Preparación enzimática de fibras vegetales.

Un método de extracción fibras de piel de líber de planta descortezada que comprende:

pretratar piel de líber de planta descortezada de una planta de fibra con una disolución acuosa que contiene citrato de trisodio que tiene un pH en un intervalo de 8 - 14 a una temperatura de 90 ºC o menos; y posteriormente las tratar fibras recuperadas con una proteasa a pH alcalino.

Preparación enzimática de fibras vegetales

Campo de la invención

La presente invención se refiere a procesos para preparar fibras vegetales.

Antecedentes de la invención

Históricamente, las fibras de cáñamo se han usado en la industria textil. Sin embargo, los recientes avances en los materiales compuestos permitieron que fibras renovables, por ejemplo, las de cáñamo, sustituyeran a las fibras de vidrio como refuerzos en materiales compuestos. Por tanto, el desarrollo de procedimientos para extraer fibras de cáñamo sin dañar su integridad facilitará su uso tanto en la industria textil como en biomaterial compuesto. Tal procedimiento sería preferentemente eficiente desde el punto de vista energético y evitaría el uso de agentes peligrosos y/o no biodegradables.

En el tallo de las plantas de fibra, tales como cáñamo, lino y yute, una capa similar a corteza que contiene fibras de líber rodea un núcleo leñoso o la madera del tronco. El descortezado, tanto manualmente como mecánicamente, es un proceso que puede dividir el tallo del cáñamo en una fracción de "corteza" de cáñamo y "madera de tallo" del cáñamo. La fracción de "madera del tallo" puede utilizarse para la fabricación de pasta química (Kortekaas 1998) . La "corteza" se usa para describir todos los tejidos externos del tallo, que incluyen las fibras de líber. Las fibras de líber o haces de fibras están rodeadas por pectina u otros materiales engomados.

Las fibras vegetales están compuestas de polisacáridos, principalmente celulosa. Esto es diferente de las fibras animales, tales como sedas de gusanos de seda y arañas, lana de ovejas u otro ganado peludo, que están constituidas de proteína.

Se requiere el aislamiento de fibra vegetal de la corteza descortezada antes de cualquier aplicación industrial. La extracción implica principalmente el desengomado, una eliminación de pectina de la fibra. La pectina es un polisacárido que es un polímero de ácido galacturónico. La pectina no es soluble en agua o ácido. Sin embargo, puede eliminarse por disoluciones alcalinas fuertes como sosa cáustica (hidróxido sódico concentrado) .

Métodos generales para el aislamiento de fibras limpias incluyen enriado al rocío, enriado al agua y procesos químicos y enzimáticos, con diversas modificaciones. Implica soltar o eliminar el pegamento que mantiene juntas las fibras. Los métodos tradicionales son enriado al agua o al rocío. En el enriado al rocío, las cañas se dejan yacer en el campo después de cortarlas. En algunas zonas del mundo, el cáñamo se enría al agua colocando haces de cañas en charcos o corrientes. Estos dos métodos de enriado (enriado limitado) dependen de la digestión de pectina por enzimas secretadas por microbios naturales. El proceso de enriado al agua tiene la desventaja de contaminar los canales o corrientes. El enriado al rocío requiere dos a seis semanas o más para completarse, y está muy afectado por el tiempo sin garantía de condiciones favorables.

El enriado con enzima implica la acción de la enzima pectinasa con o sin otras enzimas, como xilanasa y/o celulasa. Sin embargo, la aplicación práctica de tales enzimas para el aislamiento de fibra de cáñamo sigue estando en fase 45 experimental.

Hoy en día, el procedimiento industrial común es el enriado químico que implica productos químicos peligrosos agresivos como ceniza de sosa, sosa cáustica y ácido oxálico, frecuentemente a temperatura alta de 160 ºC a varias presiones atmosféricas.

