ES2490619T3

ES2490619T3 - Método de extracción de lípidos a partir de biomasa

Info

Publication number: ES2490619T3
Application number: ES10190309.4T
Authority: ES
Inventors: Annika Malm; Reijo Tanner; Mervi Hujanen
Original assignee: Neste Oyj
Current assignee: Neste Oyj
Priority date: 2010-11-08
Filing date: 2010-11-08
Publication date: 2014-09-04
Anticipated expiration: 2030-11-08
Also published as: BR112013011426A2; HK1189022A1; CA2817185A1; CA2817186C; EP2450426B1; AU2011327956A1; IL225981A0; EP2450426A1; BR112013011424B1; SG190153A1; BR112013011424A2; CN103270147A; CN103328620B; CN103328620A; HK1187946A1; EP2450425A1; US20120116103A1; US8648210B2; DK2450425T3; EP2450425B1

Abstract

Un método para recuperar lípidos a partir de una biomasa microbiana que comprende las etapas de (i) proporcionar biomasa microbiana húmeda que contiene lípidos para su extracción sin destruir las paredes celulares de la biomasa, y (ii) extraer dicha biomasa microbiana húmeda con un líquido extractante y una temperatura elevada de 170 ºC a 300 ºC y presión elevada en donde la combinación de temperatura y presión es tal que dichos lípidos de dichas células se ponen en contacto con dicho extractante, y (iii) posterior recuperación de los lípidos extraídos a partir de o con dicho extractante.

Description

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DESCRIPCIÓN

Método de extracción de lípidos a partir de biomasa

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un método para extraer lípidos de biomasa microbiana. Más específicamente, el método se refiere al aumento del rendimiento de extracción y/o pureza de lípidos originados a partir de biomasa microbiana húmeda.

Antecedentes de la invención

Los microorganismos tales como algas, arqueas, bacterias y hongos incluyendo los hongos filamentosos, mohos y levaduras, pueden contener triglicéridos hasta en el 80 % de su contenido de materia seca total. Sin embargo, el aceite proveniente de la biomasa microbiana que es adecuado como precursor para producción de combustible es escaso en el mercado. Esto se debe principalmente a la carencia de métodos eficaces y económicos para proporcionar un aceite de buena calidad a partir de biomasa microbiana.

Los métodos disponibles para extraer aceite o lípidos a partir de la biomasa microbiana necesitan normalmente que la biomasa se deseque y/o que las células se destruyan. El desecado de la biomasa consume mucha energía y se lleva a cabo, por ejemplo, después de la centrifugación por secado por contacto, secado por aerosol o incluso secado por congelación. El contenido de agua o el contenido de materia seca típico dependen del material microbiano utilizado. Normalmente, se pueden alcanzar contenidos de materia seca del 15 al 40 % por peso con técnicas de recolección celular tradicionales tales como centrifugación o filtración. Esencialmente, se busca que el contenido de agua libre sea tan bajo como sea posible con el fin de maximizar los rendimientos de extracción.

Un método alternativo para obtener aceite a partir de biomasa es aplicar extractantes no selectivos que normalmente producen un aceite que contiene altas cantidades de impurezas. Las impurezas tales como metales, fósforo y aminoácidos producen problemas, por ejemplo en la producción de combustible en forma de venenos de catálisis y/o materiales corrosivos. Por lo tanto, a menudo es necesario utilizar un procesamiento posterior para eliminar estos componentes indeseables del producto de aceite extraído.

Especialmente, la alta cantidad de fosfolípidos en la biomasa microbiana, es decir, la cantidad de lípidos de membrana en el contenido lipídico total, es problemática. Estos fosfolípidos están normalmente en forma de sales metálicas que proporcionan un alto contenido metálico en el aceite. Tradicionalmente, estos fosfolípidos se han eliminado de la fracción cruda de bioaceite antes de procesos posteriores tales como el refinado por procesos catalíticos.

En general, los métodos disponibles adolecen o bien de falta de selectividad para producir aceite de buena calidad o de poco rendimiento, que se compensan con etapas adicionales de procesamiento o selección de condiciones de procesamiento antieconómicas.

El documento US2007218175 desvela un método para extraer un aceite de un vegetal con alquil ésteres de ácidos grasos a temperaturas de 15 ºC a 180 ºC. Los inventores informan que se obtienen mejores rendimientos con temperaturas más altas, pero que por otra parte, las altas temperaturas dan como resultado productos de aceite con cantidades de fósforo más altas. El uso de altas temperaturas de extracción, por tanto, no se considera ventajoso y no se desvela la extracción de la biomasa microbiana húmeda.

El documento US4857329 desvela un método de extracción en el que se realiza la extracción de hongos utilizando un disolvente en un estado supercrítico o una mezcla de un disolvente en estado supercrítico y un co-disolvente seleccionado de entre butano, pentano, hexano, heptano y ciclohexano. Las presiones aplicadas con el fin de proporcionar el estado supercrítico están en el intervalo de 200-600 kg/cm2. Las células fúngicas se deshidratan hasta un contenido de humedad del 50-70 %, se calientan a temperaturas de 150-200 ºC y se realiza la extracción con al menos un disolvente en estado supercrítico a temperaturas por debajo de 90 ºC. No se dan los análisis de las impurezas contenidas en el producto de aceite obtenido.

El documento WO2008034109 desvela un método para recuperar ácidos grasos en forma de alquil ésteres a partir de biomasa microbiana, tal como microalgas, bacterias y hongos. La biomasa se trata a altas temperaturas hasta de 450 ºC y presión elevada, tal como hasta 40 MPa (aproximadamente 400 bares). Este tratamiento a alta temperatura tiene como objetivo y da como resultado la destrucción de las células y la formación de una fase oleosa. Se añade un alcohol, tal como el metanol o etanol a la fase oleosa y se forman alquil ésteres (FAME o FAEE). Se pueden utilizar co-disolventes, tales como alcanos, y catalizadores, tales como ácidos orgánicos. Las reacciones de esterificación necesitan esencialmente un ambiente libre de agua y la presencia de una alta cantidad de alcohol.

El documento WO2008/134836 desvela un proceso para producir biodiesel y/o gasóleo. Se proporciona un método de extracción por licuefacción termopresurizada de levaduras y algas productoras de aceite. Este método de

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extracción comprende la mezcla de hexano, pasta de biomasa con un 70 % de humedad y esferas chinas en un vaso de presión a una temperatura de aproximadamente 120 ºC y una presión de 7 bares. Durante el mezclado las células de la biomasa se destruyen y el aceite se libera a la fase de disolvente. En una realización, la biomasa productora de aceite se licúa en un reactor en presencia de catálisis química, preferentemente con álcalis. En esta

5 realización particular, la temperatura interna del reactor puede variar entre 120 ºC y 400 ºC y la presión interna puede variar entre 1 MPa y 5 MPa.

El objetivo de la presente invención es proporcionar un método de extracción eficaz de lípidos, especialmente triglicéridos, a partir de biomasa húmeda.

10 Un objetivo más de la presente invención es proporcionar un método para la producción eficaz de lípidos a partir de biomasa húmeda en el que el producto lipídico tiene un contenido de impurezas, como fósforo y/o metales perjudiciales, muy bajo.

15 Otro objetivo más de la presente invención es proporcionar un método para producir lípidos adecuados para su uso en procesos de refinado catalítico para la producción de varios componentes hidrocarbonados, biocombustible y diésel renovable.

Sumario de la invención

20 Los inventores han encontrado que el aceite lipídico se obtiene con un buen rendimiento cuando la biomasa microbiana húmeda se extrae bajo temperatura y presión elevadas. Además, la calidad del aceite recuperado es, con mucho, mejor al compararse con la extracción en condiciones y temperaturas de extracción convencionales. Se encontró que el aceite recuperado tenía un contenido metálico y de fósforo bajo. Utilizando las extracciones

25 convencionales, como en la extracción con hexano y evaporación con hexano a 100 ºC como temperatura máxima típica, el contenido metálico del aceite extraído era claramente más alto.

