Procedimiento para la extracción de lípidos a partir de biomasa algal.

Procedimiento para la extracción de lípidos a partir de biomasa algal que comprende:

- producir una suspensión acuosa de biomasa algal; - añadir a dicha suspensión acuosa de biomasa algal por lo menos un solvente orgánico inmiscible o sustancialmente inmiscible con agua, obteniendo una mezcla acuosa orgánica; - someter dicha mezcla orgánica acuosa a evaporación de agua y a extracción de lípidos, operando a una temperatura que permita alcanzar la eliminación sustancial completa del agua de dicha mezcla orgánica acuosa, obteniendo: (i) una fase orgánica que comprende lípidos y dicho solvente orgánico; (ii) una fase semisólida que comprende un residuo de dicha biomasa de algal.

PROCEDIMIENTO PARA LA EXTRACCIÓN DE lÍPIDOS A PARTIR DE BIOMASA

ALGAl

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la presente invención se refiere a un procedimiento para la extracción de

lípidos a partir de biomasa alga!.

Más específicamente, la presente invención se refiere a un procedimiento para

la extracción de Hpidos a partir de bíomasa alga! qua comprende el tratamiento de una

1 O suspensión acuosa de biomasa alga! con por lo menos un solvente orgánico inmiscíble

o sustancialmente inmiscible con agua, obteniendo una mezcla orgánica~acuosa y

sometiendo dicha mezcla orgánica-acuosa a evaporación del agua y a extracción de

los lípidos.

las algas, en particular las mícroalgas, en la actualidad se cultivan para la

15 producción de compuestos valiosos tales como, por ejemplo, los ácidos grasos

poliinsaturados (por ejemplo, el ácido eicosapentaenoico (EPA}, el ácido

docosahexanoico (DHA) y similares) , vitaminas (por ejemplo, e! {3--caroteno y similares)

y agentes gelificantes, que se encuentran comprendidos dentro del campo de la

alimentación., y de la industria farmacéutica y cosmética.

20 El cultivo de microa!gas para los campos anteriormente indicados se

caracteriza por presentar capacidades de producción bastante limitadas (en el orden

de cientos de miles de toneladas al años) y por un elevado valor añadido de !os

compuestos añadidos (cientos de miles de dólares por kilogramo) . lo mencionado

anteriormente explica por qué pueden tolerarse sistemas de producción complejos y

25 caros, en particular sistemas de extracción y purificación, que deben satisfacer normas

estríctas de tipo sanitario y alimentarlo, típícas de los campos anteriormente

mendonados.

El paso desde los campos anteriormente mencionados, en los que se han

utilizado tradicionalmente las microa!gas, al campo ambiental/energético, requiere e!

30 desarrollo de tecnologías que conduzcan a incrementos considerables de la capacidad

de producción (de cientos de miles de toneladas al año a millones de toneladas al año)

y a una gran reducción de los costes de producción debidos al limitado valor anadido

de los productos destinados al campo ambiental/energético (cientos de miles de

dólares por tonelada}.

Se encuentran descritos en la literatura procedimientos referentes a la

extracción de compuestos a partir de biomasas algales.

La patente US n9 4.341.038, por ejemplo, describe un procedimiento para la

5 recuperación de productos aceitosos a partir de algas, que comprende: (a) cultivar

células ha!ofílícas unicelulares, sin una pared celular, en una solución salina, (b)

recoger dichas algas con el fin de obtener una suspensión basada en algas y agua

salina, (e) extraer los productos aceitosos a partir de dicha suspensión utilizando un

solvente para dichos productos .• (d) recuperar dichos productos aceitosos y algas

1 O residuales. Dichos productos aceitosos pueden utilizarse como fuentes energéticas, en

particular combustible, o como fuentes de otros productos, tales como, por ejemplo,

fertilizantes o para la alimentación animaL

La patente US nº 5.338.673 describe un procedimiento para la producción

selectiva de ácidos grasos po!iinsaturados a partir de un cultivo de microalgas de la

15 especie Porphyrídium cruentum, así como un procedimiento para su extracción. En

particular, el procedimiento de extracción comprende: concentrar la biomasa alga,

someter dicha biomasa alga! concentrada a lisis celular, preferentemente por medio de

la homogeneizacíón mecánica, separar la fase líquida de la fase sólida, conteniendo

dicha fase sólida dichos ácidos grasos políinsaturados, extraer dichos ácidos grasos

20 políinsaturados utilizando un solvente orgánico tal como, por ejemplo, hexano o

cloroformo, evaporar dicho solvente orgánico con el fin de obtener dichos ácidos

grasos poliinsaturados. Dichos ácidos grasos poliinsaturados tales como, por ejemplo,

el ácido eicosapentaenoico (EPA) , el ácido docosahexaenoico {DHA) , el ácido

araquidónico, se utilizan particularmente en el campo farmacéutico.

