Cepa microbiana Terribacillus SP-AE2B 122 con capacidad para llevar a cabo reacciones de transesterificación y usos de la misma.

Cepa Microbiana Terribacillus SP. AE2B 122 con capacidad para llevar a cabo reacciones de transesterificación y usos de la misma.

La presente invención se refiere a una cepa bacteriana del género Terribacillus, denominada Terribacillus sp. AE2B 122 con capacidad de llevar a cabo reacciones de transesterificación y el uso de la misma, o del sobrenadante obtenido a partir de su cultivo, en la producción de biodiesel. Esta cepa ha demostrado tener una alta capacidad para la producción de biodiesel, que se refleja en los altos valores de conversión de aceites a diglicéridos y esteres de ácido grasos, los cuales alcanzan el 100%. Es destacable también el hecho de que el sobrenadante obtenido a partir del cultivo de dicha cepa bacteriana es estable tras varios ciclos de transesterificación. Asimismo, la invención también se refiere a un método para seleccionar una cepa microbiana con capacidad de llevar a cabo reacciones de transesterificación.

CEPA MICROBIANA TERRIBACILLUS SP. AE2B 122 CON CAPACIDAD PARA LLEVAR A CABO REACCIONES DE TRANSESTERIFICACIÓN Y USOS DE LA

MISMA

La presente invención se refiere a una cepa microbiana del género Terríbacillus denominada Terribacillus sp. AE2B 122 con capacidad de llevar a cabo reacciones de transesterificación y el uso de la misma en la producción de biodiesel. Asimismo, la invención también se refiere a un método para obtener una cepa microbiana con capacidad de llevar a cabo reacciones de transesterificación. Por lo tanto, la invención es de utilidad en el campo de la microbiología industrial, más en particular, en el sector de la producción de biocombustibles.

ESTADO DE LA TÉCNICA

La búsqueda de nuevas fuentes de energías alternativas, sostenibles y renovables está adquiriendo una gran importancia en los últimos años como nueva rama de investigación debido, entre otras razones, al incremento del precio del barril de petróleo y al previsto desabastecimiento en las próximas décadas. El biodiesel se presenta como una alternativa prometedora al gasóleo, dentro del campo de los biocarburantes debido a sus ventajas con respecto al diesel derivado del petróleo. Es renovable, puede ser utilizado en cualquier motor diesel con un rendimiento energético similar sin que sea necesario ningún tipo de modificación de la infraestructura ya existente y, además, protege el medio ambiente debido a su alto contenido en oxígeno, ausencia de hidrocarbonos aromáticos, y reducida cantidad de monóxido de carbono y dióxido de sulfuro en sus emisiones por combustión.

Están descritos diversos métodos de producción de biodiesel a partir de aceites vegetales, aceites residuales de la industria alimentaria y de grasas animales, usándose por separado o mezclados, por microemulsión, pirólisis y transesterificación. La producción de biodiesel, a nivel industrial, se realiza

mediante un proceso químico consistente en una metanólisis de aceites utilizando catalizadores químicos alcalinos (KOH y NaOH).

La metanólisis química a nivel industrial es un proceso económico que ofrece elevada conversión de producto con reducido tiempo de reacción, sin embargo conlleva varios inconvenientes:

(1) el elevado consumo de energía;

(2) la glicerina, producto secundario de la reacción, está contaminando al catalizador;

(3) tanto la utilización de álcalis como inductores implica que el alcohol y los glicéridos deben ser anhidros para evitar reacciones de saponificación.

(4) Además debe evitarse que se produzcan reacciones de neutralización de ácidos grasos libres.

Debido a estos inconvenientes, el desarrollo de nuevas tecnologías alternativas para la producción de biodiesel, innovadoras, competitivas y respetuosas con el medio ambiente es una línea de investigación fundamental en nuestro tiempo. La principal línea consiste en el desarrollo de procesos biocatalíticos, que permitan que la "biotecnología enzimática blanca" se introduzca en el sector industrial energético.

Usando procesos biocatalíticos, la producción de biodiesel podría abaratarse, ya que se podrían utilizar aceites usados, los cuales contienen mayor cantidad de agua y son más baratos. Además, podría permitir reducir el consumo de energía necesario para el proceso, contribuyendo así no solo a reducir los costes sino también contribuyendo a que sea un proceso más sostenible.

Hoy en día, la catálisis usada a partir del proceso de transesterificación es química, debido a su alta eficiencia de conversión con bajo coste, pero implica complejas operaciones como tratamiento de agua contaminada y recuperación de ésteres de biodiesel. Recientemente, la aplicación de técnicas de transesterificación biocatalítica usando lipasas se presenta como un método más

ecológico y que requiere menor gasto energético, con rangos de conversión que exceden el 90%.

