ES2276669T3 - Esterificacion de aceite marino catalizada por lipasa. - Google Patents
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Abstract
Un proceso para esterificar una composición de aceite marino que contiene EPA y DHA como ácidos grasos libres para formar una fracción de ácido graso libre enriquecido en al menos uno de dichos ácidos grasos en comparación con la composición de partida, que comprende el paso de hacer reaccionar dicha composición de aceite marino con glicerol en presencia de un catalizador de lipasa bajo condiciones de presión reducida y básicamente libre de solventes orgánicos, y separar una fracción de ácido graso libre enriquecida en al menos una parte de EPA y DHA mediante destilación molecular.
Description
Esterificación de aceite marino catalizada por
lipasa.
La invención se refiere a la esterificación
catalizada por lipasa de aceites marinos.
Es bien conocido en la técnica que refinar
productos de aceite de varios tipos, incluidos los aceites marinos,
con la ayuda de catalizadores de lipasa cuya especificidad bajo
las condiciones de refinado empleadas mejora la recuperación de un
producto deseado.
Por ejemplo, en el documento PCT/WO95/00050 se
describe un proceso para tratar una composición de aceite que
contiene ácidos grasos saturados e insaturados en la forma de
triglicéridos en unas condiciones de reacción de
transesterificación con un alcohol C_{1-6} tal
como etanol bajo condiciones sustancialmente anhidras en presencia
de una lipasa activa para catalizar preferentemente la
transesterificación de los ácidos grasos saturados y
monoinsaturados. Con las lipasas preferidas, Pseudomonas sp.
lipase (PSL) y Pseudomonas fluorescens lipase (PFL) era
posible preparar a partir de fuentes de aceite marino concentrados
que contenían más del 70% en peso de los terapéuticamente
importantes ácidos grasos poliinsaturados omega-3
EPA (ácido eicosapentanoico, C20:5) y DHA (ácido docosahexanoico,
C22:6) en forma de glicéridos.
La bibliografía y literatura de patentes
describe una serie de ejemplos en los que se describe el uso de
lipasas para concentrar EPA y/o DHA en aceite de pescado mediante
hidrólisis, incluido el documento
W0-A-98/18952.
Una serie de procesos de refinado catalizado por
lipasa han utilizado glicerol.
A modo de ejemplo, la patente JP
62-91188 /1987) describe un proceso para preparar
glicéridos de ácidos grasos poliinsaturados (AGP) en donde los AGP
como ácido o éster libre se hace reaccionar con glicerol en
presencia de una lipasa termoestable. La composición de ácidos
grasos del producto glicérido resultante es sustancialmente el
mismo que en los AGP de partida.
El documento WO91/16443 describe un proceso para
convertir los AGP en triglicéridos. Los ácidos grasos libres, por
ejemplo mezclas de EPA y DHA, se hacen reaccionar con cantidades
estequiométricas de glicerol en presencia de una lipasa,
especialmente Candida antarctica, bajo unas condiciones
básicamente anhidras, libre de solventes orgánicos y de temperatura
elevada con eliminación continuada de agua y alcoholes volátiles.
Los autores son conscientes de que en este proceso se produjo poca
o ninguna discriminación entre EPA y DHA.
En un escrito en Int. J. Food Sci. Technol.
(1992), 27, 73-76, Lie y Molin describen la
esterificación de un concentrado de ácido graso de aceite de
pescado con glicerol usando tres lipasas diferentes, incluida MML.
Bajo las condiciones usadas (5% de agua) obtuvieron una fracción de
ácido graso libre de DHA (alrededor del 50% del material de
partida) y una fracción de glicérido con el mismo contenido de EPA
que en el concentrado de aceite de pescado original. Por lo tanto,
se observó cierta selectividad.
Un escrito de Myrnes et al. en JAOCS,
Vol. 72, N° 11 (1995), 1339-1344 describe una
glicerólisis catalizada por lipasa libre de solventes orgánicos de
aceites marinos. Se comprueban una serie de diferentes lipasas, y
las reacciones se realizan a temperaturas bajas (12°C o menos) en
presencia de cantidades de agua relativamente elevadas (3,6%). Un
análisis de la fracción de monoglicérido resultante demostró, en
algunos casos, una buena selectividad entre ácidos grasos saturados
e insaturados, pero ninguna diferencia significativa entre los AGP
individuales.
Moore et al. en JAOCS, Vol. 73, N° 11
(1996), 1409-1414 describió la hidrólisis de un
aceite de pescado en presencia de lipasa de Candida rugosa
(LCR) para producir fracciones enriquecidas con DHA y enriquecidas
con EPA diferentes.