25 La patente US n9 5.539.133 describe un procedimiento para obtener lípidos con

una cantidad elevada de ácidos grasos políínsaturados que presentan entre 20 y 22

átomos de carbono, mediante la extracción a partir de un material crudo de origen

animal o vegetal, presentando dicho material crudo un contenido de agua de entre 5%

en peso y 50% en peso y un tamaño de partícula comprendido entre 0, 01 mm y 50

30 mm, llevando a cabo dicha extracción utilizando un solvente orgánico, preferentemente

miscible con agua (por ejemplo, etanol) , o con gas comprimido licuado (por ejemplo,

dióxido de carbono, propano o mezclas de los mismos) . Como material crudo que

{microalgas) o macroalgas pertenecientes a la familia de las algas rojas, pardas o verdes. Dichos ácidos grasos poliinsaturados tales como, por ejemplo, e! ácido docosahexaenoico (DHA}, e! ácido araquidónico, se utilizan particularmente en la industria alimentaria.

La patente US nº 6.166.231 describe un procedimiento para separar !ípidos, en particular aceites alimentarios, a partir de un material de origen biológico (por ejemplo algas, levaduras o bacterias) , que comprende: (a) poner en contacto un solvente {por ejemplo hexano o diversos éteres de petróleo} con una suspensión acuosa del material de origen biológico que contiene lfpidos en contracorriente, resultando dicho solvente esencialmente ínmlscible con agua, (b} recoger el solvente, conteniendo dicho solvente los lfpidos extraídos de dicha suspensión acuosa del material de origen biológico, y (e) separar !os lípidos de dicho solvente. Dicha suspensión acuosa del material de origen biológico preferentemente se somete a centrifugación con el fin de alcanzar una concentración de materia sólido en la suspensión no superior a 50% y, posteriormente, a lisis celular por medio de la homogeneización mecánica, por ejemplo. Puede obtenerse una extracción mejorada de los lípidos mediante un incremento del pH, preferentemente de 5 a 1 O, de dicho materíal de origen biológico mediante procedimientos conocidos de la técnica tales como, por ejemplo, mediante la adición de una solución cáustica (por ejemplo hidróxido potásica o hidróxido sódico) . El incremento del pH también impide la formación de emulsiones entre el material de origen biológico y el solvente.

Miao X. et aL describen la producción de biodiésel a partir de algas en el artículo siguiente: quot;Bíodiesel productíon from heterotrophic microalgal oilquot;, publicado en ~sioresource Technologyquot; 97, 2006, páginas 841 a 846. En dicho artículo, se secan algas de la especie Chlorella protothecoides, cultívadas heterotróficamente, y posteriormente se pulverizan en un mortero y se someten a extracción con hexano con el fin de extraer el aceite. El aceite extraído seguidamente se somete a transesterificación ácida en presencia de metano! y ácido sulfúrico a modo de catalizador de transesteríficación, con el fin de obtener biodíésel.

Sín embargo, !os procedimientos anteriormente indicados pueden presentar diversos puntos critícos, tales como, por ejemplo:

la lísís celular de la blomasa normalmente se !leva a cabo mediante homogeneización mecánica, trituración o pulverización, de manera que se liberen las fracciones lipídicas intracelulares y endocelu!ares y para mejorar el contacto con el solvente, el secado de la biomasa normalmente rea.lizado por medio de técnicas costosas, tales como, por ejemplo, el secado mediante pulverización o la liofílización, una operación que también...

