ES2579087T3 - Procedimiento para la obtención de proteínas vegetales - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la concentración, la obtención o la eliminación de proteínas vegetales a partir de un líquido acuoso, caracterizado porque se generan burbujas de gas, de gas hidrógeno o una mezcla de gases que contiene gas hidrógeno o se generan burbujas de gas electroquímicamente en el líquido y, por ello, se forma una espuma que contiene proteínas vegetales disueltas y la espuma se separa del líquido.

Description

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DESCRIPCION

Procedimiento para la obtencion de protemas vegetales

La invencion se refiere a un procedimiento para la concentracion, la obtencion o la eliminacion de protemas vegetales de un lfquido acuoso y al uso de gas hidrogeno o una mezcla de gases que contiene gas hidrogeno en un procedimiento para la obtencion de protemas vegetales de un lfquido, para la purificacion de un lfquido o la reduccion de protemas vegetales en un lfquido.

La patata contiene protemas con una composicion de aminoacidos muy equilibrada que es muy similar a la composicion de la protema del huevo de gallina. El agua del fruto de la patata, que se produce en grandes cantidades durante la obtencion de almidon, contiene aproximadamente del 0,5 al 2,5 % en peso de protemas. Hay un gran interes por obtener y hacer aprovechables protemas de tales lfquidos.

La separacion y el aislamiento de protemas del agua del fruto de la patata sin cambios negativos, aunque solo sea en parte, o desnaturalizacion revisten dificultad. El agua fresca del fruto de la patata es una mezcla compleja de protemas, restos de almidon, minerales, glicoalcaloides toxicos y compuestos de fenol monomericos y polimericos, altamente reactivos. La oxidacion al aire de estos compuestos de fenol causa un rapido cambio de color del agua del fruto de la patata, cambia a un color entre marron y negro. Durante este proceso de oxidacion, las protemas pueden continuar reaccionando, reticular y formar subproductos no deseados.

Son comunes los procedimientos que logran una separacion de las protemas mediante una precipitacion despues de la coagulacion. La coagulacion se realiza gracias al calor y/o desplazamiento del valor del pH. Tal procedimiento se describe, por ejemplo, en el documento DE102006050620 A1. En estos procedimientos solo pueden obtenerse protemas desnaturalizadas, que son poco adecuadas en cuanto a la fisiologfa de la nutricion y, por lo tanto, no son adecuadas para la aplicacion en tecnologfa de los alimentos y aplicaciones farmaceuticas. Ademas, los posibles reactivos auxiliares eventualmente empleados, tales como acidos organicos o sales, tienen que volver a retirarse. Las protemas obtenidas de esta manera pierden, debido a la desnaturalizacion que esto conlleva, sus valiosas propiedades funcionales, tales como solubilidad, capacidad de emulsionarse, formacion de espuma, capacidad de unir el agua y gelificar termicamente. Son maneras mas cuidadosas para obtener el producto los procedimientos de membrana (ultrafiltracion), que se caracterizan por un alto grado de eficacia y tecnicamente ya se emplean para otros fines. Sin embargo, estos procedimientos son muy complejos.

Otro procedimiento para la obtencion de protemas del agua del fruto de las patata se describe en el documento DE660992 C1. Con ayuda de un gas tal como dioxido de carbono se genera espuma en la que la protema esta acumulada y puede separarse con la espuma. Tal procedimiento se describe en el documento DE960239 C1 para la concentracion y el aislamiento de las sustancias con actividad superficial, entre ellas tambien las protemas. Los procedimientos con una concentracion de compuestos con actividad superficial disueltos en una espuma se conocen por las expresiones separacion de burbujas, analisis de separacion de burbujas o en ingles adsorptive bubble separation.

La protema de patata obtenida, en todos los procedimientos mencionados, contiene generalmente un contenido intolerable de glicoalcaloides que descarta su uso en el ambito alimentario.

Por lo tanto, se desea desarrollar un procedimiento que permita la obtencion de protemas nativas sin sustancias acompanantes toxicas.

El alto contenido de constituyentes organicos en aguas residuales del procesamiento de plantas y partes de plantas, especialmente de la produccion de almidon de patata, representa un problema. El manejo de residuos que se practicaba antiguamente a traves de la via del uso en la alimentacion animal o la irrigacion en areas agncolas ya no es aceptable. Por lo tanto, se buscan maneras para la reduccion de la carga organica en el agua residual y de las cantidades de agua residual en el procesamiento de la patata y otros procedimientos.

