disolución retenida en la

columna que contiene la resina; y una etapa de regeneración, en el que se hace fluir a través del lecho que contiene la resina lavada cargada de lactato que se obtuvo en el paso anterior una disolución conteniendo un anión adecuado para desplazar a los iones lactato, obteniéndose un efluente enriquecido en este compuesto.

2. La utilización de los productos resultantes de liofilizar el efluente obtenido en la etapa de carga (directamente

tal como se obtiene, o tras desalinización) como ingredientes alimentarios con propiedades prebióticas, aplicables a la alimentación humana o animal.

OFICINA ESPANOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPANA

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

51 Int. Cl. Ver Hoja Adicional

21 N.O solicitud: 201000046 22 Fecha de presentación de la solicitud: 15.01.2010 32 Fecha de prioridad:

DOCUMENTOS RELEVANTES

30. 319. l-Lactic acid 1, 2 production from apple pomace by sequential hydrolysis and fermentation. ISSN 0960-8524, todo el documento. A GULLON, B. et al.: "Evaluation of Apple Pomace as a Raw Material for Alternative Applications in 1, 2 Food Industries", Food Technol. Biotechnol. (2007) 45 (4) pp..

42. 433, ISSN 1330-9862, todo el documento. A GULLON, B. et al.: "Production of L-lactic Acid and Oligomeric Compounds from Apple Pomace 1, 2 by S imultaneous Saccharification a nd Fermentation: A R esponse S urface Methodology Assessment" (2007) J. Agric. Food Chem., 55, pp.: 5580-5587, todo el documento. A GONZALEZ, M.I. et al.: "Purification of Lactic Acid from Fermentation Broths by Ion-Exchange 1, 2 Resins", Ind. Eng. Chem. Res. 2006, 45, pp.: 3243-3247, todo el documento. A MEHRLANDER, K. et al: "Structural Characterization of Oligosaccharides and Polysaccharides 1, 2 from Apple Juices Produced by Enzymatic Pomace Liquefaction", (2002) J. Agric. Food Chem., 50, pp.: 1230-1236, todo el documento. A GULLON, B. et al.: "Sequential hydrolysis and fermentation of apple pomace to lactic acid", 1, 2 The 29th Symposium on Biotechnology for Fuels and Chemicals (Abri.

29. Mayo 2, 2007) Domingo, Abril 29, 2007 1B-29. -Abstract-. Categoria de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoria A: refleja el estado de la tecnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado despues de la fecha de presentación de la solicitud El presente informe ha sido realizado º para todas las reivindicaciones º para las reivindicaciones nO: Fecha de realización del informe 06.03.2012 Examinador A. Maquedano Herrero Pagina 1/4

INFORME DEL ESTADO DE LA TECNICA

NO de solicitud: 201000046

CLASIFICACION OBJETO DE LA SOLICITUD C12F3100 (2006.01)

C12P7156 (2006.01) G01N30102 (2006.01) Documentación minima buscada (sistema de clasificación seguido de los simbolos de clasificación)

C12F, C12P, G01N

Bases de datos electrónicas consultadas durante la busqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, terminos de busqueda utilizados) INVENES, EPODOC, WPI, XPESP, BIOSIS, CA

Informe del Estado de la Tecnica Pagina 2/4

OPINION ESCRITA

NO de solicitud: 201000046

Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 06.03.2012

Declaración

Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y tecnico de la solicitud (Articulo 31.2 Ley 11/1986) .

Base de la Opinión.

La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

Informe del Estado de la Tecnica Pagina 3/4

OPINION ESCRITA

NO de solicitud: 201000046

1. Documentos considerados.

A continuación se relacionanlos documentos pertenecientes al estado de la tecnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.

30. 319. l-Lactic acid production from apple pomace by sequential hydrolysis and fermentation. ISSN 0960-8524, todo el documento. D02 GULLON, B. et al.: "Evaluation of Apple Pomace as a Raw Material f or Alternative A pplications in F ood Industries", F ood Technol. Biotechnol. (2007) 45 (4) pp..

42. 433, ISSN 1330-9862, todo el documento. D03 GULLON, B. et al.: "Production of L-lactic Acid and Oligomeric Compounds f rom Apple P omace b y S imultaneous Saccharification and F ermentation: A R esponse S urface Methodology Assessment" (2007) J. Agric. Food Chem., 55, pp.: 5580-5587, todo el documento. D04 GONZALEZ, M.I. et al.: "Purification of Lactic Acid from Fermentation Broths by Ion-Exchange Resins", Ind. Eng. Chem. Res. 2006, 45, pp.: 3243-3247, todo el documento. D05 MEHRLANDER, K . et al : " Structural C haracterization of Oligosaccharides and Polysaccharides f rom Ap ple Juices Produced by Enzymatic Pomace Liquefaction", (2002) J. Agric. Food Chem., 50, pp.: 1230-1236, todo el documento. D06 GULLON, B . et al .: " Sequential h ydrolysis and f ermentation of apple pomace t o l actic acid", T he 2 9th S ymposium on Biotechnology for Fuels and Chemicals (Abri.

29. Mayo 2, 2007) Domingo, Abril 29, 2007 1B-29. -Abstract-

2. Declaración motivada segun los articulos 29. y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/198 , de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración

La solicitud reivindica un procedimiento para separar acido lactico y oligosacaridos presentes en bagazo de manzana sometido a hidr6lisis y fermentación. El procedimiento incluye etapas de filtración, prensado, centrifugación (o ultrafiltración) para eliminar los sólidos y, posteriormente, una etapa de intercambio iónico. Se reivindica, asimismo, el uso de los productos resultantes de este procedimiento (lactato y oligosacaridos) como ingredientes alimentarios con propiedades prebióticas en alimentación humana o animal. D01-D06 representan el estado de la tecnica anterior. En ninguno de esos documentos, salvo en D05, se utiliza la tecnica de intercambio iónico para separar acido lactico y oligosacaridos. En D05 se utiliza dicha tecnica para obtener oligosacaridos de j ugos de manzana n o f ermentados. N o se m enciona el ac ido l actico ni l a f ermentación m icrobiana. E n l os otros documentos D01-D04 y D 06 se m enciona l a e xistencia tanto de aci do l actico c omo de o ligosacaridos en bagazo de manzana hidrolizado y fermentado, pero, en ningun momento, se propone la utilización del intercambio iónico como tecnica para la obtención de acido lactico y oligosacaridos. Tampoco parece obvio, a la luz de lo descrito en estos documentos, que un experto en la materia pudiera llegar a realizar la invención descrita en la solicitud. Por todo ello, se considera que las reivindicaciones 1 y 2 de la solicitud cumplen los requisitos de novedad en el sentido del articulo 6.1 de la Ley 11/1986 y de actividad inventiva en el sentido del articulo 8.1 de la Ley 11/1986.

Informe del Estado de la Tecnica Pagina 4/4