Posteriormente, la fracción de ácido graso libre
enriquecido con EPA se reesterifica con glicerol en presencia de
lipasa de Rhizomucor miehei (MML).
Un escrito de McNeill et al. en JAOCS,
Vol. 73, N° 11 (1996), 1403-1407 describe una
esterificación catalizada con MML de un concentrado de AGP
n-3 con cantidades estequiométricas de glicerol a
55°C con eliminación continua de agua. La fracción de triglicérido
resultante contuvo el mismo nivel de DHA que el producto
original.
Finalmente, se hace mención de los documentos
WO96/37586 y WO96/37587. En el Ejemplo 3 del documento WO96/37586
se describe un proceso en el que un concentrado de ácido graso
libre originado de aceite de pescado chileno, que comprendía (tras
fraccionamientos de solvente de sales de sodio) 25% de EPA y 18% de
DHA, se esterificó directamente con glicerol usando una lipasa de
Candida rugosa (LCR) en presencia de 10% de agua a 35°C.
Transcurridas 120 horas, el alcance de la conversión había
alcanzado alrededor del 60%. En la mezcla de glicéridos obtenida,
los triglicéridos contenían 28,2% de EPA y 3,8% de DHA y la
fracción monoglicérido contenía 28,9% de EPA y 4,5% de DHA. Los
ácidos grasos libres residuales comprendían 23,2% de EPA y 31,5% de
DHA. Esto indicó una buena selectividad entre EPA y DHA.
\newpage
Por contra, en los Ejemplos 1 y 2, la
reesterificación catalizada por MML de una fracción de ácido graso
libre con glicerol no presentó una selectividad significativa entre
EPA y DHA.
Lo que se describe en el documento W096/37587 es
similar a lo descrito en el documento W096/37586. Los Ejemplos 1,
4, 6 y 8 muestran la glicerólisis de AGP con MML sin que se
produzca discriminación entre EPA y DHA.
De ello resulta aparente el debate, en modo
alguno exhaustivo, de la técnica anterior de que se ha realizado
una amplia investigación para desarrollar procesos catalizados por
lipasa para aislar dichos AGP comercialmente importantes como EPA y
DHA de composiciones tales como aceites de pescado que los
contienen en concentraciones relativamente bajas.
Los autores han descubierto un proceso
catalizado por lipasa para preparar concentrados de EPA y DHA
mediante la esterificación directa de ácidos grasos libres de
aceite de pescado, los cuales, mediante la selección de la lipasa,
permite ajustar el contenido de EPA/DHA del concentrado resultante
para satisfacer
\hbox{los variados requisitos de los clientes.}
Más en particular, la presente invención
proporciona un proceso para esterificar una composición de aceite
marino que contiene EPA y DHA como ácidos grasos libres para formar
una fracción de ácido graso libre enriquecido en al menos uno de
dichos ácidos grasos en comparación con la composición de partida,
que comprende el paso de hacer reaccionar dicha composición de
aceite marino con glicerol en presencia de un catalizador de lipasa
bajo condiciones de presión reducida y básicamente libre de
solventes orgánicos, y recuperar una fracción de ácido graso libre
enriquecida en al menos una parte de EPA y DHA.
La presente invención se basa en el
descubrimiento de que el glicerol puede actuar como un sustrato
excelente para la esterificación directa catalizada por lipasa de
ácidos grasos libres de aceite marino, siempre que se produzcan
unas condiciones críticas de reacción determinadas. Este
descubrimiento no se esperaba en absoluto teniendo en cuenta la
investigación anterior usando glicerol descrita anteriormente. La
principal reacción de esterificación puede representarse
esquemáticamente mediante la siguiente ecuación en donde
\hbox{el catalizador de lipasa es Rhizomucor miehei (MML):}
El producto también contiene otros tipos de
glicéridos enriquecidos con EPA, no mostrados en la ecuación
esquemática.
Tal y como se describirá a continuación con
mayor detalle, e ilustrado en el Ejemplo 8, la selección del
catalizador de lipasa puede afectar crucialmente a la naturaleza
del producto. En el caso de MML usado en el esquema de reacción
ilustrado, el producto es una fracción de ácido graso libre
enriquecido con DHA y una fracción de glicérido enriquecido con
EPA.
Una característica significativa del presente
proceso es que aprovecha el hecho de que la selectividad de una
lipasa hacia ácidos grasos individuales es mayor que cuando están
en forma de ácidos grasos libres en lugar de glicéridos, puesto que
se evitan las complicaciones relacionadas con la regioselectividad
de la lipasa o selectividad posicionada. Sorprendentemente, la
reacción con glicerol es mucho menos exitosa cuando EPA y DHA están
presentes como ésteres en lugar de como ácidos libres, como se
muestra en el Ejemplo 10 (comparativo) a continuación.