Se conocen en la técnica diversos procesos de enriado. Clarke et al. (Clarke 2002) describen un proceso de eliminación de pectina o materiales engomados de piel de líber descortezada para dar fibras individuales colocando la piel de líber (con o sin remojo en una disolución de enzima en un proceso de pretratamiento) en un recipiente impermeable al gas cerrado tal como una bolsa de plástico. Los microbios productores de enzima naturales para la 55 piel de líber se desarrollarán sobre los nutrientes iniciales liberados por el pretratamiento con enzima y acabarán el proceso de enriado en este entorno cerrado. Clarke también describe un proceso de pretratamiento alternativo que implica productos químicos en lugar de enzimas, y esto incluye sosa cáustica, ceniza de sosa, silicato de sodio, ácido oxálico y ácido etilendiaminatetraacético (EDTA) .

Así, existe la necesidad de un proceso más suave y eficaz para aislar fibras de cáñamo que implique agentes respetuosos con el medioambiente y/o biodegradables. También es una cuestión de si la pectina es el único objetivo del desengomado. La eliminación de materias engomadas distintas del objetivo primario, la pectina, puede ofrecer la oportunidad de dar fibras de cáñamo más finas y más suaves.

Sung et al. (Sung 2007) enseñaron que el pretratamiento de la piel de líber de cáñamo descortezada con una disolución acuosa que contiene citrato de disodio, citrato de trisodio, o una mezcla de los mismos, que tiene un pH

de aproximadamente 6-13 a temperatura de aproximadamente 90 ºC o menos, facilita la posterior extracción de fibra con la enzima pectinasa.

El tallo de cáñamo consiste en tanto fibra de líber (corteza) como núcleo leñoso (madera del tallo) . Los principales componentes de estas dos partes son celulosa, hemicelulosa, pectina y lignina (véase la Tabla 1) (Garcia-Jaldon 1998) .

Tabla 1

Análisis químico de las partes del cáñamo

Fibra de líber (%) Núcleo leñoso (%)

Celulosa 55 48

Hemicelulosa 16 12

Pectina 18 6

Lignina 4 28

Cera + grasa 1 1

Ceniza 4 2

Proteína 2 3

En términos de composición química, las principales diferencias entre la fibra de líber (corteza) y el núcleo leñoso (madera del tallo) son la cantidad de pectina (18 % frente al 6 %) y lignina (4 % y 28 %) . La gran cantidad de lignina en la "madera del tallo" da su rigidez. En el caso de la fibra de líber (corteza) , la ausencia de lignina se compensa por pectina para pegar juntas la fibra larga individual y los haces de fibra. Por tanto, la mayoría de la investigación en la liberación de la fibra larga de la corteza se ha centrado en la hidrólisis de la pectina, el principal componente engomado, mediante la aplicación de la enzima pectinasa.

En comparación, la cantidad de proteína es muy pequeña en la fibra de líber (2 % en fibra de líber, Tabla 1) . Sin embargo, parte de esta proteína aparentemente poco importante es proteínas estructurales como "extensina", responsable de la matriz de proteína que contribuye a la integridad estructural de la propia planta. La aplicación de proteasa a la corteza puede degradar la matriz de proteína, produciendo la liberación de material no de fibra o residuos físicamente o químicamente asociados a la proteína vegetal. Como resultado de tal tratamiento, puede liberarse o separarse fibra.

Pokora et al. enseñaron la deslignificación de pulpas de madera mecánicas de refinador para facilitar la producción biológica de pasta, usando proteasa a pH ácido (Pokora 1994) . Pokora et al. enseñaron que se usaron proteasas para deslignificar la madera por la proteína de la madera "extensina". La "extensina" es una proteína reticulada que se sospecha que está unida a la lignina y funciona como un esqueleto de soporte a un nivel celular. Como Pokora et al. se refieren a la eliminación de lignina en pulpas de madera mecánicas, no es relevante para el aislamiento de la fibra larga de la "corteza" que contiene poca lignina (Tabla 1) .

Dorado et al. han enseñado el uso de proteasa a pH neutro para eliminar lignina específicamente de "madera del tallo" de cáñamo mediante un pretratamiento con proteasa (Dorado 2001) . Similarmente, esto no es relevante para la extracción de fibra larga de la corteza.