La presente invención proporciona un método para mejorar la pureza y/o el rendimiento del aceite que se origina de biomasa microbiana húmeda como se describe en la reivindicación 1.

30 Por ejemplo, los fosfolípidos normalmente tienden a acumularse en la fase oleosa junto con los lípidos neutros al extraerse de la biomasa microbiana. El producto de extracción obtenido de la presente invención contiene principalmente grasas y aceites en forma de triglicéridos.

35 Una ventaja importante de la presente invención es que no es necesario consumir energía en el secado antes de llevar a cabo la extracción de la biomasa húmeda. Tampoco es necesaria la destrucción mecánica de las células microbianas con el fin de aumentar el rendimiento en aceite.

Además, el contenido de impurezas y especialmente el contenido de fósforo del aceite descienden drásticamente lo 40 que potencia el ciclo de vida de catálisis en los procesos posteriores de refinado del aceite y reduce la necesidad de pretratamientos adicionales. Además, se puede aumentar el rendimiento total de aceite.

En el método de la presente invención se evita por tanto la necesidad de un pre o post procesamiento para eliminar los fosfolípidos antes de las etapas de refinado. 45

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 muestra el rendimiento en aceite como un porcentaje de la cantidad de lípidos total y los niveles de impurezas en función de la temperatura de extracción para las microalgas Nannochloropsis, extraída con 50 heptano según el ejemplo 1.

La figura 2 muestra el rendimiento en aceite y los niveles de impurezas en función de la temperatura de extracción para la microalga Nannochloropsis extraído con heptano según el ejemplo 2.

55 La figura 3 muestra el rendimiento en aceite y los niveles de impurezas en función de la temperatura de extracción para la bacteria Rhodococcus extraída con heptano de acuerdo con el ejemplo 3,

La figura 4 muestra el rendimiento en aceite y los niveles de impurezas en función de la temperatura de extracción para la microalga Chlorella extraído con heptano de acuerdo con el ejemplo 4.

60 La figura 5 muestra el rendimiento en aceite y los niveles de impurezas en función de la temperatura de extracción para hongos Mortierella extraído con heptano de acuerdo con el ejemplo 5.

La figura 6 muestra el rendimiento en aceite y los niveles de impurezas en función de la temperatura de 65 extracción para la microalga desecada Dunaliella extraído con heptano de acuerdo con el ejemplo comparativo 1.

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La figura 7 muestra el rendimiento en aceite y los niveles de impurezas en función de la temperatura de extracción para la bacteria desecada Rhodococcus de acuerdo con el ejemplo comparativo 2.

Descripción detallada de la invención

5 El término “lípido” se refiere a una materia grasa, cuya molécula contiene generalmente, en una parte, una cadena hidrocarbonada alifática, que se disuelve en disolventes orgánicos no polares pero que es poco soluble en agua. Los lípidos son un grupo esencial de grandes moléculas en las células vivas. Los lípidos comprenden, por ejemplo, grasas, aceites, ceras, ésteres de ceras, esteroles, terpenoides, isoprenoides, carotenoides, polihidroxialcanoatos,

10 ácidos grasos, alcoholes grasos, ésteres de ácidos grasos, fosfolípidos, glucolípidos, esfingolípidos y acilgliceroles, tales como monoglicéridos, (monoacilglicerol), diglicéridos (diacilglicerol) o triglicéridos (triacilglicerol, TAG).

En la presente invención los lípidos que se desean recuperar en el producto incluyen grasas, aceites, ceras y ácidos grasos y sus derivados.

15 Por la expresión “biomasa microbiana” se quiere definir la biomasa derivada de o que contiene microorganismos incluyendo bacterias, cianobacterias, hongos tales como levaduras, hongos filamentosos, y mohos, arqueas, protistas, plantas microscópicas tales como algas y microalgas, plancton y planarias. La mayoría de los microorganismos son unicelulares, es decir, formados por una sola célula, sin embargo, algunos organismos

20 multicelulares también son microscópicos. Los microorganismos acumulan fácilmente lípidos o han sido modificados genéticamente para acumular lípidos o para mejorar la acumulación de lípidos.

En una realización preferida de la presente invención la biomasa microbiana que contiene el lípido se selecciona de entre el grupo de bacterias, cianobacterias, hongos tales como levaduras, hongos filamentosos. y mohos, arqueas, 25 protistas, plantas microscópicas tales como algas y microalgas, plancton y planarias, más preferentemente

microalgas, bacterias, hongos, hongos filamentosos, mohos y levaduras.

En una realización preferida la biomasa microbiana comprende géneros de microalgas que comprenden Dunaliella , Chlorella , Botryococcus, Brachiomonas, Chlorococcum, Crypthecodinium, Euglena, Haematococcus, Chlamydomas, 30 Isochrysis, Pleurochrysis, Pavlova, Prototheca, Phaeodactylum, PseudoChlorella , ParaChlorella , Bracteococcus, Scenedesmus, Skeletonema, Chaetoceros, Nitzschia, Nannochloropsis, Navicula, Nannochloris, Scihizochytrium, Sceletonema, Thraustochytrium, UIkenia, Tetraselmis y Synechocystis. Se encontró que el método era particularmente eficaz con las microalgas seleccionadas de entre el grupo que consiste en Nannochloropsis sp., Dunaliella sp. tal como Dunaliella tertiolecta; Phaeodactylum sp. tal como Phaeodactylum tricornutum; y Chlorella sp.

35 tal como Chlorella pyrenoidosa capaz de incorporar un alto contenido lipídico.

En otra realización preferida la biomasa microbiana comprende especies fúngicas, especialmente especies fúngicas filamentosas, que pertenecen a los siguientes géneros Aspergillus, Mortierella , Chaetomium, Claviceps, Cladosporidium, Cunninghamella, Emericella, Fusarium, Glomus, Mucor, Paecilomyces, Penicillium, Pythium,

40 Rhizopus, Trichoderma, Zygorhynchus, Humicola, Cladosporium, Malbranchea, Ustilago especialmente aquellas especies que tienen altas cantidades de lípidos y ácidos grasos esenciales. Preferentemente, la biomasa microbiana comprende Mortierella isabellina, Mucor, Aspergillus o Rhizopus.

En otra realización preferida más la biomasa microbiana comprende levaduras oleaginosas que pertenecen a los

45 siguientes géneros Clavispora, Deparyomyces, Pachysolen, Kluyveromyces, Galactomyces, Hansenula, Saccharomyces, Waltomyces, Endomycopsis, Cryptococcus, tal como Cryptococcus curvatus, Rhodosporidium, tal como Rohodosporidium toruloides, Rhodotorula, tal como Rhodotorula glutinis, Yarrowia, tal como Yarrowia lipolytica, Pichia, tal como Pichia stipitis, Candida tal como Candida curvata, Lipomyces tal como Lipomyces starkeyi y Trichosporon tal como Trichosporon cutaneum o Trichosporon pullulans que acumulan lípidos fácilmente o que

50 están modificadas genéticamente para producir lípidos. Más preferentemetne, las levaduras comprenden Lipomyces, Rhodosporidium, o Cryptococcus.

En otra realización preferida más la biomasa microbiana comprende bacterias que pertenecen a los siguientes géneros Acinetobacter, Actinobacter, Alcanivorax, Aerogenes, Anabaena, Arthrobacter, Bacillus, Clostridium, Dietzia,

55 Gordonia, Escherichia, Flexibacterium, Micrococcus, Mycobacterium, Nocardia, Nostoc, Oscil-latoria, Pseudomonas, Rhodococcus, Rhodomicrobium, Rhodopseudomonas, Shewanella, Shigella, Streptomyces y Vibrio. Más preferentemente las bacterias comprenden Rhodococcus opacus, Acinetobacter, Nocardia o Streptomyces.