Según la presente invención, el uso de glicerol
como sustrato tiene la ventaja adicional de que ayuda en la
separación de las fracciones de glicérido y producto de ácido graso
libre mediante destilación molecular. Se considera que el motivo
para ello es que los ésteres de un alcohol trióico tal como
glicerol son menos volátiles que ésteres similares de alcoholes de
cadena corta tales como metanol, etanol y propanol.
Se ha descubierto que las cantidades relativas
de glicerol son importantes para que la reacción de esterificación
tenga éxito. Preferiblemente, debe usarse una relación molar de
glicerol respecto a ácidos grasos libres en la composición de
partida de 1:1,5 a 1:3, más preferiblemente de 1:1,5 a 1:2,5. En el
trabajo experimental realizado hasta la fecha por los autores, se
ha descubierto que resulta óptima una relación molar de alrededor
de 1:2 de glicerol respecto a ácidos grasos (correspondiente a una
relación de grupos de hidroxilo disponibles respecto a ácidos
grasos libres de 1,5:1).
Es básico que la reacción de esterificación se
lleve a cabo bajo presión reducida, a fin de eliminar el agua del
sistema de reacción a medida que se forma. Esto es necesario para
que la reacción sea no reversible, haciendo que resulte imposible
obtener recuperaciones elevadas de los productos EPA/DHA deseados.
De ese modo, la esterificación se llevará a cabo generalmente a una
presión inferior a 6665 Pa, y normalmente inferior a 1333 Pa, por
ej. de 133,3-1333 Pa, a pesar de que los autores
han observado sorprendentemente que las condiciones de presión
reducida para una actividad óptima de la lipasa depende en cierta
medida de la lipasa determinada usada. Así, en algunos casos
resultará ventajoso usar una presión que va desde 1.333 a 133,3 Pa,
y en los Ejemplos que siguen los autores presentan unos resultados
excelentes con presiones tan bajas como 1.333 - 13,33 Pa. Las
condiciones óptimas de baja presión para la lipasa determinada
usada pueden, por supuesto, determinarse mediante experimentos
rutinarios.
Los solventes orgánicos no deben estar presentes
en este proceso, a diferencia de muchos sistemas basados en lipasa
de la técnica anterior, ya que los solventes orgánicos son
volátiles y se evaporarán bajo condiciones de
vacío.
vacío.
La temperatura a la que se conduce la reacción
de esterificación dependerá de la composición de aceite marino que
se esté tratando así como de las lipasas usadas. Si se desea que la
viscosidad de la composición de aceite marino sea suficientemente
baja para permitir agitar adecuadamente la composición durante la
reacción, y por este motivo a menudo es necesario usar temperaturas
de al menos 20°C. Por otro lado, no se desea alcanzar temperaturas
demasiado elevadas ya que las temperaturas elevadas actúan contra
la resolución cinética sobre la que se basa la discriminación de
lipasa de los ácidos grasos, y también porque EPA y DHA pueden ser
destruidos por la exposición prolongada a temperaturas elevadas, y
tampoco las lipasas toleran temperaturas elevadas. Teniendo en
cuenta factores como estos, por lo general se prefiere operar
dentro del intervalo de 20-40°C, con frecuencia y
más preferiblemente a 37-40°C, a pesar de que pueden
usarse temperaturas de 0-20°C en el caso de
composiciones de aceite de pescado con un contenido elevado de EPA
y/o DHA en donde la composición permanece suficientemente líquida
a estas temperaturas tan bajas y por otro lado temperaturas más
elevadas, del intervalo de 40-70°C pueden ser
posibles para dichas lipasas inmovilizadas estables como MML y
CAL.
El material de partida para el presente proceso
puede ser una composición de una fuente marina que contiene EPA y
DHA en forma de ácido libre. Dicha composición puede obtenerse
mediante saponificación de aceites de pescado crudo, por ej. con
hidróxido de sodio, seguida por acidificación con, por ej., ácido
sulfúrico, según procedimientos estándar bien conocidos por
aquellos próximos al sector del procesado de aceite de pescado.