Por lo tanto, el objetivo de la invencion es proporcionar un procedimiento alternativo para la obtencion de protemas nativas puras, no desnaturalizadas, de lfquidos que contienen protemas vegetales, en particular de las aguas de procedimientos y aguas residuales del procesamiento de productos vegetales. Un objetivo adicional consiste en proporcionar un procedimiento alternativo para la reduccion de la parte de constituyentes organicos en un agua residual o agua de procesamientos de procesamientos que procesan vegetales.

El objetivo se logra mediante un procedimiento con las caractensticas descritas en la reivindicacion 1.

El procedimiento sirve para la concentracion, la obtencion o la eliminacion de protemas vegetales de un lfquido acuoso que contiene protemas vegetales disueltas o emulsionadas. En el procedimiento se generan burbujas de gas en el lfquido mediante la generacion electroqmmica de gas o con ayuda de gas hidrogeno o una mezcla de gases que contiene gas hidrogeno. En el procedimiento preferido se crea una espuma que contiene protemas vegetales disueltas. Las protemas vegetales se concentran en la espuma. La espuma se usa para obtener protemas vegetales no desnaturalizadas, solubles. En general, para obtener protemas vegetales o un producto con protemas vegetales o para la purificacion del lfquido, la espuma se separa del lfquido con un dispositivo adecuado y se evacua, por

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ejemplo, mediante la descarga de espuma o extraccion de espuma. De manera ventajosa se usa un dispositivo con un tubo, una estructura tubular o un cuerpo hueco con una abertura de entrada y una abertura de salida en la que la espuma puede ascender. El dispositivo por ejemplo es una celula de electrolisis o un compartimento de electrodos de una celula de electrolisis, que esta conectada a un conducto, un canal, un tubo o estructura tubular o presenta una region en la que la espuma puede ascender. El tubo o las estructuras analogas se dimensionan, ventajosamente, de tal manera que su diametro es de tres veces a un decimo del diametro de la celula de electrolisis. La formacion de espuma y la descarga de espuma (separacion de espuma del lfquido en el dispositivo) conducen a una reduccion de protemas vegetales en el lfquido que se encuentra en el deposito o en el recipiente donde se genera la espuma. Una descarga de espuma (separacion de espuma) puede realizarse a traves de un rebosadero. La reduccion de protema en el lfquido tambien se emplea para una purificacion del lfquido. Un tratamiento de espuma de un lfquido comprende formacion de espuma y descarga de espuma.

En el marco de la presente invencion, por la expresion "protema vegetal" se entiende cualquier protema que sea de origen vegetal, es decir, que esta contenida en plantas, partes de las plantas u otros productos vegetales. Los productos vegetales son, por ejemplo, fruta, frutos, bayas, frutos secos, pepitas de planta, semillas, tuberculos, rames. Los lfquidos con protemas vegetales disueltas se forman, por ejemplo, en el procesamiento productos vegetales que contienen almidon, por ejemplo cereales y patatas. Los lfquidos con protemas vegetales disueltas se forman en particular en el procesamiento de plantas agncolas o sus productos vegetales. Las plantas agncolas o sus productos vegetales son por ejemplo, mafz, arroz, cebada, trigo, centeno, avena, mijo, soja, tapioca, tupinambo, patatas y batatas, esparrago, salsiff, betabel, yuca, mandioca, tania, canna, name, maranta, taro, farro, rape, pepino, melones, calabaza, frutos secos, cacahuates, semillas de girasol, cana de azucar, remolacha azucarera, zanahoria, Daucus, col, colirrabano, manzanas o uvas.

En el marco de la presente invencion, por el termino "protema" se entiende cualquier molecula que comprende al menos diez aminoacidos. Por lo tanto, en el marco de la presente invencion el termino "protema" tambien comprende peptidos, oligopeptidos y polipeptidos.

Los lfquidos con protemas vegetales disueltas en particular son agua de fruto de la planta, por ejemplo, agua del fruto de la patata. Por la expresion "agua del fruto de la planta" se entiende a este respecto cualquier lfquido que contiene material vegetal disuelto o sustancias vegetales disueltas. La expresion "agua del fruto de la planta" comprende agua de procesamiento del procesamiento de plantas, partes de las plantas o productos vegetales. El agua del fruto de la planta puede obtenerse del material residual de plantas agncolas o de produccion o de sus productos vegetales, por ejemplo, cascaras de plantas o restos vegetales, especialmente cascaras de patata. El agua del fruto de la planta puede obtenerse al presionar, extraer o lavar el material vegetal, en particular plantas, partes de plantas o productos vegetales cortados o triturados. Como disolvente, agente de extraccion o lfquido de lavado se emplea preferentemente agua. El agua puede contener coadyuvantes u otros disolventes. Sin embargo, en el marco de la presente invencion puede usarse cualquier disolvente que el experto en la tecnica conozca como adecuado para la finalidad de acuerdo con la invencion. Ademas, el agua del fruto de la planta puede prepararse mediante cualquier procedimiento que el experto en la tecnica conozca como adecuado.