La proteasa se usa comúnmente en la purificación de fibras naturales de orígenes animales, como lana y seda. Estas fibras también son de origen de proteína, por lo tanto fundamentalmente diferentes de las fibras vegetales que son de polisacáridos.

También se ha aplicado proteasa en el "biolavado" de fibras de algodón que tienen diversas capas de materiales no celulósicos que incluyen proteína/sustancias nitrogenosas. El algodón, cuando se recoge, es "baga de algodón", que es una bola esponjosa mullida de fibras individuales ya separadas. La eliminación de materiales no celulósicos de la superficie de fibras de algodón individuales potencia la humectación y facilidad de coloración (Karapinar 2004) . Esto no es para la aplicación en la separación o extracción de fibra de corteza o piel de líber de plantas de fibra. La corteza o piel de líber de plantas de fibra tales como corteza de... [Seguir leyendo]

1. Un método de extracción fibras de piel de líber de planta descortezada que comprende: pretratar piel de líber de planta descortezada de una planta de fibra con una disolución acuosa que contiene citrato de trisodio que tiene un pH en un intervalo d.

8. 14 a una temperatura de 90 ºC o menos; y posteriormente las tratar fibras recuperadas con una proteasa a pH alcalino.

2. El método de la reivindicación 1, en el que la temperatura de pretratamiento está en un intervalo de 65 ºC a 90 ºC.

3. El método de la reivindicación 1, en el que la temperatura de pretratamiento está en un intervalo de 65 ºC a 85 ºC.

4. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el pretratamiento se realiza durante un tiempo en un intervalo de 0, 5 -5 horas.

5. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el tratamiento con proteasa se realiza en un medio acuoso a un pH en un intervalo d.

8. 12.

6. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el tratamiento con proteasa se realiza en un medio acuoso a un pH en un intervalo d.

8. 10. 20

7. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el tratamiento con proteasa se realiza en un medio acuoso a un pH en un intervalo de 8, 0 -9, 5.

8. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el tratamiento con proteasa se realiza a una 25 temperatura en un intervalo d.

35. 65 ºC.

9. El método de la reivindicación 1, en el que el pretratamiento se hace a un pH en un intervalo de 8, 5 -9, 5 a una temperatura de 90 ºC o menos durant.

30. 60 minutos, seguido de tratar con una disolución de hidróxido sódico a una temperatura de 90 ºC o menos durant.

30. 120 minutos, y en el que el tratamiento de las fibras recuperadas con proteasa se hace a una temperatura en un intervalo d.

40. 65 ºC a un pH en un intervalo d.

8. 10 durante 0, 5 12 horas.

10. El método de la reivindicación 9, que comprende además tratar las fibras con una pectinasa en una disolución acuosa de citrato de sodio a un pH en un intervalo d.

4. 6 a una temperatura d.

30. 45 ºC durante 1 -12 horas. 35

11. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 -10, en el que la planta de fibra es cáñamo.

12. El método de la reivindicación 1, en el que el pretratamiento se hace a un pH de 8, 5 -9, 5 a una temperatura de

ºC o menos durant.

30. 60 minutos y en el que el tratamiento de las fibras recuperadas con proteasa se hace a 40 una temperatura en un intervalo d.

40. 65 ºC a un pH en un intervalo d.

8. 10 durante 0, 5 -12 horas.

13. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 ó 12, en el que la planta de fibra es lino.

14. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 -13, en el que la proteasa es de origen de Bacillus. 45

15. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 -13, en el que la proteasa es subtilisina, termolisina, alcalasa o esperasa natural o modificada.

16. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 -15, en el que la proteasa se usa en una cantidad de al 50 menos 0, 24 unidades de enzima por gramo de fibra tratada.

17. El método de la reivindicación 16, en el que la cantidad de proteasa está en un intervalo de 0, 24 -24 unidades de enzima por gramo de fibra tratada.

18. El método de la reivindicación 16, en el que la cantidad de proteasa está en un intervalo de 0, 24 -4, 8 unidades de enzima por gramo de fibra tratada.