ES2435324B2 - Procedimiento de separación de los surfactantes presentes de licores de lavado de maíz y usos - Google Patents

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Abstract

La presente invención describe un procedimiento para la separación de los surfactantes presentes en los licores de lavado de maíz basados en la extracción con disolventes orgánicos. Además, una vez extraídos los biosurfactantes de los licores de lavado de maíz, se ha evaluado la capacidad nutricional de estos licores de lavado de maíz, utilizando bacterias lácticas, observándose que su capacidad nutricional se mantiene.

Description

Procedimiento de separación de los surfactantes presentes en los licores de lavado de maíz y usos
Sector de la técnica
Los surfactantes son compuestos que debido a la presencia de grupos hidrofóbicos e hidrofílicos se pueden situar en las interfases de fluidos con diferentes grados de polaridad (agua/aceite y aceite/agua), formando una pelfcula y reduciendo la tensión superficial del medio. Una sustancia o producto se considera que tiene capacidad surfactante cuando este es capaz de reducir la tensión superficial del agua en 8 unidades (Busscher H., (1994). App/. Microbio/. Biot 41,4-7), aunque un buen surfactante es aquel producto o compuesto que reduce la tensión superficial del agua en más de 20 unidades (Mulligan c., Gibbs 8., (1993). Biosurfactants: production Properties and Applications. Marcel Dekker, New York, 329-371.).Las propiedades de los surfactantes, entre las que destacan la detergencia, poder emulgente, lubricación, capacidad espumante y solubilización y dispersión de fases proporcionan a los surfactantes un gran número de aplicaciones industriales.
Muchos de estos compuestos surfactantes son producidos por organismos vivos tales como plantas, microorganismos, o el propio organismo humano, siendo considerados como surfactantes naturales frente a los surfactantes sintéticos obtenidos por vía química, denominándose de este modo, biosurfactantes, que pueden llegar a ser más efectivos que los surfactantes convencionales. Entre las ventajas de los biosurfactantes obtenidos de forma natural se puede destacar: a) Se necesita menor concentración de biosurfactante para reducir la tensión superficial. b) Toleran mejor los cambios de pH, temperatura y fuerza iónica pudiendo ser utilizados en un mayor rango de condiciones. c) Son biodegradables por lo que no causan problemas medio ambientales. d) Presentan una toxicidad muy baja, por lo que pueden utilizarse con toda seguridad en la industria farmacéutica, cosmética y alimentaria (Desai, J.D., Banat, I.M., (1997). Microbio/. Mo/. Bio/. R. 61 (1), 47-64.).
Los biosurfactantes presentan numerosas aplicaciones (Banat, I.M., (2000). Water Studies. 8, 177-185.), de las que se destaca su empleo en: La industria alimentaria los biosurfactantes se utilizan para mejorar la reología de los productos facilitando la formación de emulsiones. Otro campo, aunque incluido en el sector de la alimentación, en el que los biosurfactantes podrían desempeñar un papel importante es en la elaboración de envases activos que impidiesen la adhesión de microorganismos patógenos a su superficie aumentando, de este modo, la vida útil de los alimentos. Existen trabajos que ponen de manifiesto dicha propiedad. (Gudiña, E. J., (2010). Lett App/. Microbio/. 50 (4),419-424).
Productos de higiene y cosméticos. Debido a su compatibilidad con la piel, los biosurfactantes pueden emplearse en todo tipo de productos de higiene y cosméticos. La obtención de biosurfactantes por acción enzimática (principalmente lipasas) sobre moléculas hidrofóbicas promovió un nuevo direccionamiento de estos compuestos, fundamentalmente para su utilización en productos de este tipo, es decir, de higiene y cosméticos.