1. Procedimiento para !a extracción de Hpidos a partir de biomasa alga!, que comprende:

producir una suspensión acuosa de biornasa alga!; añadir a dicha suspensión acuosa de biomasa alga! por lo menos un solvente orgánico inmiscible o sustancialmente inmiscible con agua, obteniendo una mezcla acuosa orgánica, someter dicha mezcla acuosa orgánica a evaporación de agua y a extracción de lípídos, operando a una temperatura que permita alcanzar la eliminación sustancialmente completa del agua de dicha mezcla acuosa orgánica, obteniendo:

{i} una fase orgánica que comprende !ípidos y dicho solvente orgánico, {ii) una fase semisólida que comprende un residuo de dicha biomasa alga!.

2, Procedimiento según la reivindicación 1 , en el que la suspensión acuosa de biomasa alga! deriva del cultivo de algas unicelulares {microalgas) , realizado en aguas residuales procedentes de aguas residuales industriales.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en e! que la suspensión acuosa de biomasa alga! se somete a espesamíento con el fín de obtener una concentración más alta de materia seca en dicha bíomasa alga!.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el qua la suspensión acuosa de biomasa alga! presenta una concentración de materia seca comprendida entre 2% en peso y 40% en peso respecto al peso total de la suspensión acuosa de bíomasa a!gal.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que la suspensión acuosa de biomasa algal presenta una concentración de materia seca comprendida entre 4°/o en peso y 25% en peso respecto al peso total de la suspensión acuosa de biomasa

alga!.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el solvente orgánico inmiscible con agua se selecciona de entre: hidrocarburos alifátícos, presentando dichos hidrocarburos aJífáticos un punto de ebullición superior a 1002C, tales como n~octano, nonano, decano o mezclas de !os mismos; hidrocarburos aromáticos tales como isómeros de xi!eno, tolueno, benceno, clorobenceno o mezclas de los mismos; fracciones de refinería que comprenden: (a) mezclas de dichos hidrocarburos alifáUcos, presentando dichas mezclas un punto de ebullición superior a 1QOilC, (b) mezclas de dichos hidrocarburos aromáticos, (e} mezclas de dichos hidrocarburos alifátícos y aromáticos, o mezclas de los mismos.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que el solvente orgánico inmiscíble en agua se selecciona de entre n~octano, xileno o mezclas de los mismos.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el solvente orgánico sustancialmente inmiscib!e con agua se selecciona de entre ésteres tales como acetato de etilo, acetato de isopropi!o, acetato de n~butilo o mezclas de !os mismos; cetonas que presentan un punto de ebullíción superior a 1 QQ!!C tales como pentanona, hexanona o mezclas de !os mismos, o mezclas de los mismos.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que el solvente orgánico sustancíalmente inmiscib!e con agua es acetato de etilo.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la proporción entre la concentración de materia seca en la suspensión acuosa de biomasa alga! y el volumen de solvente orgánico está comprendida entre 1:1 y 1:80.

11. Procedimiento según la reivindicación 1O, en e! que la proporción entre la concentración de materia seca en la suspensión acuosa de bíomasa alga! y el volumen de solvente orgánico está comprendida entre 1:3 y 1 :70.

que la evaporación del agua y la extracción de los lípídos se llevan a cabo:

bajo una presión atmosférica, a 1 OOºC, en el caso de que la temperatura de

5 ebullición de dicho solvente orgánica sea superior a 1002C, o a la temperatura de ebullición del azeótropo de bajo punto de ebullición, en el caso de que dicho solvente orgánico forme un azeótropo de bajo punto de ebullición con agua.

1 O 13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la evaporación del agua y !a extracción de los lípidos se llevan a cabo durante un periodo de tiempo de entre 30 minutos y 5 horas.

15 14. Procedimiento según la reivindicación 13, en el que la evaporación del agua y la extracción de los Hpidos se llevan a cabo durante un periodo de tiempo de entre 1, 5 y 3, 5 horas.

20 15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que !a fase orgánica (i) que comprende Upidos y un solvente orgánico se somete a evaporación con el fin de recuperar el solvente orgánico, que se reutiliza en el procedimiento anteriormente indicado y los lipidos extraídos.

25 16. Procedimiento según al reivindicación 15. en el que los lípídos se someten a esterifícación en presencia de un alcohol que presenta entre 1 y 4 átomos de carbono y de un catalizador ácido con el fin de producir glicerol y ésteres de alquilo (biodiésel) .

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19. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha fase semisólida (ii) que comprende un residuo de la biomasa alga! se somete a piró!isis con el fin de obtener aceites pirolíticos.