Un proceso para la síntesis enzimática de ésteres de alquilo de ácidos grasos.

Un proceso seleccionado entre:

(A) un proceso para la transesterificación/esterificación de una fuente de ácidos grasos con un alcohol,

para formar ésteres de alquilo de ácidos grasos, que comprende hacer reaccionar la fuente de ácidos grasos mencionada y un alcohol o un dador de alcohol en presencia de una preparación de lipasa inmovilizada, en el que la preparación de lipasa inmovilizada comprende al menos una lipasa inmovilizada sobre un soporte poroso hidrofóbico y el medio de reacción contiene una solución tampón alcalina acuosa; y

(B) un proceso para la transesterificación/esterificación de una fuente de ácidos grasos seleccionada entre triglicéridos, diglicéridos, monoglicéridos y una mezcla de los mismos, comprendiendo además dicha mezcla opcionalmente ácidos grasos libres, con un alcohol, para formar ésteres de alquilo de ácidos grasos, que comprende hacer reaccionar la fuente de ácidos grasos mencionada y un alcohol en presencia de una preparación de lipasa inmovilizada, en el que la preparación de lipasa inmovilizada comprende al menos una lipasa inmovilizada sobre un soporte poroso hidrofóbico y en el que se añade agua a dicha fuente de ácidos grasos o al medio de reacción.

Un proceso para la síntesis enzimática de ésteres de alquilo de ácidos grasos Campo de la invención Se desvela un proceso enzimático para la producción de ésteres de alquilo de ácidos grasos para uso en las industrias de biocombustibles, alimentos y detergentes. En este proceso, una fuente de ácidos grasos y un alcohol o dador de alcohol se hacen reaccionar en presencia de enzimas inmovilizadas en una resina hidrofóbica, en presencia de un tampón acuoso alcalino o agua. El proceso desvelado puede funcionar de forma discontinua o continua usando un tanque agitado continuo o reactores de columna de lecho empaquetado.

Antecedentes de la invención La inmovilización de enzimas se ha descrito mediante un gran número de técnicas que básicamente tienen como objetivo reducir la contribución de las enzimas al coste en el proceso enzimático global; facilitar la recuperación de enzimas de los productos; y permitir el funcionamiento continuo del proceso.

En general, las técnicas de inmovilización se dividen de acuerdo con lo siguiente:

1. Adsorción física de enzimas a soportes sólidos, tales como sílice y polímeros insolubles.

2. Adsorción sobre resinas de intercambio iónico.

3. Unión covalente de enzimas a un material de soporte sólido, tal como soportes inorgánicos o poliméricos epoxidados.

4. Inmovilización de enzimas en un polímero en crecimiento.

5. Confinamiento de enzimas en un reactor de membrana o en geles semipermeables.

6. Reticulación de cristales (CLECS) o agregados (CLEAS) de enzimas.

Todos los procedimientos de inmovilización de enzimas que se han mencionado anteriormente comprenden las siguientes etapas:

1. Disolver la enzima en un sistema tampón apropiado con respecto al pH, temperatura, tipo de sales tampón y fuerza iónica.

2. Añadir el soporte sólido en la solución de enzimas y mezclar durante algún tiempo hasta que las moléculas de enzimas se inmovilicen sobre el soporte sólido.

3. Separar por filtración el soporte sólido que contiene la enzima inmovilizada.

4. Lavar el soporte con un tampón apropiado para eliminar las moléculas de enzimas unidas de forma laxa y a continuación secar el soporte sólido.

Las enzimas interfaciales, en su mayoría lipasas, se han inmovilizado siguiendo las técnicas que se han mencionado anteriormente. Estas preparaciones de enzimas inmovilizadas ofrecidas poseen una baja actividad sintética y/o tiempo de vida media de funcionamiento corto. En un intento para aumentar la actividad sintética y la estabilidad de las lipasas inmovilizadas y otras enzimas interfaciales, se han aplicado diferentes métodos de activación. Estos métodos incluyen:

1. Unir los grupos funcionales de la superficie de las enzimas con restos hidrofóbicos tales como ácidos grasos o polietilenglicol.