Aplicaciones terapéuticas. La industria farmacéutica es otra de sus aplicaciones más importantes (Rodrigues, L., (2004). App/. Microbio/. Biot 66 (3), 306-311). La surfactina, uno de los biosurfactantes más conocido, posee varias aplicaciones médico-farmacéuticas muy interesantes como la inhibición de la formación de coágulos, formación de canales jónicos en membrana, actividad antibacteriana, antifúngica, antiviraJ yantitumoral.
Biosurfactantes en la agricultura. Los biosurfactantes son empleados en agricultura especialmente en formulaciones de herbicidas y pesticidas. Los compuestos activos de estas formulaciones generalmente son hidrofóbicos, siendo necesarios agentes emulgentes para dispersarlos en soluciones acuosas.
Biocorrección. Los biosurfactantes permiten reducir el impacto ambiental causado por diversos residuos liberados al medio ambiente como por ejemplo los hidrocarburos (Moldes, A. B., (2011). J. Agr. Food ehem. 59 (17), 9443-9447). Existen numerosos microorganismos que son capaces de degradar hidrocarburos de cadena larga como el petróleo, aunque para ello estos hidrocarburos deben de estar biodisponibles. La mayoría de los hidrocarburos causantes de contaminación son altamente insolubles en agua generando muchas veces uniones hidrofóbicas a determinadas superficies, como las rocas, por lo que se hace muy diffcil su eliminación. Esto es debido a que los microorganismos que pueden degradarlos no son capaces de acceder a ellos por no estar biodisponibles. Los biosurfactantes actúan produciendo emulsiones o solubilizando los hidrocarburos o compuestos insolubles en agua, contribuyendo así a su biodisponibilidad. Es por esto que en el campo de la biocorrección se está intentando encontrar microorganismos productores de sustancias biosurfactantes que favorezcan la biodisponibilidad de estos hidrocarburos. Los biosurfactantes también son útiles en la biocorrección de ambientes contaminados con metales pesados tóxicos como el uranio, cadmio o plomo.
Por otra parte, los licores de lavado de maíz ("corn steep Iiquid") se obtienen mediante lavado de los granos de maíz con agua caliente, con el fin de hincharlos y extraer el almidón (US Patent, 4,980,282). Estos licores tienen bajo contenido en azúcares reductores, así como bajo contenido en lisina libre, histidina, arginina, ácido aspártico y tirosina. Por otra parte tienen elevado contenido en ácido láctico (US Patent 4,980,282). En los últimos años ha que dado ampliamente demostrada la aplicación de los licores de lavado de maíz como suplemento nutricional en procesos fermentativos, durante la producción de productos como alcoholes, Iipasas, ácido láctico o ácido málico, entre otros, sustituyendo a nutrientes tan costosos como el extracto de levadura o la peptona (Rivas B., (2004). Int]. Food Microbio/. 97 (1). 93-98). Este hecho ha repercutido en la obtención de productos biotecnológicos a un menor coste.
Estado de la Técnica
Las ventas anuales de surfactantes están en torno a unos 23,9 millones de dólares (Market Report, (2008). World Surfactant Market: markets, products, applications, innovations, chances & risks, competition, prospects to 2015, Germany: Active Market Intelligence.) con una producción global de cerca de 13 millones de toneladas (Rust D., (2008). Surfactants: a market opportunity study update, Midland, MI: OmniTech International LId; Levison M. l., (2009). Surfactant production: present realities and future perspectives. In: U. Zoller (ed) Handbook of detergents part F: production, Boca Raton, FL: 142, 1-38.), pero la mayoda de estos surfactantes no son biodegradables y pueden generar problemas medioambientales cuando son utilizados para determninados fines como el tratamiento de suelos o aguas contaminadas. Por esta razón es de interés la obtención de biosurfactantes que sean biodegradables y no degraden el medio ambiente. Algunos microorganismos son capaces de producir biosurfactantes, aunque de momento su producción industrial no ha sido del todo desarrollada debido a que 105 procesos de producción y purificación resultan bastante costosos (W02006l36l78 (Al), JP2003320367 (A)).