Normalmente, las composiciones incluirán contenidos totales de EPA
y DHA en forma de ácido libre de 15-35% en peso,
preferiblemente 25-35%. Los aceites de pescado que
son ricos en DHA, tales como el aceite de atún que contiene
alrededor de 5% de EPA y 25% de DHA en peso son especialmente
adecuadas para preparar concentrados de DHA mediante el proceso de
la presente invención, mientras que los aceites de pescado ricos en
EPA (por ej., aceite de sardina con alrededor de 18% de EPA y 12%
de DHA en peso) y los aceite de pescado de chileno (20% de EPA y 7%
de DHA en peso) son materias primas especialmente adecuadas para
elaborar concentrados de EPA. Sin embargo, es una ventaja de la
presente invención el hecho de que puedan usarse como materias
primas aceites de pescado más baratos con contenidos totales de EPA
y DHA inferiores tales como el aceite de arenque (alrededor del 6%
de EPA y alrededor del 8% de DHA en peso) para la preparación de
fracciones enriquecidas con EPA y/o DHA mediante el proceso de esta
invención, como se muestra en los Ejemplos incluidos a
continuación en esta especificación.
Como se ha mencionado anteriormente en la
presente especificación, es una característica de este proceso que
es posible variar la naturaleza de las fracciones enriquecidas
mediante la selección de la lipasa usada. Por ejemplo, se
observaron los siguientes efectos con las lipasas conocidas:
i. con Rhizomucor meihei lipasa (MML),
Mucor javanicus lipasa (MJL), y Aspergillus niger
lipasa (ANL) se obtiene una fracción de ácido graso libre
enriquecido con DHA y una fracción de glicérido enriquecida con
EPA; y
ii. con Pseudomonas sp. - Amano AK (PSL),
Pseudomonas fluorescens - Arcano PS (PFL), Rhizopus
oryzae - Arcano F (ROL) y Humicula Lanuginosa - Arcano
CE (HLL) se obtiene una fracción de ácido graso libre enriquecido
con EPA/DHA y una fracción de glicérido enriquecido con ácidos
grasos saturados.
La capacidad de variar la naturaleza del
producto mediante la selección adecuada del catalizador de lipasa
posee la ventaja que el funcionamiento del proceso puede adaptarse
a los requisitos particulares del cliente. Por ejemplo, un cliente
puede requerir un concentrado de DHA para complementar la
alimentación infantil, mientras que otro cliente puede requerir un
concentrado mixto de EPA/DHA para fabricar un producto sanitario,
pero los requisitos de ambos clientes pueden cumplirse
sencillamente cambiando los catalizadores de lipasa usados.
Por supuesto, puede haber más posibilidades para
adaptar la composición del producto final realizando el proceso en
dos o más etapas distintas, usando diferentes catalizadores tipo
lipasa diferentes en cada una de las etapas.
Las lipasas preferidas para el presente proceso
son Rhizomucor miehei (MML), que discrimina fuertemente
entre EPA y DHA; y Pseudomonas sp. (PSL), que discrimina
entre EPA y DHA, por un lado, y los ácidos grasos restantes del
aceite de pescado por otro.
Se prefiere, al menos a escala industrial, usar
una forma inmovilizada de la lipasa seleccionada, puesto que se ha
descubierto que la inmovilización no solo aumenta con frecuencia la
actividad de la enzima, especialmente a presiones muy bajas, del
orden de 1.333 a 133,3 Pa, sino que también mejora su estabilidad y
ayuda a su recuperación, todos ellos factores que afectan a la
economía del proceso.
Debe usarse suficiente lipasa para efectuar la
reacción de esterificación deseada. En el trabajo realizado por los
autores con MML inmovilizada usaron alrededor de 10% en peso del
producto inmovilizado, en base al contenido de ácidos grasos en la
composición marina tratada, lo cual corresponde a una concentración
de MML de alrededor de 1% en peso (teniendo la MML inmovilizada
disponible comercialmente alrededor de 10% de lipasa y 90% de
portador).
En cambio, al usar lipasas no inmovilizadas, los
inventores utilizaron concentraciones de lipasa de 10% en peso del
contenido de ácido graso.
Tras concluir la reacción de esterificación, el
producto se separa en fracciones que contienen principalmente ácidos
grasos libres y glicéridos respectivamente, por, destilación
molecular.
El paso de destilación molecular para separar la
fracción de ácido graso libre de la fracción de glicérido puede
realizarse a una temperatura que oscile de 100 a 200°C, aunque
normalmente se encontrarán en el intervalo de
140-180°C. Su éxito, en lo relativo a la relación
que puede conseguirse de residium/destilado dependerá del vacío.
El vacío puede variar en función de factores tales como los
componentes volátiles presentes en la mezcla. Generalmente estará
dentro del intervalo de 1x10^{-4} - 1x10^{-2} mbar, aunque una
persona experta en la técnica puede usar la combinación del vacío
que puede conseguirse, lo cual, en algunos casos, puede estar fuera
del intervalo mencionado, y una temperatura adecuada para conseguir
el resultado final deseado.
Por supuesto, el producto de una primera
esterificación catalizada por lipasa puede concentrarse aún más en
una o más esterificaciones catalizadas por lipasa posteriores,
usando la misma o diferentes lipasas.
