Procedimiento de producción de biocombustibles y co-productos alimentarios empleando extractos de cultivo de microalgas.

Procedimiento de producción de biocombustibles y co-productos alimentarios empleando extractos de cultivo de microalgas.

La presente invención se refiere a un procedimiento de producción de biocombustibles y co-productos alimentarios el cual, gracias a la adición de extractos de cultivos de microalgas, consigue optimizar la producción del biocombustible, en términos de tiempo y rendimiento, y mejorar la composición proteica de sus co-productos útiles en la industria alimentaria, en comparación con los métodos similares de producción de biocombustibles y co-productos que no utilizan extractos de cultivos de microalgas.

Procedimiento de producción de biocombustibles y co-productos alimentarios empleando extractos de cultivo de microalgas.

La presente invención se encuadra en el campo de los biocombustibles, específicamente se refiere a un procedimiento de producción de biocombustibles, preferiblemente de etanol o bioetanol, y co-productos alimentarios a partir de biomasa vegetal fermentable, en el cual se emplea un extracto de un cultivo de microalgas de manera previa o posterior al proceso fermentativo.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Convencionalmente, el etanol se produce por un proceso de síntesis química en el que éste es sintetizado a partir de fuentes fósiles, como carbón o petróleo, vía etileno; o bien por un proceso de fermentación a partir de biomasa, como la caña de azúcar, el maíz o el almidón, gracias a la acción de microorganismos tales como las levaduras. En líneas generales, esta última vía de producción de etanol consiste en un proceso biológico de producción de CO2, etanol y un co-producto rico en proteínas y valorizable como pienso animal (DDGs, del inglés “Dried Distillers Grains with Solubles”) .

Actualmente, se ha venido desarrollando la tecnología de producción de microalgas para biocombustibles, en menor medida bioetanol (EP0645456, WO2008105618) . Así, se han propuesto algunos procesos para la producción de etanol que utilizan almidón procedente de microalgas como material de partida. Algunas de estas microalgas contienen gran cantidad (más del 50% en peso seco) de almidón y glucógeno y, por tanto, son útiles como material de partida para la producción de etanol, por ejemplo, aquellas pertenecientes a los géneros Chlorella, Dunaliella, Chlamydomonas, Scenedesmus o Spirulina.

Según la bibliografía, la producción de etanol utilizando el almidón procedente de microalgas como material de partida se lleva a cabo según el siguiente procedimiento: en un primer paso, se cultiva fotoautotróficamente la microalga en presencia de luz de manera que ésta asimila el CO2 por fotosíntesis, o se cultiva heterotróficamente en oscuridad y en presencia de materiales orgánicos tales como azúcares y ácidos orgánicos. En un segundo paso, ya que la microalga almacena almidón u otros polisacáridos fermentables en el interior de las células durante su crecimiento, este almidón se libera de las mismas con ayuda de medios mecánicos, tales como ultrasonidos o desintegración, o mediante el uso de enzimas para disolver las paredes celulares. Posteriormente, el almidón se separa por extracción con agua o con un solvente orgánico. En un tercer paso, el almidón separado por extracción se hidroliza a glucosa por medio de enzimas amilasas sacarogénicas. Finalmente, esta glucosa es fermentada por la adición de levaduras capaces de llevar a cabo una fermentación alcohólica y así la glucosa se convierte en etanol.

No obstante, continúa existiendo la necesidad de desarrollar procesos de producción de etanol útil como biocombustible, y de sus co-productos alimentarios, más eficientes a nivel industrial que, por ejemplo, supongan una mejora, en términos de tiempo y rendimiento, en las fermentaciones etanologénicas a partir de cereal y/o en la valorización o enriquecimiento de sus co-productos útiles en alimentación.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención proporciona un procedimiento de producción de un biocombustible, preferiblemente etanol, y co-productos alimentarios, de ahora en adelante “procedimiento de la invención”, el cual, gracias a la adición de extractos de cultivos de microalgas, consigue optimizar los procesos de producción industrial de biocombustibles, preferiblemente etanol, por fermentación, en términos de tiempo y rendimiento, y mejorar la composición proteica de sus co-productos útiles en la industria alimentaria.