Los lfquidos empleados contienen por ejemplo del 0,01 al 10 % en peso de protemas, en particular del 0,1 al 5 % en peso de protemas o del 0,1 al 3 % en peso de protemas. En el procedimiento se pueden usar lfquidos con un bajo contenido de protema. Es tfpico el uso de lfquidos con un contenido de protema en el intervalo del 0,5 al 3 % en peso de protemas o protema.

En algunos casos puede ser ventajosa una dilucion del lfquido. Por ejemplo, el lfquido se diluye con agua 1:5 o 1:10. Una dilucion del lfquido empleado puede conducir a una mejora de la pureza del producto del tratamiento de espuma.

El lfquido, en particular el agua del fruto de la planta, por ejemplo, el agua del fruto de la patata, puede contener un estabilizante. Por ejemplo, un estabilizante puede agregarse al agua del fruto de la patata para evitar cambios qmmicos tales como reacciones de degradacion durante el almacenamiento. El uso de gas hidrogeno o mezclas de gases que contienen gas hidrogeno es particularmente ventajoso en procedimientos con concentracion de protemas vegetales disueltas de medios acuosos, en particular de soluciones que contienen protemas.

Se llama separacion de burbujas por adsorcion a un procedimiento donde en al menos un paso se emplea una formacion de espuma en un lfquido acuoso que contiene sustancias con actividad superficial disueltas, tales como protemas, para producir una espuma enriquecida con estas sustancias.

El tratamiento, la separacion y el tratamiento de la espuma pueden realizarse en el procedimiento de acuerdo con la invencion como en los procedimientos convencionales para la separacion de burbujas por adsorcion. La espuma para una separacion de burbujas por adsorcion se forma por ejemplo al suministrar un gas en el lfquido. Pueden formarse burbujas finas mediante la saturacion del lfquido con el gas bajo presion y posterior relajacion, es decir mediante la despresurizacion. En general, la espuma formada se separa, descarga o evacua. La separacion de burbujas por adsorcion puede realizarse en un procedimiento discontinuo o continuamente. La separacion de burbujas por adsorcion puede servir para la reduccion de las protemas vegetales disueltas contenidas en un lfquido, para una concentracion de las protemas vegetales o para la obtencion de protemas vegetales. De manera ventajosa,

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se deja que la espuma ascienda en un tubo. Se forma una columna de espuma que tiene una influencia en la distribucion de las protemas vegetales y puede tener un efecto de separacion entre protemas vegetales diferentes. Dado que las burbujas de gas en la columna de espuma tienen efecto de adsorcion, tambien se habla de separacion de burbujas por adsorcion. Los procedimientos de separacion de burbujas por adsorcion se describen por ejemplo en los documentos DE327976 C1, DE660992 C1 y dE960239 C1, que se incorporan por referencia. El tratamiento, la separacion y el tratamiento de la espuma en el procedimiento de acuerdo con la invencion pueden realizarse como en los procedimientos convencionales para la separacion de burbujas por adsorcion.

El uso de gas hidrogeno o mezclas de gases que contienen gas hidrogeno facilita la separacion de producto y permite una obtencion del producto mas cuidadosa. Pueden producirse, con gas hidrogeno, burbujas de gas muy pequenas, especialmente con una generacion catodica de hidrogeno que conduce a una concentracion mas efectiva de protemas vegetales en la espuma formada. Los resultados conseguidos hasta ahora sugieren que las burbujas de gas de hidrogeno presentan propiedades de adsorcion favorables en la interfase entre ftquido y gas. Pero tambien una separacion mas cuidadosa de protemas vegetales hacen destacar al gas hidrogeno y a las mezclas de gases que contienen gas hidrogeno como gas formador de espuma en procedimientos de formacion de espuma para la concentracion o la obtencion de protemas vegetales como la separacion de burbujas por adsorcion. Las condiciones reductoras durante la formacion de espuma con gas hidrogeno protegen el producto que se va a obtener y las sustancias en el ftquido contra dano por el oxfgeno atmosferico. Esto es particularmente ventajoso para el agua del fruto de la patata que contiene sustancias con grupos fenolicos sensibles a la oxidacion (por ejemplo, polifenoles), cuyos productos de oxidacion dificultan un tratamiento del ftquido y causan un oscurecimiento del ftquido. Por lo tanto, el producto obtenido por la separacion de burbujas por adsorcion con gas hidrogeno contiene menos impurezas de productos de degradacion o descomposicion oxidativa. Las protemas sensibles se pueden obtener sin danos. El uso de gas hidrogeno o mezclas de gases que contienen gas hidrogeno en la formacion de espuma para la concentracion y la separacion de protemas vegetales por lo tanto es particularmente ventajoso para la obtencion de protemas nativas. En general, las protemas obtenidas retienen la capacidad de disolverse en agua.