La fracción de ácido libre que se obtiene tras
concluir el proceso puede o bien usarse como tal, o bien si un
producto en forma de ácido libre no fuera aceptable para el uso
previsto, puede ser convertido primero en éster de etilo, glicérido
u otra forma aceptable mediante cualquier método adecuado.
De igual modo, en el caso en que la fracción de
glicérido separada contiene EPA o DHA en concentraciones
económicamente importantes, dicha fracción también puede someterse
a un ulterior tratamiento, por ejemplo hidrólisis con álcali acuoso
para formar ácidos libres, o bien a esterificación con etanol para
formar ésteres de etilo de los ácidos grasos. La fracción de ácido
graso libre o de éster de etilo así formada puede, si se desea,
concentrarse aún más, por ej., mediante destilación molecular.
El proceso de esterificación de la presente
invención posee una serie de ventajas que la hacen especialmente
adecuada para su industrialización. La capacidad de adaptar la
composición de los productos, especialmente mediante la selección
del catalizador de lipasa, ya se ha mencionado, pero otras ventajas
que hacen que el proceso sea comercialmente atractivo incluyen:
i. la elevada producción de productos de EPA,
DHA o EPA + DHA altamente concentrados,
ii. la ausencia de solventes orgánicos, así no
solo obviando los problemas de purificación que puede provocar con
frecuencia la presencia de dichos solventes, sino también
reduciendo la voluminosidad del proceso, que es algo económicamente
importante (menos requisitos de energía, etc.),
iii. la capacidad de reutilizar catalizadores
lipasa inmovilizados en diversos, tal vez hasta 20 o más, series
sucesivas, contribuyendo una vez más a mantener bajos los
costes,
iv. la capacidad de usar cualquier composición
de aceite marino adecuada que contiene los ácidos grasos
poliinsaturados de interés, y
v. la simplicidad general de la esterificación
de los procesos de separación posteriores.
La invención se ilustra en los Ejemplos
incluidos a continuación, en los cuales los porcentajes de área se
obtienen mediante análisis GLC.
En este experimento la hidrólisis de un producto
de aceite de arenque que contenía un área de 5,5% de EPA y un área
de 8,0% de DHA (en ambos casos como ácido libre) se hizo reaccionar
con glicerol en presencia de lipasa Rhizomucor miehei (MML;
Lipozima de Novo). Las condiciones de esterificación fueron:
- MML:
- dosis del 10% en peso, en base al equivalente del substrato de ácido graso
- Glicerol:
- equivalente a dos equivalentes de ácidos grasos libres (exceso esteoquiométrico 1,5 de grupos de hidroxilo)
- Temperatura:
- 4,0°C
- Presión:
- 1.333 a 13,33 Pa
- Disolvente orgánico:
- Ninguno
El procedimiento experimental fue el siguiente:
A ácidos grasos libres de aceite de sardina (10 g; M. en peso
aprox. 290 g/mol; aprox. 34,5 mmol) y glicerol (1,56 g; M. en peso
92,1 g/mol; 17,3 mmol) se añadió lipasa Mucor miehei
inmovilizada (Lipozima de Novo, 1,0 g). La mezcla se agitó con
cuidado a 40°C en un agitador magnético con placa caliente bajo
vacío continuado de 1.333 a 13,33 Pa. El agua volátil producida
durante el progreso de la reacción se condensó continuamente en una
trampa enfriada con nitrógeno líquido. Se usó la dosis adecuada
para controlar el progreso de la reacción. Transcurrido el tiempo
seleccionado se detiene la reacción separando la enzima mediante
filtración. El fraccionamiento se realizó mediante CCF preparativa
sobre gel de sílice y cada fracción de lípido se analizó para
detectar ácidos grasos mediante CGL tras la metilación mediante
procedimientos
estándar.
estándar.
Los resultados se muestran a continuación en la
Tabla 1:
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Transcurridas 7 h con un 80% de conversión la
relación entre DHA y EPA fue de 6,6:1 comprendiendo DHA el 31% y
EPA menos del 5% de los ácidos grasos libres residuales. La
recuperación de DHA fue 83%. Transcurridas 12 h dicha relación
había aumentado hasta 13:1 y pasadas 24 h a un 89% de la conversión
a 27:1, estando la recuperación de DHA aún en el 70%. A partir de
dicho nivel se obtuvo un claro equilibrio.
Este experimento demuestra que, al usar MML como
la lipasa, la presente invención permite la preparación del
concentrado de DHA con una tasa de conversión elevada.