En la presente invención se proporciona un método para recuperar lípidos a partir de biomasa microbiana. El método 60 comprende al menos las siguientes etapas:

(i) Proporcionar biomasa microbiana húmeda que contiene lípidos, sin destruir las paredes celulares de la biomasa, para la extracción. No se necesita una etapa de destrucción mecánica externa antes de someter la biomasa a la extracción para conseguir la penetración del extractante en contacto con los lípidos.

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(ii) Extracción a partir de dicha biomasa microbiana húmeda con un líquido extractante a temperaturas elevadas de 170 ºC a 300 ºC y elevada presión, preferentemente más de 2 bar, pero que normalmente se determina por la temperatura seleccionada en el sistema de extracción cerrado, en el que la combinación de temperatura y presión es tal que dichos lípidos en dichas células se ponen en contacto con dicho extractante.

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(iii) Posteriormente, los lípidos extraídos se recuperan de o con dicho extractante.

La biomasa que se va a procesar puede obtenerse directamente del medio de cultivo o crecimiento con un sistema tal como un reactor. La biomasa adecuada comprende también biomasa congelada. La biomasa que se va a

10 procesar se trata por métodos generalmente conocidos, tales como centrifugación, filtración, decantación flotación o sedimentación posiblemente asistida por floculación, para eliminar el exceso de agua o la solución de crecimiento acuosa. La biomasa de microalgas, bacterias, arqueas, hongos filamentosos, mohos o levaduras preferentemente se filtran o centrifugan antes del procesamiento. Por otro lado, la biomasa de cultivo en estado sólido, cultivo inmovilizado o similar se puede empapar en medio acuoso, si fuera necesario.

15 Por el término “húmedo” se quiere definir la biomasa microbiana que se origina de una solución de cultivo acuosa y de la que se elimina el exceso de agua por procesos de eliminación de agua comunes de poco consumo energético, tales como filtración o similar y no es específicamente un secado. De manera alternativa, la biomasa microbiana sólida seca se puede empapar para obtener una forma acuosa.

20 En una realización preferida el contenido de agua de la biomasa microbiana húmeda es adecuadamente alta para capacitar la transferencia de masa por medios de bombeo normales.

La biomasa microbiana secada o “seca” tiene normalmente un contenido de agua de aproximadamente el 10 %, o

25 menos, en la que el agua es agua unida, es decir, agua dentro de la estructura celular. Las necesidades típicas de conservación son un contenido de agua de menos de aproximadamente el 13 %. Cuando la biomasa no se seca específicamente además del agua unida hay agua libre que no está unida en la estructura microbiana. Este contenido de agua libre depende del tipo de biomasa microbiana y del método de eliminación de agua que se utilice. En la presente invención la biomasa microbiana húmeda tiene agua libre y el contenido de agua es preferentemente

30 al menos del 60 % por peso, más preferentemente al menos del 65 %, más preferentemente al menos del 70 %, tal como al menos del 75 % o en el caso de algas más del 80 %. Especialmente cuando se centrifuga la biomasa de algas el contenido de agua es aproximadamente del 65 al 80 %.

El método de la presente invención es adecuado para tratar biomasa desecada también. El contenido de materia

35 seca de las biomasas desecadas ensayadas es preferentemente desde el 95-98 % por peso. Sin embargo, como la biomasa recolectada generalmente es húmeda, es decir recolectada de cultivos acuosos se pierde una ventaja importante si la biomasa se somete primero al secado que consume una energía innecesaria antes de la extracción.

Además, el agua es beneficiosa para formar la segunda fase además del disolvente de extracción para acoger los

40 residuos no deseados tales como metales, compuestos de fósforo, azúcares y similares. En este punto estos se pueden adherir a la superficie de los residuos de la biomasa pero principalmente residirán en la fase acuosa.

Después de eliminar el exceso de agua de la biomasa que se va a tratar en el método de la presente invención el contenido de materia seca de la biomasa está por debajo del 70 % por peso, preferentemente menos del 45 %, más

45 preferentemente menos del 40 %. Dependiendo de la biomasa microbiana acuosa que se va a tratar el contenido de materia seca será tan bajo como del 4 % por peso. Sin embargo, preferentemente el contenido de materia seca es al menos del 5 % por peso, más preferentemente al menos del 10 %, más preferentemetne al menos del 11 %, tal como del 19 al 38 %.

50 De acuerdo con la presente invención la biomasa microbiana húmeda se provee a una unidad de extracción que se purga opcionalmente con gas inerte, preferentemente nitrógeno, para evitar o minimizar las posibles reacciones con el gas ambiente, y opcionalmente se fija a una sobrepresión de 1-5 bares medida en el reactor cerrado antes de comenzar el calentamiento y el proceso de extracción. Posteriormente, la biomasa se somete a una temperatura y presión elevadas.

55 La temperatura de extracción se eleva hasta una temperatura de 170 ºC a 300 ºC o menos cuando se produce normalmente la pirolisis a temperaturas más altas, preferentemente de 175 ºC a 270 ºC, más preferentemente de 185 ºC a 260 ºC, más preferentemente de 190 ºC a 250 ºC, tal que desde 200 ºC a 245 ºC. El intervalo de temperaturas preferido depende de alguna manera del tipo de biomasa microbiana utilizada. La selección de la

60 temperatura óptima depende no solo del máximo de rendimiento o pureza a obtener sino también del uso que se desee dar al aceite y al residuo. Por ejemplo, si el uso posterior es un proceso de refinamiento de biocombustible catalítico se fijan los criterios para el veneno catalítico es decir contenido metálico o de fósforo. No es necesario optimizar el proceso más después de alcanzar los valores suficientes mínimos. Además, la calidad del lípido recuperado, tal como el contenido de TAG por ejemplo, varía dependiendo de los parámetros de procesamiento

65 utilizados. La calidad del residuo depende de la temperatura de extracción utilizada. El residuo puede destinarse a la

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combustión para crear energía cuando se utilizan temperaturas más altas. La utilización del residuo para alimentación o pienso se consigue por la aplicación de temperaturas de extracción más bajas.

La presión de extracción se eleva debido al aumento de temperatura como ocurre normalmente cuando se utilizan

5 vasos de presión cerrados o reactores. La presión de extracción depende de la temperatura seleccionada, el disolvente seleccionado es decir el punto de ebullición y la presión de vapor del mismo y el volumen muerto del reactor. Un experto en la técnica puede ser capaz de determinar el valor de la presión basándose en el cálculo teórico utilizando estos parámetros. En un modo de operación por lotes el volumen efectivo es normalmente del 65 % mientras que aproximadamente el 35 % es volumen muerto. Preferentemente, los disolventes se eligen con una

10 cantidad de al menos el 95 %, preferentemente el 98 %, más preferentemente el 99 %, estando los mismos en fase líquida. Un intervalo de presión preferido es de 5 bares a 100 bares, más preferentemente de 10 a 80 bares, más preferentemente de 20 a 70 bares, tales como desde 25 a 60 bares. Se fija el límite de la temperatura diana para el contenido máximo de agua, y opcionalmente de alcohol, durante la extracción del aceite. Estos componentes normalmente tienen altas presiones de vapor y por lo tanto en los casos adecuados, preferentemente, parte del agua

15 o el alcohol se eliminan por destilación durante el estado de calentamiento. Esto posibilita alcanzar la temperatura determinada con el extractante elegido. O de manera alternativa, la cantidad de alcohol tiene que limitarse o disminuirse en comparación con el extractante primario tal como los hexanos o heptanos.

El motivo para aumentar la temperatura de extracción y la presión es hacer posible un mejor contacto entre el

20 extractante y los lípidos. Sin querer quedar ligados por teoría alguna se anticipa que las interacciones débiles en el material disminuyen debido a la alta temperatura permitiendo al disolvente interactuar con los componentes lipídicos. El contenido de agua de las células de la biomasa microbiana puede ser responsable de que los lípidos de la estructura celular estén disponibles para entrar en contacto con el extractante mientras se someten a alta temperatura y presión liberando de esta manera los lípidos que contienen. Se encontró que se facilitaba la

25 extracción descrita por el aumento del rendimiento de lípido extraído y el aumento de pureza de los lípidos extraídos.