2. Revestir la superficie de las enzimas con agentes tensioactivos, tales como ésteres de ácidos grasos de poliol.

3. Poner en contacto las enzimas con soportes hidrófobos, por lo general de polipropileno, que se han tratado previamente con disolventes hidrofílicos, tales como etanol o iso-propanol.

Ninguno de los métodos mencionados anteriormente proporcionó resultados satisfactorios con respecto a la estabilización y a la eficacia del coste de las enzimas interfaciales inmovilizadas, para realizar conversiones inversas enzimáticas en cantidades industriales. Además, se ha informado de que la mayoría de las enzimas, cuando se inmovilizan de acuerdo con los procedimientos que se han mencionado anteriormente, pierden una parte significativa de su actividad sintética o no presentan su producción de actividad completa debido a determinadas restricciones impuestas por el procedimiento de inmovilización, o debido a la presencia de determinados inhibidores de la enzima en el medio de reacción.

Otro inconveniente principal de lipasas y fosfolipasas es su baja tolerancia a los sustratos hidrofílicos, en particular alcoholes de cadena corta y ácidos grasos de cadena corta (por debajo de C4) . En muchos estudios de investigación se ha observado que alcoholes de cadena corta y ácidos grasos de cadena corta, tales como metanol y ácido acético, respectivamente, son responsables de la separación de las moléculas de agua esenciales de la estructura cuaternaria de esas enzimas, lo que lleva a su desnaturalización y, en consecuencia, a la pérdida de su actividad catalítica. Este inconveniente ha excluido la aplicación de lipasas para la producción de cantidades comerciales de "biodiesel" de ésteres de metilo de ácidos grasos que usan triglicéridos de aceite y metanol como sustratos.

Un inconveniente adicional del uso de lipasas inmovilizadas para la transesterificación/esterificación de una fuente de ácidos grasos con un alcohol libre es la acumulación de los productos secundarios de glicerol y agua formados en el biocatalizador y por lo tanto la exclusión de los sustratos al libre acceso al sitio activo de la enzima inmovilizada. Dichos biocatalizadores generalmente pierden su rendimiento catalítico después de unos pocos ciclos cuando se usa el mismo lote de biocatalizador.

Los presentes inventores han desarrollado preparaciones especiales de enzimas inmovilizadas, que presentan buena estabilidad a lo largo de muchos ciclos de producción, con actividad persistente. Ejemplos de dichas preparaciones de enzimas se desvelan, entre otros, en el documento WO/2008/084470, el documento WO/2008/139455 y el documento WO2009/069116.

Las condiciones en las que se realiza la reacción catalítica, pueden afectar de forma adversa a la estabilidad y a la eficacia de las preparaciones de enzimas inmovilizadas. Es importante tener preparaciones de enzimas que mantengan la estabilidad y la actividad en las condiciones de reacción.

Estos y otros objetivos de la invención serán evidentes a medida que la descripción avanza.

Sumario de la Invención En una realización, la invención se refiere a un proceso para la transesterificación/esterificación de una fuente de ácidos grasos con un alcohol, para formar ésteres de alquilo de ácidos grasos, que comprende hacer reaccionar una fuente de ácidos grasos y un alcohol o un dador de alcohol en presencia de una preparación de lipasa inmovilizada, en el que la preparación de lipasa inmovilizada comprende al menos una lipasa inmovilizada sobre un soporte poroso hidrofóbico y el medio de reacción contiene una solución tampón alcalina acuosa.