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(Comparativa)
Se repitió el Ejemplo 1 pero con una
concentración reducida de glicerol (3 equivalentes de ácidos grasos
libres por equivalente de glicerol). Los resultados se muestran a
continuación en la Tabla 2:
Como podrá observarse, los resultados de este
experimento son mucho menos satisfactorios que los obtenidos para
la relación 2:1 usada en el Ejemplo 1. El motivo de este cambio no
es fácil de explicar. Puede estar relacionado con una
disponibilidad insuficiente de grupos de hidroxilo o con una
cantidad excesiva de ácidos grasos, cuando se tiene en cuenta que
la posición intermedia del glicerol está mucho menos disponible o
es al menos más lenta en su participación. La consecuencia es que
se alcanza el equilibrio demasiado rápido y no se produce una
separación efectiva entre EPA y DHA.
El Ejemplo 1 se volvió a repetir, aunque la
temperatura a la que se condujo la reacción de esterificación se
varió entre 30° y 60°C. Los resultados se muestran a continuación
en la Tabla 3:
Los resultados establecen que 40°C es la
temperatura adecuada para estas condiciones de reacción
determinadas. A 30°C la agitación fue difícil lo cual explica los
resultados inferiores a dicha temperatura. Sin embargo, la relación
favorable entre DHA y EPA, 8,6:1 a 60°C, en comparación con 8,0:1 a
40°C, es destacable, puesto que a esa temperatura se esperaba una
selectividad más lenta.
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Ejemplo
4
Volvió a repetirse el Ejemplo 1 aunque variando
la relación entre el glicerol y los ácidos grasos libres tanto a
40°C como a 60°C. Los resultados obtenidos se muestran a
continuación en la Tabla 4:
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Estos resultados confirman el descubrimiento
previo de que puede obtenerse una relación de DHA/EPA favorable,
así como una elevada recuperación de DHA, a 40°C con una relación
molar de 1:2 entre el glicerol y los ácidos grasos libres.
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Ejemplo
5
Este experimento muestra la esterificación
directa de una composición de ácido graso libre obtenida mediante
hidrólisis de aceite de pescado chileno usando MML como
catalizador.
El aceite de Chile comprendía un área del 16,8%
de EPA y un área de 12,3% de DHA.
Las condiciones de la reacción de esterificación
fueron las mismas que las del Ejemplo 1. Los resultados se
muestran a continuación en la Tabla 5:
Los resultados de la Tabla 5 muestran que el
aceite chileno es una materia prima adecuada para separar EPA y
DHA eficientemente con MML. Por ejemplo, transcurridas 28 h del
tiempo de reacción, se había separado un 86% del EPA inicial en la
fracción de glicérido, mientras que el 78% del DHA permanece en la
fracción de ácido graso residual que comprende un 50% de DHA y un
13% de EPA.
Volvió a repetirse el Ejemplo 1 usando como
materia prima aceite de atún crudo que comprendía 5,0% de EPA y
18,2% de DHA. Los resultados se muestran a continuación en la Tabla
6:
Teniendo en cuenta que el aceite de atún usado
estaba crudo y que contenía cantidades de DHA relativamente bajas,
los resultados obtenidos fueron excelentes.
Se repitió el Ejemplo 1 a una mayor escala (100
g). Se usaron las mismas condiciones de antes con una relación
molar de 1:2 entre el glicerol y los ácidos grasos libres bajo
vacío a 40°C. Se uso una dosis del 10% de MML y se detuvo cada
reacción transcurridas 16 horas. Tras cada serie se filtró la
lipasa en un embudo de vidrio sinterizado bajo un flujo de
atmósfera de nitrógeno. Cuando fue necesario se almacenó la lipasa
entre series bajo nitrógeno a temperatura ambiente. Los resultados
de veinte series consecutivas se muestran en la Tabla 7.
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Como podrá observarse en la Tabla 7, la lipasa
conservó su actividad durante las veinte series sucesivas 5 sin que
se produjera un deterioro significativo.
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Ejemplo
8
El propósito de este experimento fue demostrar
que en el proceso pueden usarse otras lipasas diferentes de MML
según la presente invención.