Los extractantes adecuados para su uso en la presente invención son los disolventes orgánicos no polares que son esencialmente, o preferentemente totalmente, no miscibles con agua. La miscibilidad con la fase acuosa da como resultado una pérdida del rendimiento y posibles dificultades en la separación de fases. Es posible utilizar cualquier

30 tipo de disolvente que disuelve lípidos, pero los disolventes preferidos son alcanos alifáticos de cadena larga, o cíclicos C3-C16, más preferentemente alcanos C5-C12. Los alcanos más preferidos comprenden hexano, heptano u octano o mezclas de los mismos.

De acuerdo con una realización, se puede utilizar la mezcla de alcanos adecuados para refinar aceite tal como los

35 de la destilación de diferentes fracciones de gasolina. Preferentemente, estas fracciones contienen heptano y/o octano. Un ejemplo de disolvente adecuado son las fracciones de destilación de las refinerías de petróleo como mezclas de disolventes hidrocarbonados bajos en aromáticos o libres de aromáticos tales como NESSOL LIAV 110 (pb. 85-110 ºC, disponible en Neste Oil), LIAV 230 (bp. 175-225 ºC) y similares.

40 La extracción se lleva a cabo utilizando líquidos extractantes. Esto significa que la presión del vaso de extracción tiene que ser tal que el extractante permanezca en estado líquido. Como la extracción se lleva a cabo con un extractante en forma líquida la temperatura y presiones no pueden ser tales que el extractante esté en estado supercrítico.

45 La extracción se lleva a cabo de manera convencional. El rendimiento que se desea es un rendimiento eficaz determinado por el coste económico del proceso total.

De acuerdo con una realización, en la operación por lotes, la biomasa se deja en un reactor de presión cerrado junto con el disolvente de extracción. El vaso opcionalmente se purga con un gas inerte y entonces se cierra y se calienta 50 a la temperatura deseada. El rendimiento de lípido recuperado aumenta al incrementar la cantidad de disolvente de extracción. Preferentemente, la cantidad de materia seca de biomasa con respecto a la cantidad total de extractante es desde 1:1 a 1:20, más preferentemente de 1:2 a 1:15, más preferentemente 1:2,5 a 1:6. La extracción se lleva a cabo bajo mezclado vigoroso o eficaz para asegurar un contacto uniforme y eficaz entre el disolvente y la biomasa. El tiempo que se deja va desde decenas de minutos a unas pocas horas dependiendo de la temperatura, el tipo de

55 biomasa, el disolvente y el tamaño del lote.

En una realización la cantidad de materia seca de biomasa cuando se utiliza biomasa desecada con respecto a la cantidad de disolvente es aproximadamente de 1:5.

60 La extracción se puede llevar a cabo a escala industrial en modo continuo sea contra corriente o a favor de corriente modificando el aparato y los detalles del proceso por un experto en la técnica.

Después de la extracción, los lípidos, grasas y aceites deseados que se recuperan se encuentran en la fase orgánica de extracción. Se pueden separar del disolvente orgánico por medios convencionales tales como

65 destilación o evaporación o se pueden utilizar tal cual para posteriores procesamientos.

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En una realización los lípidos recuperados en la mezcla con el extractante se utilizan tal cual para procesos de refinado catalítico de aceite para biocombustible.

En otra realización el extractante se separa y se recicla de nuevo en el proceso de extracción para reutilizarlo.

5 Normalmente, el rendimiento es al menos aproximadamente del 70 % como porcentaje del contenido lipídico total, preferentemente más de aproximadamente el 80 %, o más preferentemente más del 85 % o incluso más del 90 %, dependiendo de los parámetros de procesamiento seleccionados, la biomasa y los valores de pureza deseados que se pretendan. En el caso del alga Nannochloropsis se obtienen más del 90 % de rendimiento mientras que en

10 Chlorella o Dunaliella el rendimiento es ligeramente menor del 80 al 85 %. Los rendimientos para bacterias, tales como Rhodococcus, es generalmente alto, aproximadamente del 80 %, preferentemente superior al 90 %, dependiendo de la temperatura seleccionada.

En otra realización más de la presente invención, además del primer extractante orgánico no polar se añade al

15 menos un extractante líquido secundario capaz de penetrar las paredes celulares de las especies microbianas contenidas en dicha biomasa. En la etapa de extracción se forman dos fases, concretamente, una fase acuosa que comprende el extractante secundario y una fase orgánica que comprende el extractante primario. Se prefiere el agua para formar la segunda fase además del disolvente de extracción para albergar los residuos no deseados tales como metales, compuestos de fósforo, azúcares y similares. De alguna manera estos residuos se pueden adherir a la

20 superficie del resto de la biomasa pero principalmente residen en la fase acuosa. Preferentemente el extractante secundario comprende un disolvente orgánico hidrosoluble. Más preferentemente este disolvente orgánico es alcohol soluble en agua, ácidos tales como el ácido acético o el ácido fórmico, o cetonas tal como la acetona. Más preferentemente el disolvente orgánico es un alcohol seleccionado de entre metanol, etanol, isopropanol y propanol. Estos dos componentes de extracción esencialmente son inmiscibles entre ellos después de que tiene lugar la

25 extracción. El extractante puede disolverse uno en otro antes de la extracción. Los extractantes pueden formar un sistema de dos fases antes y/o después de la extracción, pero al menos lo formará después. El agua y la baja cantidad de alcohol presente en la extracción suprime la transesterificación no deseada, preferentemente la cantidad de ésteres que se forman está por debajo del 3 % por peso.

30 En realizaciones más preferidas de extracción en dos fases, las parejas de extractante primario y secundario son metanol y/o etanol con heptano y/u octano, respectivamente. Un ejemplo más de extractante primario es una mezcla de disolventes HC bajos en aromáticos o libres de aromáticos tales como NESSOL LIAV 110 y similares. La relación de los extractantes utilizados tales como heptano y etanol para tratar la biomasa celular debería estar entre límites razonables incluso si el aumento de la cantidad de extractante produjera el aumento del rendimiento. La cantidad de

35 materia seca de biomasa respecto a la cantidad total de extractante es de 1:1 a 1:20, más preferentemente de 1:2 a 1:15, más preferentemente de 1:2,5 a 1:6. La relación del extractante secundario con respecto al extractante primario es de 1:10 a 2:1. La mayor cantidad de extractante secundario es especialmente útil para biomasas que se basan en ciertas bacterias y para inhibir la formación de emulsiones en agua irreversibles.

40 Una ventaja importante en el método de la presente invención es que la alta cantidad de fosfolípidos ya no está presente esencialmente en la fase oleosa. La extracción a alta temperatura claramente aumenta la selectividad de los lípidos hacia la fase oleosa mientras que el fósforo y los metales permanecen en la fase acuosa.

El contenido de fósforo del producto lipídico extraído y posiblemente separado en el método de la presente invención

45 desciende drásticamente en comparación con el contenido de los lípidos extraídos a temperaturas más bajas. La extracción por debajo de 170 ºC produce un contenido de fosfolípidos de más de 500 ppm o incluso de 2000 ppm para tales especies heterotróficas incluyendo ciertas algas y hongos filamentosos, o incluso de 2000-5000 ppm para algas autotróficas, y por ejemplo para Rhodococcus. En el método de la presente invención el contenido de fósforo disminuye a menos de 20 ppm, preferentemente a menos de 15 ppm, o incluso menos de 10 ppm.

50 Utilizando el método de la presente invención el contenido metálico de los lípidos extraídos o la mezcla de lípidos en el extractante disminuye aproximadamente una vigésima o incluso una centésima parte del contenido de los lípidos extraídos a bajas temperaturas. El producto lipídico obtenido en la presente invención contiene solo una cantidad claramente disminuida de metales o sales metálicas. Las impurezas perjudiciales típicas comprenden Al, Cr, Cu, Fe,

55 Mg, Ni, Pb, Zn y Mn que son perjudiciales por ejemplo para el refinado de aceite catalítico. De acuerdo con la presente invención, el contenido metálico total preferentemente disminuye desde varios cientos de ppm a intervalos razonables tales como unos pocos cientos de ppm para algas de agua salada cultivadas autotróficamente, o menos de 20 ppm, preferentemente menos de 10 ppm, más preferentemente menos de 5 ppm, para las especies cultivadas heterotróficamente dependiendo de la combinación de temperatura y disolvente que se utilice.