El biocombustible producido por la actividad de microorganismos está relacionado con levaduras, hongos, bacterias y microalgas. Su producción presenta ventajas tales como que el cultivo de microorganismos es de corta duración, requiere poco mantenimiento, no se ve afectado por el clima ni las estaciones y su crecimiento se puede incrementar con facilidad.

Las lipasas procedentes de bacterias y hongos son las más usadas comúnmente para la transesterificación, y los parámetros óptimos para su uso específico dependen de su origen y formulación.

Por tanto, la transesterificación en la producción de biodiesel está siendo estudiada en distintas condiciones y a partir de diversos microorganismos. Por ejemplo, Candida antartica es eficiente para la transesterificación con alcoholes secundarios (61% - 83 % de conversión) como iso-propanol y 2-butanol, mientras que Mucor miehei lo es con alcoholes primarios de cadena corta (95% conversión) como metanol, etanol, propanol y butanol en presencia de hexano como solvente. Sin embargo, en ausencia de solvente, ambos alcoholes bajan su conversión, siendo el metanol el menos eficiente, disminuyendo hasta un 19,4%, lo que se atribuye a la inhibición de la enzima por el metanol. Existen conversiones del aceite de soja del 67% y el 65%, con metanol y etanol respectivamente, usando Pseudomonas flourescens. Con esta misma bacteria, utilizando otro tipo de aceites vegetales se han obtenido rendimientos más elevados, como es el caso del aceite de Jatropha con un resultado del 72% de conversión. Pseudomonas cepacia con metanol en este aceite presenta una conversión de hasta el 98%.

La transesterificación con etanol se ha llevado a cabo usando M. miehi, C. antartica y P. cepacia, respectivamente, obteniendo conversiones por encima del 80%. El iso-propanol también ha sido propuesto como aceptor acilo en la transesterificación de distintos aceites obteniendo conversiones mayores al 91%.

Otra estrategia es el uso de aceptores acilos no alcohólicos, los cuales aumentan la eficiencia de transesterificación. Ejemplo de esto son el uso de metil acetato, el cual ni en proporciones 12:1 de metil acetato:aceite produce inhibición de la enzima, mientras que el metanol ya en proporción 1:1 causa inhibición. El efecto inhibidor se debe, en parte, al glicerol, que es un producto secundario de la reacción. Por eso, se ha recomendando la eliminación in situ de éste mediante diálisis, además de la adición progresiva del metanol. La eliminación del glicerol por costosos procedimientos es también posible usando un proceso de adición progresiva de iso-propanol.

La glicerina se genera en grandes cantidades como co-producto del proceso de obtención de biodiesel. Actualmente, una de las preocupaciones más importantes es como dar salida a este subproducto que está causando un gran impacto a nivel económico y medioambiental en la refinería industrial. (Thompson, J C y He, B B, 2006, American Society of Agricultural and Biological Engineers, 22(2): 261-265).

Por lo tanto, existe en el estado de la técnica la necesidad de proporcionar un nuevo procedimiento de obtener biodiesel, no contaminante, con altos valores de conversión de aceite a biodiesel, aumentando el rendimiento y bajando el coste de producción.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Los inventores de la presente invención han identificado una cepa microbiana, en particular, la cepa bacteriana Terribacillus sp. AE2B 122, depositada en la Colección Española de Cultivos Tipo (CECT) con el número de registro 8231 (con fecha de depósito 20.11.2012), que tiene la capacidad de llevar a cabo reacciones de transesterificación a partir de aceites, lo que permite, entre otros usos, la producción de biodiesel.

Esta cepa microbiana fue aislada a partir de muestras de suelo de una almazara (Ejemplo 1), y su empleo en la producción de biodiesel se comprobó midiendo la conversión del aceite de girasol a ésteres de ácidos grasos por el sobrenadante

obtenido a partir del cultivo de la misma (Ejemplos 3 y 4). Los resultados mostraron una conversión del 100% y una selectividad de hasta el 96,5%.

Así, en base a la capacidad de esta bacteria de llevar a cabo reacciones de 5 transesterificación, se han desarrollado una serie de aspectos inventivos que serán explicados en detalle a continuación.