Se analizaron diecisiete (17) lipasas o
preparados de lipasa diferentes bajo unas condiciones de reacción
similares a las usadas en el Ejemplo 1, aunque con presiones más
elevadas, en el intervalo de 133,3 a 2666 Pa, usando el mismo
aceite de arenque como en el Ejemplo 7 y con un tiempo de reacción
fijo de 16 horas. Se usó la dosis adecuada para controlar el
alcance de la conversión. Se separó la mezcla de glicéridos de los
ácidos grasos libres residuales con la ayuda del CCF en los casos
que mostraron cierta actividad y la composición de ácido graso de
las dos fracciones resultantes se determinó mediante CLG. Los
resultados se muestran a continuación en la Tabla 8:
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Es interesante observar en la tabla que la
lipasa de Mucor javanicus (MJL) de Amano parece discriminar
fuertemente entre EPA y DHA bajo estas condiciones y que presentó
una actividad elevada. También presentó un comportamiento similar
de discriminación entre EPA y DHA a favor de EPA por la lipasa de
Aspergillus niger (ANL), y también la lipasa de Rhizopus
niveus (RNL), aunque la actividad fue muy inferior. La PSL y
PFL presentaron actividad bajo estas condiciones sin que se
produjera una discriminación significativa entre EPA y DHA. Por lo
tanto, estas lipasas son adecuadas para concentrar EPA y DHA a
partir de aceite de pescado bajo estas condiciones. También se sabe
que la LNL, ROL y HLL resultan útiles para concentrar tanto el EPA
como el DHA de aceite de pescado, ya que presentan una actividad
elevada.
Por el contrario, la lipasa de Candida
antarctica, a pesar de que presenta una actividad elevada,
comparable a la de MML, no discriminó entre EPA y DHA en su acción,
tampoco presentaron una fuerte discriminación entre ellas y otros
ácidos grasos presentes en el aceite de pescado. Por lo tanto, CAL
no es adecuada para su uso bajo estas
condiciones.
condiciones.
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Ejemplo
9
(Comparativa)
Se repitió el Ejemplo 8 en muchas de las lipasas
aunque usando un vacío considerablemente más elevado de
1.333-13,33 Pa. Los resultados se muestran a
continuación en la Tabla 9:
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Los resultados mostrados en la Tabla 9
contrastan considerablemente con los mostrados en la Tabla 8 para
las mismas lipasas.
Por lo tanto, el alcance de la conversión fue
mucho inferior en todas las lipasas, excepto CAL, y ninguna de
ellas produjo una discriminación significativa entre EPA y DHA. Se
considera que la actividad inferior de todas las lipasas excepto
CAL puede atribuirse probablemente al muy alto vacío empleado para
eliminar el contenido esencial de agua de la lipasa con un efecto
perjudicial considerable en la actividad de la lipasa.
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(Comparativa)
En este experimento se esterificaron
directamente ésteres de etilo de aceite de sardina con glicerol
usando una serie de diferentes lipasas. Las reacciones se
condujeron bajo agitación a 40°C durante 24 horas bajo vacío,
usando la lipasa a una concentración del 10% y dos equivalentes de
los ésteres de etilo por equivalente de glicerol. Los resultados se
muestran a continuación en la Table 10: El alcance de la conversión
se basó en la cantidad de ésteres de etilo residuales presentes en
la mezcla de reacción.
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Resulta aparente en la Tabla 10 que la reacción
de glicerólisis se produjo mucho más lentamente en lo relativo a
la conversión en comparación con la esterificación directa de
ácidos grasos libres con glicerol. Tan solo MML presentó una
conversión apreciable y las lipasas restantes presentaron poca o
ninguna actividad.
Este experimento demuestra que los ésteres de
etilo, a pesar de ser más ventajosos y más fácilmente disponibles
como materia prima, no constituyen una materia prima preferida en
esta invención.
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Ejemplo
11
Se repitió el ejemplo 1 usando como materia
prima un aceite de atún semirrefinado que contenía 5,2% de EPA y
24,5% de DHA. Los resultados se muestran a continuación en la Tabla
11:
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(Tabla pasa a página
siguiente)
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Se podrá observar que se obtuvo una buena
conversión, con una discriminación efectiva entre EPA y DHA.
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Ejemplo
12
Se repitió el Ejemplo 1 una vez más usando un
aceite de pescado crudo que contenía 20,0% de EPA y 7,2% de DHA
como materia prima. Los resultados se muestran a continuación en la
Tabla 12.
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Resulta claro de los resultados de la Tabla 12
que se obtuvieron glicéridos con una relación EPA a DHA muy
favorable, con una elevada tasa de conversión. Por lo tanto, el
proceso ilustrado podría constituir la base de un proceso para
preparar un concentrado de EPA.