60 En las condiciones de extracción de alta temperatura y presión de la presente invención los compuestos de tipo emulsionante o detergente que residen en la biomasa microbiana se descomponen o permanecen en la fase acuosa y por tanto no interfieren en los procesos de refinado de aceite posteriores.

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En un aspecto más de la presente invención los lípidos recuperados producidos por los métodos descritos anteriormente se utilizan en la producción de biodiesel, diésel renovable, combustible de inyección, gasolina o componentes con base de aceite.

5 En una realización preferida los lípidos recuperados de la biomasa microbiana húmeda con el método de acuerdo con la invención se utilizan como materia prima para la producción de biodiesel, diésel renovable, combustible de inyección, gasolina o componentes con bese de aceite y similares. Por el término “biodiesel” se quiere definir que consiste en alquil ésteres de ácidos grasos, y se producen normalmente por transesterificación. En la transesterificación, los acilgliceroles se convierten en alquil ésteres de ácidos grasos de cadena larga, tales como

10 metil, etil o propil ésteres. Por la expresión “diésel renovable” se quiere definir un combustible que se produce por tratamiento de lípidos con hidrógeno, tal como desoxigenación con hidrógeno, hidrogenación o procesamiento con hidrógeno. En el tratamiento con hidrógeno, los acilgliceroles se convierten en los alcanos correspondientes es decir parafinas. Las parafinas se pueden modificar posteriormente por isomerización o por otros procesos alternativos. El proceso de diésel renovable se utiliza opcionalmente para producir combustible de inyección y/o gasolina. Además,

15 se puede llevar a cabo la ruptura de lípidos para producir biocombustibles. Además, los lípidos se utilizan preferentemente como biocombustibles directamente sin un tratamiento posterior en ciertas aplicaciones.

La invención se ilustra a continuación por ejemplos pero no está restringida por estos.

20 Ejemplos

El reactor de presión utilizado para los experimentos fue el modelo 4843 de Parr Instruments. El heptano era nheptano puro al 99 % (de J.T. Baker).

25 Se utilizó en el análisis el Cromatógrafo de Gases (GC) 6890 de Agilent Technologies, y el analizador de Plasma Acoplado de Iones (ICP) que se utilizó era un Optima 7300 DV de Perkin Elmer.

Ejemplo 1

30 La biomasa de algas que se utilizó contenía una gran cantidad de metales y fósforo debido al cultivo autotrófico en agua marina salada y tenía un alto contenido de fosfolípidos de las células. El peso seco de la biomasa centrifugada era del 33 % por peso y la materia seca contenía un 21 % por peso de lípidos.

El contenido de materia seca de la biomasa original sin tratar se determinó secando la biomasa a 105 ºC en el

35 horno, y el contenido de lípidos de la biomasa original sin tratar se determinó por GC tras la saponificación y metilación de los lípidos.

Se pesaron 150 g de células centrifugadas de biomasa húmeda, que se habían obtenido del cultivo de microalgas Nannochloropsis, y 150 g de heptano en un reactor de presión con agitación de 1000 ml. El vaso cerrado se calentó 40 a las temperaturas de extracción preseleccionadas, 160 ºC, 180 ºC, 200 ºC y 225 ºC, y se mantuvieron así durante 60 minutos y luego se dejó enfriar hasta aproximadamente 30 ºC. La mezcla de células-disolvente se agitó continuamente dentro del reactor de presión a una velocidad de 500 rpm durante la extracción, El reactor se abrió y la fase heptano-aceite se separó de la biomasa y de la fase acuosa por centrifugación (10 min., 4430 rpm) y se dejó en un embudo de decantación. La fase heptano-aceite se evaporó en un rotavapor. El aceite se pesó. Se analizó el

45 contenido total de ácidos grasos con GC tras la saponificación y metilación de los lípidos. Los contenidos en metales y fósforo se determinaron por análisis ICP.

El rendimiento de aceite, es decir, el total de ácidos grasos extraídos en comparación con el total de lípidos en la biomasa antes de la extracción y el contenido metálico total que incluye Mg, Na, Ca, Cu, Zn, Al, Cr, Ni, Mn, V y Pb y

50 el contenido de fósforo del aceite en función de la temperatura de extracción se muestran en la Figura 1.

[000] La tabla 1 muestra la cantidad de cada impureza metálica, impureza de fósforo y rendimiento de aceite de los aceites extraídos a diferentes temperaturas.

55 El rendimiento de aceite aumenta con el aumento de temperatura. Se puede ver un gran descenso en el contenido de fósforo cuando la temperatura de extracción se aumenta de 160 ºC a 200 ºC (2810 ppm y 225 ppm). El contenido de fósforo es el más bajo, 7,3 ppm, en el aceite extraído a 225 ºC. El contenido metálico desciende correlativamente con el contenido de fósforo, el contenido metálico total era el más bajo, 135 ppm, en el aceite extraído a 225 ºC. Tabla 1.

Aceite extraído a 160 ºC: Aceite extraído a 180 ºC Aceite extraído a 200 ºC Aceite extraído a 225 ºC

P (ppm): 2810 2220 225 7,3

Mg (ppm): 489 92,8 40 1,6

Na (ppm): 1990 2350 152 79,9

Ca (ppm): 189 8,2 14 2,4

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Cu (ppm): 61 40 39 23,6

Zn (ppm): 65 54,8 51 23,9

Pb (ppm): 133 < 0,4 < 1 < 0,4

Al (ppm): 1,5 0,2 < 1 0,3

Cr (ppm): 0,6 0,2 < 1 0,2

Ni (ppm): 2,5 1,2 < 1 2,8

Mn (ppm): 3,3 1,1 < 1 0,2

V (ppm): < 0,1 0,6 < 1 < 0,1

Suma de metales (ppm): 2815 2549 296 135

Rendimiento en aceite (%): 82,6 78,3 86,9 94,6

Este ejemplo indica que el aceite de algas que contiene menos de 10 ppm de fósforo se obtiene con un rendimiento de aceite del 95 % utilizando el método de la presente invención. La calidad del producto de aceite está marcadamente mejorada, es decir, los contenidos en fósforo y metales disminuyen cuando la temperatura de

5 extracción de la biomasa húmeda se aumenta hasta 200 ºC o incluso más cuando se aumenta a 225 ºC.

Ejemplo 2

Al igual que en el ejemplo 1, la biomasa de algas utilizada contenía una gran cantidad de metales y fósforo debido

10 al cultivo autotrófico en agua marina salada y tiene un alto contenido de fosfolípidos de las células. En este ejemplo, el peso seco de la biomasa centrifugada era del 19 % y la materia seca contenía un 13 % de lípidos.

Se pesaron 300 g de células centrifugadas de biomasa húmeda, obtenida por cultivo de microalgas Nannochloropsis, y 300 g de heptano en un reactor de presión con agitación de 1000 ml. La extracción se llevó a

15 cabo de la misma manera que en el ejemplo 1.

El rendimiento de aceite, es decir, el total de ácidos grasos extraídos en comparación con el total de lípidos en la biomasa antes de la extracción, y el total de metales (Mg, Na, Ca, Cu, Zn, Al, Cr, Ni, Mn, V, Pb) y contenido de fósforo en el aceite en función con la temperatura de extracción se muestran en la Figura 2.

20 La Tabla 2 muestra la cantidad de cada metal, fósforo y rendimiento de aceites extraídos a diferentes temperaturas.

Tabla 2.