Como se verá en los ejemplos, el procedimiento de la invención supone una mejora de los tiempos y rendimientos de la fermentación de biomasa vegetal fermentable para la producción de biocombustibles, como el etanol, en comparación con los procesos que no utilizan extractos de microalgas. Además, los co-productos alimentarios obtenidos en dicho proceso, preferiblemente DDGs, presentan un mayor contenido proteico, lo que les confiere un gran valor en la industria alimentaria.

Otras ventajas asociadas a dicho procedimiento son que las microalgas empleadas en el proceso se producen en cultivos fotoautótrofos, donde el CO2 se acaba asimilando gracias a la energía de la luz, lo cual supone una ventaja puesto que la emisión de CO2 en una planta de producción de biocombustibles, como por ejemplo etanol, puede reutilizarse introduciéndose de nuevo en el proceso como nutriente en el cultivo de la microalga. Además, integrar un cultivo de microalgas a una planta de biocombustibles reduce costes de instalación y operación del primero, ya que se aprovechan corrientes mayoritariamente compuestas por CO2 y, por tanto, el caudal de gases a impulsar es menor. Además, uno de los pasos más limitantes para la viabilidad de la producción de microalgas es su cosechado, sin embargo, con esta invención se reduce esta limitación al emplear extractos líquidos. Por otro lado, en el procedimiento de la presente invención las etapas de fermentación se aceleran alcanzando los mismos o mayores rendimientos que en procesos de producción de biocombustibles que no emplean extractos de microalgas. Esto supone la posibilidad de aumentar la capacidad de producción de las plantas ya en activo, sin modificación del proceso. Por otro lado, la producción de microalgas, al igual que ocurre con el resto de cultivos, es variable a lo largo del año pero en la presente invención, al integrar ambos procesos (producción de biocombustibles y cultivo de microalgas) , la planta puede mantener la producción de manera continuada. Además, las microalgas suponen al mismo tiempo una fuente de nitrógeno en las mezclas de reacción, reduciéndose por tanto el consumo de éste (urea) durante el procedimiento de producción del biocombustible. Otra ventaja adicional es que las plantas actuales de producción de biocombustibles, particularmente las de producción de bioetanol, tienen corrientes residuales o de bajo coste con contenidos en nitrógeno y fósforo, las cuales son nutrientes para las microalgas. Por último, los co-productos alimentarios, preferiblemente DDGs, obtenidos en la fermentación, al estar enriquecidos en microalgas, presentan mejores cualidades nutricionales.

Por todo ello, un primer aspecto de la invención se refiere a un procedimiento de producción de un biocombustible, preferiblemente etanol, y co-productos alimentarios a partir de biomasa vegetal fermentable,

“procedimiento de la invención”, que comprende:

a) preparar un medio acuoso que comprenda dicha biomasa,

b) hidrolizar y fermentar, de manera simultánea o secuencial, la biomasa comprendida en el medio acuoso del paso (a) , y

c) destilar los productos obtenidos en el paso (b) para obtener el biocombustible, preferiblemente etanol, y

co-productos alimentarios, caracterizado porque además comprende la adición, en cualquier paso previo o posterior a la etapa de fermentación, de un extracto de un cultivo de microalgas.

Un “biocombustible”, “biofuel” o “biocarburante” es un hidrocarburo, o una mezcla de los mismos, que puede ser

utilizado como combustible y que se obtiene empleando como material de partida biomasa fermentable. Ejemplos de biocombustibles son, aunque sin limitarnos, etanol o bioetanol, biodiesel o hidrobiodiesel. En una realización preferida de este aspecto de la invención, el biocombustible es etanol (bioetanol) .