En este sentido nadie ha evaluado hasta el momento la capacidad tensoactiva de los licores de lavado de maíz, ni existen trabajos en los que se hayan extraído estos biosurfactantes de dicha corriente residual.
Se propone la extracción de los biosurfactantes contenidos en los licores de lavado de maíz, también denominado "corn steep Iiquid", para su utilización como agente tenso-activo, surfactante o detergente en diferentes campos (industria alimentaria; industria cosmética; industria farmacéutica; en la biocorreción de aguas y suelos contaminados; así como en la agricultura y en aplicaciones terapéuticas). Además los licores de lavado de maíz exentos de los biosurfactantes mantienen sus propiedades nutricionales y puede ser utilizado corno suplemento nutricional en medios fermentativos.
Explicación de la invención
El protocolo seguido se presenta esquematizado en la Figura l.
ExtracciÓn de biQmrfactantes a partir de los licores de layado de maíz
Inicialmente, se prepararon disoluciones seriadas de licores de lavado de maíz (SIGMA ALDRICH, con 50% en sólidos) hasta 20 giL, con el fin de calcular la concentración micelar critica (eMe) del licor de lavado de maíz. La eMe de un detergente o de un biosurfactante se define como aquella concentración de detergente a partir de la cual la tensión superficial del agua no se ve disminuida.
Tras la disolución de los licores de lavado de maíz estos se sometieron a distintas extracciones con diferentes extractantes (isoamyl alcohol; cloroformo; acetato de etilo; tributi! fosfato (TBP); meti! butil éter (MTBE); tricloroetileno (TeE); diclorometano; xileno; hexano; heptano); Una vez realizada la extracción se separaron las dos fases, la fase orgánica y la fase acuosa. Posteriormente la fase orgánica que contiene los biosurfactantes se sometió a un proceso de destilación quedando los biosurfactantes extraídos de los licores de lavado de maíz. Para calcular el rendimiento de la extracción se redisolvieron los biosurfactantes en agua, hasta alcanzar el volumen total de partida de los licores de lavarlo de marzo El rendimiento se calcula en función del aumento de la tensión superficial de esta disolución respecto a la tensión superficial de partida presente en ]a disolución de licores de lavado de maíz [36±2 mN/m). El máximo valor de tensión superficial que se puede alcanzar tras la extracción y redisolución de los biosurfactantes en agua es de 72 mN/m, en este caso no habría extracción de biosurfactantes, mientras que el mínimo valor de tensión superficial que se puede obtener es de 36±2 mN/m. en este caso se extraería eliDO % de los biosurfanctantes.
EvaluaciÓn de la capaddad tenso-activa del bjosurfactante extraído
Los biosurfactantes extraídos de los licores de lavado de maíz, se redisolvieron en agua y se midió la TS utilizando un tensiómetro KRUSS K6, equipado con un anillo de platino (1.9 cm Du Noüy). La tensión superficial de la disolución así preparada disminuye alrededor de 36 unidades respecto de la del agua.
Evaluaci6n de lo S licores de layado de maíz exentos de bjosur[actanteS como suplemento nutricional en procesos fermentativos
Se comprobó que los licores de lavado de maíz exentos de biosurfactantes pueden ser utilizados como suplemento nutricional en procesos fermentativos llevados a cabo con bacterias lácticas u otros microorganismos similares.
Las bacterias lácticas son unos microorganismos con unos elevados requerimientos nutricionales, por lo que el medio nutritivo puede alcanzar hasta el 30 % del coste total de obtención de ácido láctico. Es por ello que en la producción biotecnológica de ciertos subproductos se utilizan nutrientes de bajo coste como los licores de lavado de maíz que abaratan el coste de producción
En la Tabla 1 se recogen los datos obtenidos tras fermentación de una fuente de carbono consistente en glucosa con bacterias del género Lactohacillus, utilizando como suplemento nutricional diferentes nutrientes consistentes en: 1) 10 gIL de licores de lavado de maíz y 10 gil de extracto de levadura; 2) 10 gil de licores de lavado de maíz exento de biosurfactantes y 10 gIL de extracto de levadura
Como se puede observar en la Tabla 1, las productividades alcanzadas durante la producción de ácido láctico con bacterias lácticas, en presencia de licores de lavado de maíz exento o no de biosurfactantes, son similares, lo que demuestra que los licores de lavado de maíz exentos de biosurfactantes mantienen sus propiedades nutritivas.