Aceite extraído a 180 ºC: Aceite extraído a 200 ºC Aceite extraído a 225 ºC Aceite extraído a 235 ºC

P (ppm): 1810 808 13 5,6

Mg (ppm): 312 190 201 47,2

Na (ppm): 1220 808 671 196

Ca (ppm): 108 154 241 57,6

Zn (ppm): 165 234 152 64,4

Cu (ppm): 8,7 443 48,7 68,6

Ni (ppm): 1,8 2,1 2,5 2,6

Sn (ppm): 1,5 1,8 1,3 0,6

Mn (ppm): 0,3 0,5 0,9 0,6

V (ppm): 0,2 0,2 0,2 0,2

Pb (ppm): < 0,4 < 0,4 0,4 0,7

Cr (ppm): 0,2 < 0,1 0,1 < 0,1

Suma de metales (ppm): 1818 1435 1319 439

Rendimiento lipídico (%): 79 87,7 82,3 95,0

La biomasa con el contenido lipídico más bajo y más agua necesitaba una temperatura de extracción más alta al 25 compararse con el ejemplo 1 con el fin de obtener un 80 % por peso de lípidos extraídos. A 235 ºC el rendimiento de aceite era muy alto del 95 % y el contenido de fósforo bajo de 5,6 ppm. El nivel de metales total era 439 ppm.

Este ejemplo indica que la calidad del aceite mejora, es decir, el contenido de metales y fósforo disminuye cuando la temperatura de extracción de la biomasa húmeda aumenta por encima de 200 ºC, o incluso es mejor cuando sube 30 a235ºC.

Ejemplo 3

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Se pesaron 300 g de células centrifugadas, obtenidas del cultivo de Rhodococcus, una bacteria gram-positiva, y 300 g de heptano en un reactor de presión con agitación de 1000 ml. La extracción se llevó a cabo de la misma manera que en el ejemplo 1.

La biomasa bacteriana tenía en este experimento un contenido de materia seca del 31 % y la materia seca tenía un 5 contenido lipídico del 37 % y contenía alguna cantidad de sales.

El rendimiento en aceite, es decir, el total de ácidos grasos extraído en comparación con los lípidos totales en la biomasa antes de la extracción, y el contenido metálico total (Mg, Na, Ca, Cu, Zn, Al, Cr, Ni, Mn, V, Pb) y contenido de fósforo en el aceite en función de la temperatura de extracción se muestran en la Figura 3.

10 La Tabla 3 muestra la cantidad de contenido metálico y fósforo en el aceite extraído así como el rendimiento en aceite a diferentes temperaturas.

Este ejemplo indica que el rendimiento de aceite de la biomasa bacteriana aumenta al aumentar la temperatura de

15 extracción, El contenido de fósforo y metales desciende al aumentar la temperatura de extracción. A 200 ºC se extrae el 92,6 % del total de lípidos con un contenido de fósforo de 12,7 ppm y la cantidad total de metales es de 32 ppm. Tabla 3.

Aceite extraído a 100 ºC: Aceite extraído a 130 ºC Aceite extraído a 160 ºC Aceite extraído a 200 ºC

P (ppm): 5900 5033 1500 127

Mg (ppm): 417 510 167 4,3

Na (ppm): 2000 1715 263 16,4

Ca (ppm): 56 53 26 10,6

Zn (ppm): 4,3 21 2,7 0,3

Ni (ppm): < 1 < 1 < 0,1 0,1

Mn (ppm): < 1 < 1 0,8 0,1

V (ppm): < 1 4 < 0,1 0,1

Cu (ppm): 2 < 1 0,6 0,2

Cr (ppm): < 1 < 1 < 0,1 < 0,1

Al (ppm): 1 < 1 0,2 0,1

Pb (ppm): < 1 < 1 < 0,4 < 0,4

Suma de metales (ppm): 2480 2303 460 32

Rendimiento en aceite (%): 6,9 21,0 56,5 92,6

Ejemplo 4

20 Se pesaron 300 g de células filtradas, obtenidas de cultivo heterotrófico del microalga Chlorella, y 300 g de heptano en un reactor de presión con agitación de 1000 ml. Se llevó a cabo la extracción de la misma manera que en el ejemplo 1.

25 En este experimento la biomasa de algas tenía un contenido de materia seca del 12 % y la materia seca tenía un contenido lipídico del 43 % y contenía alguna cantidad de sales.

El rendimiento en aceite, es decir, el total de ácidos grasos extraídos en comparación con los lípidos totales de la biomasa antes de la extracción y el contenido total de metales (Mg, Na, Ca, Cu, Zn, Al, Cr, Ni, Mn, V, Pb) y el 30 contenido de fósforo en el aceite en función de la temperatura de extracción se muestran en la Figura 4.

La Tabla 4 muestra la cantidad de cada metal, fósforo, y rendimiento de aceites extraídos a diferentes temperaturas.

Tabla 4.

Aceite extraído a 140 ºC: Aceite extraído a 170 ºC Aceite extraído a 200 ºC Aceite extraído a 225 ºC

P (ppm): 377 202 30 3,5

Al (ppm): < 1 0,1 < 1 0,4

Cr (ppm): < 1 0,2 1 < 0,1

Ni (ppm): < 1 < 0,1 < 1 < 0,1

Mn (ppm): < 1 < 0,1 < 1 < 0,1

V (ppm): < 1 < 0,1 < 1 < 0,1

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Cu (ppm): 2 1,1 < 1 1,9

Ca (ppm): 50 8,6 2 0,8

Mg (ppm): 42 7,4 < 1 0,3

Na (ppm): 43 25,6 8 8,8

Pb (ppm): < 1 < 0,4 < 1 < 0,4

Zn (ppm): 3,3 1,5 < 1 0,5

Suma de metales (ppm): 140 45 11 13

Rendimiento en aceite (%): 63,9 66,4 80,7 81,0

A 200 ºC se extrajo aceite de algas con un rendimiento del 81 %, y el aceite tenía solo 30 ppm de fósforo y 11 ppm de metales en total. A 225 ºC el rendimiento en aceite era del 81 % y el contenido de fósforo había descendido a 3,5 ppm y el contenido metálico era de 13 ppm.

5 Este ejemplo indica que el rendimiento de aceite y la calidad del aceite de microalgas Chlorella mejoran cuando la temperatura de extracción aumenta a 200 ºC.

Ejemplo 5

10 Se pesaron 60 g de células filtradas, obtenidas del cultivo heterotrófico del hongo filamentoso Mortierella, y 260 g de heptano en un reactor de presión con agitación de 1000 ml. La extracción se llevó a cabo de la misma manera que en el ejemplo1.

15 En este experimento la biomasa fúngica tenía un contenido de materia seca del 38 % y la materia seca tenía un contenido lipídico del 58 % y contenía alguna cantidad de sales.

El rendimiento de aceite, es decir, el total de ácidos grasos extraídos en comparación con los lípidos totales en la biomasa antes de la extracción, y el contenido metálico total (Mg, Na, Ca, Cu, Zn, Al, Cr, Ni, Mn, V, Pb) y el 20 contenido de fósforo en el aceite en función de la temperatura de extracción se muestran en la Figura 5.

La Tabla 5 muestra la cantidad de cada metal, fósforo y rendimiento de aceites extraídos a diferentes temperaturas.

Tabla 5.

Aceite extraído a 120 ºC: Aceite extraído a 160 ºC Aceite extraído a 200 ºC

P (ppm): 340 320 2

Mg (ppm): 18 17 < 1

Na (ppm): 30 49 1

Ca (ppm): 27 11 < 1

Ni (ppm): 0,1 < 1 < 1

Mn (ppm): 0,9 < 1 < 1

V (ppm): < 0,1 < 1 < 1

Cu (ppm): 0,2 < 1 < 1

Cr (ppm): < 0,1 < 1 < 1

Al (ppm): < 0,1 < 1 < 1

Pb (ppm): < 0,4 < 1 < 1

Zn (ppm): 0,3 < 1 < 1

Suma de metales (ppm): 75 77 < 11

Rendimiento lipídico (%): 31,8 45,6 68,7

25 Este ejemplo indica que el rendimiento de aceite de la biomasa de hongos filamentosos aumentaba con el incremento de temperatura de extracción. El contenido metálico y de fósforo disminuía notablemente cuando la temperatura de extracción alcanzaba los 200 ºC. A 200 ºC el aceite extraído tenía 2 ppm de fósforo y menos de 1 ppm de todos los metales medidos.