Se entiende por “biomasa vegetal fermentable” toda aquella biomasa procedente de plantas o de partes de las mismas que acumula azúcares simples o polisacáridos, es decir, polímeros cuyos monómeros son monosacáridos unidos repetitivamente por enlaces glucosídicos y que pueden descomponerse, por hidrólisis de dichos enlaces glucosídicos entre residuos, en polisacáridos más pequeños, así como en disacáridos o monosacáridos. Ejemplos de este tipo de biomasa son, aunque sin limitarnos, troncos, ramas, tallos, frutos, restos y residuos vegetales, etc. Dicha biomasa puede proceder de, por ejemplo aunque sin limitarnos, recolección agrícola (como cañas, pastos, paja o granos, etc.) , trabajos silvícolas e industrias madereras (como ramas, cortezas, hojas, tocones, raíces, serrín, etc.) , o de restos agrícolas como el hueso de aceituna, cáscara de almendra, piñas, etc. En una realización preferida, la biomasa vegetal fermentable a la que se refiere la invención se selecciona de la lista que consiste... [Seguir leyendo]

Los co-productos de la sacarificación y fermentación simultánea de cereal y biomasa de Nannochloropsis gaditana en proporción 10:1 se analizaron nutricionalmente. Como puede verse en la figura 6, los porcentajes de proteína bruta, en base a la masa seca, aumentan del orden de un 3% como cabe esperar por la proporción empleada. Los aminogramas resultantes muestran que los co-productos del etanol obtenidos por la mezcla con Nannochloropsis mejoran además del contenido en proteína, el porcentaje de aminoácidos deficitarios en la mayoría de dietas basadas en cereal (ej. lisina, triptófano) y, por tanto, son valiosos para la formulación de piensos compuestos.

1. Procedimiento de producción de un biocombustible y co-productos alimentarios a partir de biomasa vegetal fermentable, que comprende:

a. preparar un medio acuoso que comprenda dicha biomasa,

b. hidrolizar y fermentar, de manera simultánea o secuencial, la biomasa comprendida en el medio acuoso del paso (a) , y

c. destilar los productos obtenidos en el paso (b) para obtener el biocombustible y co-productos

alimentarios, caracterizado porque además comprende la adición, en cualquier paso previo o posterior a la etapa de fermentación, de un extracto de un cultivo de microalgas.

2. El procedimiento según la reivindicación 1, donde la biomasa vegetal fermentable se selecciona de la lista que consiste en: biomasa rica en azúcares fermentables, biomasa amilácea o material lignocelulósico.

3. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, donde el extracto del cultivo de microalgas es líquido.

4. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde el extracto del cultivo de microalgas se añade al medio acuoso del paso (a) .

5. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que además comprende un paso de concentración de los co-productos alimentarios destilados en el paso (c) y donde el extracto del cultivo de microalgas se añade durante dicho paso de concentración o inmediatamente después del mismo.

6. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que además comprende un paso de cultivo de microalgas del cual procede el extracto del cultivo de microalgas.

7. El procedimiento según la reivindicación 6, donde el cultivo de microalgas utiliza el CO2, agua y otros nutrientes liberados en la etapa de fermentación del paso (b) .

8. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 6 ó 7, donde el cultivo de microalgas utiliza como nutriente el nitrógeno liberado en la etapa de destilación del paso (c) .

9. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, donde el extracto del cultivo de microalgas se obtiene a partir del procesado del cultivo de microalgas, y donde dicho procesado se selecciona de la lista que comprende: concentración, homogeneización o secado.

10. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, donde las microalgas se seleccionan de entre los géneros: Botr y ococcus, Neochloris, Nannochloropsis, Phorphyridium, Scenedesmus, Chlorella, Tetraselmis o Spirulina.

11. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde la biomasa vegetal fermentable es pretratada mediante molienda antes del paso (a) .

12. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que además comprende:

d. centrifugar los co-productos alimentarios destilados en el paso (c) ,

e. evaporar el producto obtenido en la centrifugación del paso (d) ,

f. secar el producto obtenido en el paso (e) , y

g. peletizar el producto obtenido en el paso (f) .

13. Co-producto alimentario obtenible mediante el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.

14. Producto alimentario que comprende el co-producto de la reivindicación 13.

15. Uso del co-producto de la reivindicación 13 para alimentación humana y/o animal.

FIG. 1 FIG. 2

FIG. 5

A

FIG. 6 (cont.)

B

D