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Ejemplo
13
Se volvió a repetir el Ejemplo 1 usando ácidos
grasos libres de aceite de atún (496 g) que comprendían 7,1% de
EPA y 29,4% de DHA. Se obtuvo una conversión del 68,3%
transcurridas 4,5 h. La mezcla de glicéridos comprendía 9,0% de EPA
y 11,2% de DHA y los ácidos grasos libres residuales comprendían
4,1% de EPA y 54,9% de DHA. La mezcla de reacción se introdujo en
una destilación de corto recorrido usando un Leybold KDI, -4
(Leybold AG, Hanau, Alemania) bajo un vacío de 0,3 Pa. Se efectuó
la desgasificación a 60°C y una redestilación a 90°C [La
destilación a 90°C produjo una pérdida de solo 6,2% de DHA]. Se
destiló el residuo de la predestilación a 140°C. Los resultados se
muestran a continuación en la Tabla 13:
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(Tabla pasa a página
siguiente)
\newpage
Como puede observarse en la Tabla 13, se destiló
la parte principal de los ácidos grasos a 140°C (73,3% en base al
contenido total de FFA) y comprendían 52,3% de DHA. Esta fracción
se contaminó con un 15% de monoglicéridos con un contenido de DHA
del 3,3%. El residuo sigue conteniendo 23,3% de FFA comprendiendo
74,1% de DHA. A pesar de eso, según se desprende de la Tabla 13,
puede conseguirse un buen enriquecimiento del contenido de ácido
graso libre DHA a través de este proceso al aplicar el paso de
destilación molecular.
Se espera un resultado aún mejor si la
destilación se realiza a una temperatura más eleva de por ejemplo
150-160°C o a un mejor vacío.
Claims (17)
1. Un proceso para esterificar una composición
de aceite marino que contiene EPA y DHA como ácidos grasos libres
para formar una fracción de ácido graso libre enriquecido en al
menos uno de dichos ácidos grasos en comparación con la composición
de partida, que comprende el paso de hacer reaccionar dicha
composición de aceite marino con glicerol en presencia de un
catalizador de lipasa bajo condiciones de presión reducida y
básicamente libre de solventes orgánicos, y separar una fracción de
ácido graso libre enriquecida en al menos una parte de EPA y DHA
mediante destilación molecular.
2. Un proceso según la Reivindicación 1, en
donde la relación molar de glicerol respecto a ácidos grasos libres
en la composición de partida es desde 1:1,5 hasta 1:3.
3. Un proceso según la Reivindicación 2, en
donde la relación molar de glicerol respecto a ácidos grasos libres
en la composición de partida es desde 1:1,5 hasta 1:2,5.
4. Un proceso según la Reivindicación 3, en
donde la relación molar de glicerol respecto a ácidos grasos libres
en la composición de partida es de alrededor de 1:2.
5. Un proceso según cualquiera de las
Reivindicaciones que preceden, en donde la reacción de
esterificación se conduce a una presión inferior a 6665 Pa.
6. Un proceso según la Reivindicación 5, en
donde la reacción de esterificación se conduce a una presión
inferior a 1333 Pa.
7. Un proceso según la Reivindicación 6, en
donde la reacción de esterificación se conduce a una presión que va
desde 133,3 hasta 1333 Pa.
8. Un proceso según cualquiera de las
Reivindicaciones 1 a 6, en donde la reacción de esterificación se
conduce a una presión que va desde 1.333 hasta 133,3 Pa.
9. Un proceso según la Reivindicación 8, en
donde la reacción de esterificación se conduce a una presión que va
desde 1.333 hasta 13,33 Pa.
10. Un proceso según cualquiera de las
Reivindicaciones que preceden, en donde la reacción de
esterificación se conduce a una temperatura de 20° a 40°C.
11. Un proceso según cualquiera de las
Reivindicaciones que preceden, en donde dicho catalizador de lipasa
se inmoviliza en un portador.
12. Un proceso según cualquiera de las
Reivindicaciones que preceden, en donde dicho catalizador de lipasa
es Rhizomucor meihei.
13. Un proceso según cualquiera de las
Reivindicaciones que preceden, en donde dicha lipasa cataliza
preferentemente la esterificación de EPA, en comparación con
DHA.
14. Un proceso según cualquiera de las
Reivindicaciones 1 a 12, en donde dicha lipasa cataliza
preferentemente la esterificación de DHA, en comparación con
EPA.
15. Un proceso según cualquiera de las
Reivindicaciones 1 a 12, en donde dicha lipasa cataliza
preferentemente la esterificación tanto de EPA como de DHA, en
comparación con los demás ácidos grasos presentes en dicha
composición de aceite marino.
16. Un proceso según la Reivindicación 1, en
donde la destilación molecular se realiza a 100 - 200ºC, más
preferiblemente 140 - 160ºC, con un vacío de 1x10^{4} -
1x10^{-2} mbar.
17. Un proceso según la reivindicación 1, en
donde uno o más pasos adicionales del proceso tales como las
esterificaciones catalizadas por lipasa, o hidrólisis, para formar
ácidos grasos libres, o la esterificación con un alcohol para
formar ésteres, puede realizarse después del paso de esterificación
de la reivindicación 1.
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