30 Ejemplo 6

Se pesaron 200 g de células húmedas, obtenidas del cultivo de la levadura Lipomyces, y 200 g de heptano en un reactor de presión con agitación de 1000 ml. La extracción se llevó a cabo de la misma manera que en el ejemplo 1.

35 La biomasa fúngica tenía un contenido de materia seca del 11 % y la materia seca tenía un contenido lipídico del 40 % y contenía alguna cantidad de sales.

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07-08-2014

El rendimiento de aceite, es decir, los ácidos grasos totales extraídos en comparación con los lípidos totales en la biomasa antes de la extracción, y el total de contenido metálico (Mg, Na, Ca, Cu, Zn, Al, Cr, Ni, Mn, V, Pb) y de contenido de fósforo del aceite extraído a 150 ºC y 200 ºC se muestran en la Tabla 6.

Tabla 6.

Aceite extraído a 150 ºC: Aceite extraído a 200 ºC

P (ppm): 0,7 6,5

Ni (ppm): < 0,1 0,1

Mn (ppm): < 0,1 < 0,1

V (ppm): < 0,1 < 0,1

Cu (ppm): 0,2 0,2

Ca (ppm): 0,2 0,4

Cr (ppm): < 0,1 < 0,1

Mg (ppm): < 0,1 0,2

Al (ppm): 0,1 < 0,1

Na (ppm): < 0,5 3,7

Pb (ppm): < 0,4 < 0,4

Zn (ppm): 0,1 < 0,1

Rendimiento en aceite (%): 37,8 85,9

5 El experimento a 100 ºC mostró que el rendimiento de aceite es muy bajo, solamente del 4,2 % por peso. El rendimiento de aceite sigue siendo muy bajo, aproximadamente del 38 % por peso, en la extracción a 150 ºC. A 200 ºC el rendimiento aumenta hasta aproximadamente el 86 % por peso, indicando la necesidad de una temperatura más alta de extracción para extraer lípidos de soluciones que tienen este bajo contenido de materia seca. El nivel de

10 impurezas es muy bajo en ambas extracciones, a 150 y 200 ºC.

Este ejemplo indica que el rendimiento de aceite de biomasa de levaduras aumenta considerablemente a altas temperaturas. El aceite de alta pureza de la biomasa de levaduras se puede obtener ya en la extracción a 150 ºC, pero el rendimiento de aceite sigue siendo mucho más bajo que a 200 ºC.

15

Ejemplo comparativo 1

Se pesaron 60 g de células desecadas por aerosol, obtenidas del cultivo de algas Dunaliella, y 300 g de heptano en un reactor de presión con agitación de 1000 ml. El vaso se calentó entonces a las temperaturas de extracción 20 presentes, 100 ºC, 160 ºC, 200 ºC, 225 ºC, y se mantuvieron así durante 60 minutos, y luego se dejó enfriar hasta aproximadamente 30 ºC. La mezcla de células-disolvente se agitó continuamente en el reactor de presión a 500 rpm de velocidad durante la extracción. Se abrió el reactor y se separó el disolvente de la biomasa por centrifugación (10 min., 4430 rpm). El disolvente que contenía el aceite se evaporó en un rotavapor. El aceite se pesó. Se analizó el total de ácidos grasos con GC tras la saponificación y metilación de los lípidos. Se determinó el contenido metálico y

25 de fósforo por análisis ICP.

La biomasa de algas desecada que contenía una gran cantidad de sales, ya que se cultivó autotróficamente en agua marina alta en sal, así como de fósforo debido al alto nivel de fosfolípidos del total de lípidos. La biomasa de algas seca desecadas por aerosol, con un peso seco aproximadamente del 98 %, contenía un 10 % de lípidos.

30 El rendimiento de aceite, es decir, el total de ácidos grasos extraídos en comparación con los lípidos totales en la biomasa antes de la extracción, y el contenido metálico total (Mg, Na, Ca, Cu, Al, Cr, Zn, Ni, Ba, Mn, V, Pb) y el contenido de fósforo en el aceite en función de la temperatura de extracción se muestran en la Figura 6.

35 La Tabla 7 muestra la cantidad de cada uno de los metales, fósforo y rendimiento de aceites extraídos a diferentes temperaturas.

El rendimiento de aceite es mayor en el aceite extraído a 200 ºC en comparación con el de los 100 ºC y 160 ºC (88 % comparado con 64 y 60 %), sin embargo, el nivel de impurezas (metales y fósforo) disminuyó a temperaturas más 40 altas. El nivel de fósforo descendió de 1470 ppm a 100 ºC a 15 ppm a 200 ºC y 6,8 ppm a 225 ºC. El contenido de metales descendió a 121 ppm a 200 ºC al compararse con las 2182 ppm a 100 ºC y 1154 ppm a 160 ºC.

Tabla 7.

Aceite extraído a 100 ºC: Aceite extraído a 160 ºC Aceite extraído a 200 ºC Aceite extraído a 225 ºC

P (ppm): 1470 1200 15 68

Mg (ppm): 1122 907 15 31,2

Na (ppm): 680 108 95 111

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07-08-2014

Ca (ppm): 355 120 6 28,4

Al (ppm): 13 12,5 < 1 0,7

Cu (ppm): 6 3,6 5 5,9

Zn (ppm): 3,7 0,6 < 1 1,6

Cr (ppm): 2 0,6 < 1 < 0,1

Ni (ppm): < 1 0,3 < 1 0,8

Mn (ppm): < 1 1 < 1 0,1

V (ppm): < 1 < 0,1 < 1 < 0,1

Pb (ppm): < 1 0,7 < 1 2,7

Suma de metales (ppm): 2182 1154 121 182

Rendimiento en aceite (%): 63,7 60,0 87,6 75,0

Este ejemplo indica que se obtienen resultados comparables cuando se utiliza biomasa de algas húmeda en comparación con la utilización de biomasa que se pre-trata específicamente, es decir, que se deseca antes de la extracción.

5

Ejemplo comparativo 2

Se pesaron 60 g de células secas liofilizadas, obtenidas del cultivo de bacterias Rhodococcus, y 300 g de heptano en un reactor de presión con agitación de 1000 ml. La extracción se llevó a cabo de la misma manera que en el

10 ejemplo 1.

La biomasa liofilizada tenía un contenido lipídico del 43 % y contiene alguna cantidad de sales originarias del caldo de cultivo así como fósforo de los lípidos de la membrana.

15 El rendimiento de aceite (total de ácidos grasos extraídos en comparación con los lípidos totales en la biomasa antes de la extracción), y metales (Mg, Na, Ca, Cu, Al, Cr, Ni, Mn, V, Pb) y el fósforo contenido en el aceite en función de la temperatura de extracción se muestran en la Figura 7.

La tabla 8 muestra la cantidad de cada metal, fósforo y rendimiento en aceite en los aceites extraídos a diferentes 20 temperaturas.

Tabla 8.

Aceite extraído a 100 ºC: Aceite extraído a 160 ºC Aceite extraído a 200 ºC Aceite extraído a 225 ºC Aceite extraído a 300 ºC

P (ppm): 321 191 170 80,7 36,1

Mg (ppm): 35,6 27,4 4,3 1,7 5,5

Na (ppm): 240 120 117 89,2 88,9

Ca (ppm): 6,7 6 3,1 0,7 4,3

Cu (ppm): 0,3 0,1 1 0,3 0,3

Al (ppm): 0,1 < 0,1 < 0,1 0,1 < 0,1

Cr (ppm): < 0,1 0,1 0,1 < 0,1 0,3

Ni (ppm): 0,1 0,2 0,3 0,1 0,2

Mn (ppm): 0,1 < 0,1 0,1 0,1 0,2

V (ppm): < 0,1 0,1 < 0,1 0,1 0,1

Pb (ppm): < 0,4 < 0,4 0,7 < 0,4 < 0,4

Suma de metales (ppm): 283 154 127 92 100

Rendimiento en aceite (%): 19,0 71,0 76,4 75,4 81,8

Este ejemplo indica que el rendimiento en aceite aumenta con el aumento de temperatura mientras que el contenido metálico y de fósforo desciende.