La solución tampón alcalina acuosa mencionada puede ser una solución tampón alcalina acuosa moderada. La solución tampón alcalina acuosa mencionada puede estar contenida en la mezcla de reacción en una cantidad de hasta un 5 % en peso de la fuente de ácidos grasos. La solución tampón acuosa puede tener un pH de 7 a aproximadamente 11, por ejemplo, uno cualquiera de 7-8, 5, 7-9, 7-9, 5, 7-10 y 7-11. El pKa del reactivo alcalino moderado complementado que forma la solución tampón es mayor o igual que el pKa de los ácidos que forman la fuente de ácidos grasos En otra realización, la invención se refiere a un proceso para la transesterificación/esterificación de una fuente de ácidos grasos con un alcohol, para formar ésteres de alquilo de ácidos grasos, que comprende hacer reaccionar una fuente de ácidos grasos y un alcohol en presencia de una preparación de lipasa inmovilizada, en el que la preparación de lipasa inmovilizada comprende al menos una lipasa inmovilizada sobre un soporte poroso hidrofóbico y el medio de reacción contiene agua. El agua está en forma de una solución acuosa con un pH de 3 a 11. El medio de reacción puede contener el agua o la solución acuosa a un 5 % en peso de la fuente de ácidos grasos.

En todas las realizaciones y aspectos de la invención, el alcohol puede ser un alcohol de cadena corta, por ejemplo, alcohol de alquilo C1-C6, más específicamente alcohol de alquilo C1-C4, particularmente metanol o etanol. Cuando dicho alcohol es metanol, dichos ésteres de ácidos grasos resultantes son ésteres de metilo de ácidos grasos (FAME - Biodiesel) . El alcohol también puede ser un alcohol graso de cadena media (C6-C10) o alcoholes grasos de cadena larga (C12-C22) . El dador de alcohol puede ser un éster de monoalquilo o un carbonato de dialquilo, tal como carbonato de dimetilo o carbonato de dietilo En todas las realizaciones y aspectos de la invención, dicha lipasa inmovilizada es capaz de catalizar la esterificación de ácidos grasos libres para producir ésteres de alquilo de ácidos grasos y agua como producto secundario, y la transesterificación de triglicéridos y glicéridos parciales para producir ésteres de alquilo de ácidos grasos y glicerol como producto secundario.

1. Un proceso seleccionado entre:

(A) un proceso para la transesterificación/esterificación de una fuente de ácidos grasos con un alcohol, para formar ésteres de alquilo de ácidos grasos, que comprende hacer reaccionar la fuente de ácidos grasos mencionada y un alcohol o un dador de alcohol en presencia de una preparación de lipasa inmovilizada, en el que la preparación de lipasa inmovilizada comprende al menos una lipasa inmovilizada sobre un soporte poroso hidrofóbico y el medio de reacción contiene una solución tampón alcalina acuosa; y

(B) un proceso para la transesterificación/esterificación de una fuente de ácidos grasos seleccionada entre triglicéridos, diglicéridos, monoglicéridos y una mezcla de los mismos, comprendiendo además dicha mezcla opcionalmente ácidos grasos libres, con un alcohol, para formar ésteres de alquilo de ácidos grasos, que comprende hacer reaccionar la fuente de ácidos grasos mencionada y un alcohol en presencia de una preparación de lipasa inmovilizada, en el que la preparación de lipasa inmovilizada comprende al menos una lipasa inmovilizada sobre un soporte poroso hidrofóbico y en el que se añade agua a dicha fuente de ácidos grasos o al medio de reacción.

2. El proceso de la reivindicación 1, que es el proceso (A) y en el que la solución tampón acuosa tiene un pH de 7 a aproximadamente 11.

3. El proceso de la reivindicación 1, que es el proceso (B) y en el que el agua está en forma de una solución acuosa con un pH de 3 a 11.

4. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho alcohol es un alcohol de cadena corta; o en el que dicho dador de alcohol es un éster de monoalquilo, tal como acetato de metilo o un carbonato de dialquilo, tal como carbonato de dimetilo, que también sirve como una fuente de reactivo alcalino moderado en el medio de reacción.

5. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicha al menos una lipasa es una lipasa derivada de una cualquiera de Rhizomucor miehei, Pseudomonas sp., Rhizopus niveus, Mucor javanicus, Rhizopus or y zae, Aspergillus niger, Penicillium camembertii, Alcaligenes sp., Acromobacter sp., Burkholderia sp., Thermomyces lanuginosa, Chromobacterium viscosum, Candida antarctica B, Candida rugosa, Candida antarctica

A, semillas de papaya y pancreatina.

6. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicha al menos una lipasa inmovilizada es capaz de catalizar la esterificación de ácidos grasos libres para producir ésteres de alquilo de ácidos grasos y agua como producto secundario, y la transesterificación de triglicéridos y glicéridos parciales para producir ésteres de alquilo de ácidos grasos y glicerol como producto secundario.

7. El proceso de la reivindicación 1 o 2, en el que proceso es el proceso (A) , o el proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, en el que dicha preparación de lipasa comprende al menos dos lipasas que pueden estar cada una inmovilizada separadamente sobre un soporte hidrofóbico o coinmovilizada sobre el mismo soporte hidrofóbico, y en el que dichas al menos dos lipasas poseen regioespecificidad idéntica o diferente.

8. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho soporte es uno cualquiera de soporte a base de polímero alifático hidrofóbico y soporte a base de polímero aromático hidrofóbico.

9. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que dicho soporte es soporte inorgánico poroso o no poroso, que puede ser hidrofóbico o está revestido con material orgánico hidrofóbico.

10. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que dicha fuente de ácidos grasos es una cualquiera de aceite vegetal, grasa animal, aceite de algas, aceite de pescado, aceite usado, grasa quemada y cualquier mezcla de los mismos.

11. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicha fuente de ácidos grasos comprende ácidos grasos libres, mono-, di- o triglicéridos, sus mezclas en cualquier relación, ésteres de ácidos grasos y amidas, en ausencia o presencia de otros derivados de ácidos grasos secundarios tales como fosfolípidos y ésteres de esterol, dicha fuente de ácidos grasos está sin refinar, refinada, blanqueada, desodorizada o cualquiera de sus combinaciones.

12. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho alcohol es metanol y dichos ésteres de ácidos grasos resultantes son ésteres de metilo de ácidos grasos (FAME - Biodiesel) , o en el que dicho alcohol es un alcohol graso de cadena media (C6-C10) o alcohol graso de cadena larga (C12-C22) .

13. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicha lipasa inmovilizada se usa en reactores de tanque agitado continuo o en reactores de columna de lecho empaquetado que funcionan en modos discontinuo o continuo.

14. Un sistema que es:

(A) un sistema para la transesterificación/esterificación de una fuente de ácidos grasos con un alcohol, para formar ésteres de alquilo de ácidos grasos, que comprende:

un recipiente de reacción para hacer reaccionar un medio de reacción que incluye la fuente de ácidos grasos mencionada y al menos uno de un alcohol y un dador de alcohol en presencia de una preparación de lipasa inmovilizada, en el que la preparación de lipasa inmovilizada comprende al menos una lipasa inmovilizada sobre un soporte poroso hidrofóbico y el medio de reacción contiene una solución tampón alcalina acuosa; o (B) un sistema para la transesterificación/esterificación de una fuente de ácidos grasos seleccionada entre triglicéridos, diglicéridos, monoglicéridos y cualquier mezcla de los mismos, comprendiendo además dicha mezcla opcionalmente ácidos grasos libres, con un alcohol, para formar ésteres de alquilo de ácidos grasos, que comprende:

un recipiente de reacción para hacer reaccionar un medio de reacción que incluye la fuente de ácidos grasos mencionada y al menos uno de un alcohol y un dador de alcohol en presencia de una preparación de lipasa inmovilizada, en el que la preparación de lipasa inmovilizada comprende al menos una lipasa inmovilizada sobre un soporte poroso hidrofóbico y en el que se añade agua a dicha fuente de ácidos grasos o al medio de reacción.

15. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, realizado en un sistema tal como se define en la reivindicación 14.