Método de obtención de la cepa bacteriana de la invención

En un aspecto, la invención se relaciona con un método para seleccionar una cepa microbiana con capacidad de llevar a cabo reacciones de transesterificación, de aquí en adelante, método de selección de la invención, que comprende las siguientes etapas:

a) cultivar cepas microbianas en un medio de cultivo sólido suplementado con

un sustrato lipídico,

b) seleccionar aquellas... [Seguir leyendo]

1. Método para seleccionar una cepa microbiana con capacidad de llevar a cabo una reacción de transesterificación que comprende las siguientes etapas:

a) cultivar cepas microbianas en un medio de cultivo sólido suplementado con

un sustrato lipídico,

b) seleccionar aquellas cepas microbianas que produzcan la hidrólisis del sustrato lipídico,

c) cultivar las cepas microbianas seleccionadas de la etapa (b) en un medio de cultivo líquido y extraer el sobrenadante,

d) incubar el sobrenadante extraído en la etapa (c) en una solución que comprende como sustrato un derivado de la serie de los para-nitrofenoles, en las condiciones adecuadas para llevar a cabo dicha reacción de transesterificación, y

e) detectar la presencia de para-nitrofenol.

2. Método según la reivindicación 1, en el que el medio de cultivo líquido de la etapa (c) está suplementado con un sustrato lipídico.

3. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el que el sustrato lipídico es tributirina.

4. Método según la reivindicación 1 a 3, en el que el derivado de la serie de los para-nitrofenoles es para-nitrofenolpalmitato.

5. Cepa microbiana identificada mediante el método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.

6. Cepa según la reivindicación 5, caracterizada porque pertenece al género Terribacillus.

7. Cepa microbiana con capacidad de llevar a cabo reacciones de transesterificación depositada en la Colección Española de Cultivos Tipo (CECT) con el n° de registro 8231.

8. Un sobrenadante obtenido a partir del cultivo de una cepa microbiana según

la reivindicación 5 ó 6, o de una cepa microbiana según la reivindicación 7.

9. Sobrenadante según la reivindicación 8, en el que el sobrenadante está concentrado y/o dializado.

10. Sobrenadante según la reivindicación 8 ó 9, en el que el sobrenadante está liofilizado.

11. Uso de una cepa bacteriana según la reivindicación 5 ó 6, de una cepa

microbiana según la reivindicación 6, o del sobrenadante según cualquiera de

las reivindicaciones 8 a 10 para la producción de biodiesel.

12. Uso según la reivindicación 11, en la que la producción de biodiesel se realiza a partir de aceites o grasas.

13. Uso según la reivindicación 12, en el que el aceite es aceite vegetal.

14. Uso según la reivindicación 13, en el que el aceite vegetal es aceite de girasol.

15. Método para obtener biodiesel que comprende las siguientes etapas:

a) obtener el sobrenadante resultante de cultivar una cepa microbiana según la reivindicación 5 ó 6, o una cepa microbiana según la reivindicación 7 en presencia de un sustrato lipídico,

b) poner el sobrenadante obtenido en la etapa a) en contacto con aceites o

grasas, en condiciones adecuadas para llevar a cabo una reacción de transesterificación y, opcionalmente c) extraer el biodiesel obtenido en la etapa (b).

16. Método según la reivindicación 15, que comprende entre las etapas (a) y (b), la concentración, dialización y/o liofilización del sobrenadante.

17. Método según la reivindicación 16, en el que las condiciones de la reacción de transesterificación comprenden:

- entre 20o- 45°C ,

- durante 1-72 horas,

- a 100-350 rpm,

- con 4-8 ml_ de aceite,

- 1,5-2 mL de etanol absoluto y

- 0,005-0,075 mL de disolución acuosa de NaOH o KOH como inductor.

18. Método según la reivindicación 17, en el que las condiciones de la reacción de transesterificación son:

- a 37°,

- durante 24 horas,

- a 300 rpm,

- con 6 mL de aceite,

- 1,75 mL de etanol absoluto y

- 0,05 mL de disolución acuosa de NaOH 10N como inductor.

19. Método de obtención de biodiesel según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 18 en la que el aceite es aceite vegetal.

20. Método de obtención de biodiesel según la reivindicación 19, en la que el aceite vegetal es aceite de girasol.

21. Kit que comprende una cepa microbiana según la reivindicación 5 ó 6, una cepa microbiana según la reivindicación 7, o un sobrenadante según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10.

22. Kit según la reivindicación 21 que comprende, además, un aceite, un alcohol y/o un inductor.

23. Kit según la reivindicación 22, en el que el aceite es aceite vegetal, 5 preferentemente, aceite de girasol.

24. Kit según cualquiera de las reivindicaciones 22 ó 23, en el que el alcohol es etanol.

25. Kit según cualquiera de las reivindicaciones 22 a 24, en el que es inductor es

una disolución acuosa de NaOH o KOH 10N.

26. Uso de un kit según cualquiera de las reivindicaciones 21 a 25 para la producción de biodiesel.