25 Ejemplo 7

Se hicieron más experimentos (ejemplos 7-9) utilizando equipamiento a escala de una planta piloto.

30 El reactor de presión utilizado en el ejemplo 7 estaba construido por DeDietrich, el volumen era de 540 litros y la presión máxima de operación era de 16 bares (a) y la temperatura máxima era de 250 ºC. El reactor utilizado en los ejemplos 8 y 9 estaba construido por Japrotek, una compañía finlandesa, el volumen era de 500 litros y la presión máxima de operación era de 80 bares (a) y la temperatura máxima era de 250 ºC.

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07-08-2014

Se extrajeron 152 kg de células filtradas húmedas, obtenidas del cultivo de hongos Mortierella, en un reactor de presión con agitado de 540 l con 235 kg de NESSOL LIAV 230 (alcanos con un área de punto de ebullición de 175230 ºC, de Neste Oil). La extracción se llevó a cabo a 190 ºC durante 3 horas a una presión máxima de 12,5 bares

5 (a). La biomasa se separó por filtración y la fase de disolvente se lavó con agua. La fase heptano-aceite se evaporó y el aceite se analizó como en el ejemplo 1.

La biomasa fúngica tenía un contenido de materia seca del 38 % y la materia seca tenía un contenido lipídico del 58 % y contenía alguna cantidad de sales originadas del caldo de cultivo así como el fósforo de los lípidos de la 10 membrana.

El rendimiento en aceite y el nivel de impurezas (fósforo y metales) en el aceite extraído se muestran en la Tabla 9.

Tabla 9.

Aceite extraído a 190 ºC

Rendimiento en aceite (%): 80

P (ppm): 5,6

Mg (ppm): 0,3

Na (ppm): 3,1

Ca (ppm): 0,2

Mn (ppm): < 0,2

Al (ppm): 0,1

Cr (ppm): < 0,1

Co (ppm): 0,2

Ni (ppm): < 0,3

Pb (ppm): < 0,4

V (ppm): < 0,3

Zn (ppm): 0,1

15 El rendimiento en aceite es mayor del 80 % y el aceite extraído de acuerdo con la invención es muy bajo en impurezas. El nivel de fósforo es de 5,6 ppm y todos los metales medidos eran tan bajos como 1 ppm, solamente el sodio era 3,1 ppm.

Ejemplo 8

20 Se realizó la extracción de 150 kg de células filtradas, obtenidas del cultivo de bacterias Rhodococcus, en un reactor de presión con agitación de 500 l con 125 kg de heptano y 32 kg de etanol. La extracción se llevó a cabo a 200 ºC durante 3 horas, la presión máxima fue de 48 bares (a). La biomasa se separó por filtración y la fase del disolvente se lavó con agua. La fase heptano-aceite se evaporó y el aceite se analizó como en el Ejemplo 1.

25 La biomasa bacteriana tenía un contenido de materia seca del 25 % y la materia seca tenía un contenido de lípidos del 30 % y contenía alguna cantidad de sales originarias del caldo de cultivo así como fósforo de los lípidos de las membranas.

30 El rendimiento en aceite y el nivel de impurezas (fósforo y metales) en el aceite extraído se muestran en la Tabla

10.

Tabla 10.

Aceite extraído a 200 ºC

Rendimiento en aceite (%): 75

P (ppm): 6,7

Mg (ppm): 10,8

Na (ppm): 5,8

Ca (ppm): 13,4

Co (ppm): 2,6

Mo (ppm): < 1

Mn (ppm): 0,2

Ni (ppm): 0,2

Pb (ppm): < 0,4

V (ppm): 0,1

Zn (ppm): 1,2

Cr (ppm): 0,1

imagen1

E10190309

07-08-2014

El rendimiento en aceite fue alto, del 75 % y el aceite extraído de acuerdo con la invención era muy bajo en impurezas. El nivel de fósforo era de 6,7 ppm y el total de todos los metales medidos era menor de 30 ppm.

5 Ejemplo 9

Se realizó la extracción de 150 kg de células filtradas húmedas, obtenidas del cultivo de hongos Mortierella, en un reactor de presión con agitación junto con 145 kg de NESSOL LIAV 110 (alcanos con área de punto de ebullición de 85-110 ºC, Neste Oil) y 64 kg de etanol absoluto. La extracción se llevó a cabo a 190 ºC durante 0,5 horas, a una

10 presión máxima de 32 bares (a). La biomasa se separó por filtración, y la fase del disolvente se lavó con agua. La fase oleosa con NESSOL LIAV 110 se evaporó y se obtuvo un producto de aceite que se analizó como en el Ejemplo 1.

La biomasa fúngica tenía un contenido de materia seca del 38 % de la que el 58 % eran lípidos. La biomasa también 15 contenía sales y fósforo.

El rendimiento de aceite y los niveles de fósforo e impurezas metálicas en el aceite extraído se muestran en la Tabla

11.

Tabla 11.

Aceite extraído a 190 ºC

Rendimiento en aceite (%): 75

P (ppm): 1,2

Mg (ppm): 0,8

Na (ppm): 1,0

Ca (ppm): 0,8

Mn (ppm): < 0,1

Al (ppm): 1,1

Cr (ppm): < 0,1

Ni (ppm): < 0,3

Pb (ppm): < 0,4

V (ppm): < 0,1

Zn (ppm): 0,6

Claims

E10190309

07-08-2014

REIVINDICACIONES

1. Un método para recuperar lípidos a partir de una biomasa microbiana que comprende las etapas de

5 (i) proporcionar biomasa microbiana húmeda que contiene lípidos para su extracción sin destruir las paredes celulares de la biomasa, y

(ii) extraer dicha biomasa microbiana húmeda con un líquido extractante y una temperatura elevada de 170 ºC a 300 ºC y presión elevada en donde la combinación de temperatura y presión es tal que dichos lípidos de dichas células se ponen en contacto con dicho extractante, y

10 (iii) posterior recuperación de los lípidos extraídos a partir de o con dicho extractante.
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el contenido de materia seca de la biomasa húmeda es menor del 45 % por peso, preferentemente menor del 40 %, pero al menos de un 5 %, preferentemente de al menos un 10 %, más preferentemente de al menos un 11 %, tal como del 19 % al 38 %.

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3. El método de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2 en el que dicha biomasa microbiana húmeda se selecciona de entre el grupo de bacterias, cianobacterias, hongos tales como levaduras, hongos filamentosos y mohos, arqueas, protistas, plantas microscópicas tales como algas, microalgas, plancton y planarias, más preferentemente microalgas, bacterias, hongos, hongos filamentosos, mohos y levaduras.

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4.

El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que dicha temperatura es de 175 ºC a 270 ºC, más preferentemente de 185 ºC a 260 ºC, más preferentemente de 190 ºC a 250 ºC.
5.

El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-4 donde dicho extractante comprende un

25 disolvente orgánico no polar, preferiblemente un alcano alifático o cíclico C3-C16, más preferentemente hexano, heptanos, octano o mezclas de los mismos.
6. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-5 en el que dicho extractante además

comprende un disolvente polar miscible en agua, preferiblemente un alcohol o un ácido orgánico. 30
7. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-6 en el que la relación de materia seca de dicha biomasa microbiana con respecto a la cantidad total de extractante es de 1:1 a 1:20, más preferentemente 1:2 a 1:15, más preferentemente 1:2,5 a 1:6.

35 8. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-7 en el que se añade agua adicional a la biomasa antes, durante o después de la extracción.

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