Ejemplo de realización de la invención
Extracción del biosurfactante con metil butU éter o dorQformo
Se parte de licores de lavado de maíz en disolución acuosa, los cuales se someten a una extracción con metíl butil éter o cloroformo utilizando una relación fase acuosa/fase orgánica 5:10; durante un tiempo de hasta 4 horas y a una velocidad
de agitación de 150 rpm a temperatura ambiente. Tras el proceso de extracción la fase orgánica y la fase acuosa se separan; para posteriormente someter a la fase orgánica a una destilación con una temperatura temperatura superior a la
temperatura de ebullición del meti! buti! éter o del cloroformo y as! recuperar el
5 disolvente orgánico y obtener el biosurfactante puro de forma separada. El rendimiento de extracción a1canzado en ambos casos tanto con el metí! butil éter o con el cloroformo fue del 100%.

Claims (10)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento de separación de los surfactantes presentes en los licores de lavado de maíz ("corn steep liquidlt caracterizado por comprender las) siguientes etapas; a) dilución de los licores de lavado de maíz con agua, b) extracción de la los licores con un disolvente orgánico o una mezcla de disolventes orgánicos, e) separación de las fases, d) destilación de los componentes volátiles de la fase orgánica.
  2. 2.
    Procedimiento de separación de los surfactantes presentes en los licores de lavado de maíz, según reivindicación 1, caracterizado porque la concentración de la disolución de los licores de lavado de maiz en agua de la etapa al está comprendida entre 5 gr /L a 25 gr/L.
  3. 3.
    Procedimiento de separación de los surfactantes presentes en 105 licores de lavado de maíz, según reivindicación 1, caracterizado porque el disolvente orgánico utilizado en la extracción de la etapa b) es isoamyl alcohol, cloroformo, 1,2·dicloroetano, acetato de etilo, tetrahidrofurano, tributil fosfato, metil butil éter; dietileter, tricloroeteno, hexano, heptano, xileno o diclorometano o cualquier mezcla de estos.
  4. 4.
    La utilización o uso del material obtenido utilizando el procedimiento según las reivindicaciones 1-3, como agente tenso-activo, detergente o surfactante.
  5. 5.
    La utilización o uso del material obtenido utilizando el procedimiento según las reivindicaciones 1-3, como agente tenso-activo, detergente o surfactante para el tratamiento de aguas y suelos contaminados con sustancias hidrofóbicas.
  6. 6.
    La utilización o uso del material obtenido utilizando el procedimiento según las reivindicaciones 1-3, corno agente tenso-activo, detergente o surfactante para para mejorar la reología de productos alimenticios.
  7. 7.
    La utilización o uso del material obtenido utilizando el procedimiento según las reivindicaciones 1-3, como agente tenso·activo, detergente o surfactante en la formulación de productos farmacéuticos y cosméticos.
  8. 8.
    La utilización o uso del material obtenido utilizando el procedimiento según las reivindicaciones 1-3, como agente tenso-activo, detergente o surfactante con fines terapéuticos.
  9. 9.
    La utilización o uso del material obtenido utilizando el procedimiento según las reivindicaciones 1-3, como agente tenso-activo, detergente o surfactante en formulaciones de herbicidas y pesticidas.
  10. 10.
    La utilización o uso del material de la fase acuosa que se obtiene utilizando el procedimiento según las reivindicaciones 1-3, como medio nutricional para fermentaciones.
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