El uso de gas hidrogeno para la formacion de espuma puede combinarse con uno o mas gases diferentes, simultanea o secuencialmente. Por ejemplo, los gases nitrogeno, oxfgeno, dioxido de carbono pueden usarse ademas del hidrogeno. Ademas, pueden usarse gases inertes o gases reactivos. Por ejemplo, la formacion de espuma puede empezar con gas hidrogeno y puede continuarse con otro gas.

Los productos ftquidos con protema vegetal que se obtienen en el procedimiento con formacion de espuma se pueden concentrar adicionalmente por el tratamiento de espuma adicional (unico o multiple) (separacion de burbujas por adsorcion.)

Los procedimientos con una formacion de espuma por gases o mezclas de gases generados electroqmmicamente en el ftquido son ventajosos, en particular gas hidrogeno generado electroqmmicamente o mezclas de gases generadas electroqmmicamente que contienen gas hidrogeno. Las burbujas de gas generadas electroqmmicamente (electrolfticamente) en el ftquido son diferentes de las burbujas de gas producidas convencionalmente en la separacion de burbujas por adsorcion. Las burbujas de gas generadas electrolfticamente son, en general, mucho mas pequenas que con un suministro de gas y conducen a una consistencia de espuma favorable para una concentracion y separacion de protemas vegetales disueltas. En principio, una generacion catodica de hidrogeno y una generacion anodica de oxfgeno pueden utilizarse para la generacion de burbujas de gas. Sin embargo, el gas hidrogeno y el gas oxfgeno difieren en el comportamiento de adsorcion. De manera sorprendente, se ha encontrado que se obtienen espumas con un bajo contenido de glicoalcaloides cuando las burbujas de gas hidrogeno se generan electrolfticamente en la obtencion de protemas del agua del fruto de la patata. Por lo tanto, el gas hidrogeno puede utilizarse en ftquidos con impurezas toxicas organicas para una obtencion de productos de protemas vegetales con contenido reducido de sustancias acompanantes toxicas. Ademas, el gas hidrogeno protege contra reacciones oxidativas, como ya se menciono. La espuma con gas hidrogeno conduce a una mejor calidad del producto en la obtencion de protemas vegetales. La generacion catodica de hidrogeno se prefiere para la formacion de espuma, especialmente en una celula electroqmmica dividida.

Por lo tanto, otro objeto de la invencion es un procedimiento para la obtencion o la eliminacion de protemas vegetales de un ftquido acuoso, caracterizado porque se generan electroqmmicamente burbujas de gas de gas hidrogeno o una mezcla de gases que contiene gas hidrogeno en el ftquido y se forma una espuma que contiene protemas vegetales disueltas, donde la espuma o una parte de la espuma se separa del ftquido y se obtiene un producto o producto intermedio con protemas vegetales que presenta un bajo contenido de sustancias acompanantes toxicas. El procedimiento es particularmente ventajoso con agua del fruto de la patata como ftquido o con un ftquido que contienen protemas de la patata. Aqm se obtiene un producto o producto intermedio con protemas vegetales que presenta un contenido bajo de glicoalcaloides o menos de 100 ppm de glicoalcaloides, preferentemente menos de 50 ppm de glicoalcaloides, mas preferentemente menos de 10 ppm de glicoalcaloides (1 ppm es un gramo por 106 gramos).

El procedimiento para la obtencion o eliminacion de protemas vegetales de un ftquido acuoso se lleva a cabo sin precipitacion de protemas vegetales. En la variante del procedimiento con generacion de burbujas de gas electroqmmica en el ftquido no se trata por tanto de una electroflotacion, ya que la electroflotacion siempre sirve para la separacion de partmulas.

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La celula electroqmmica (celula de electrolisis) puede ser una celula dividida o no dividida. Preferentemente, la celula electroqmmica presenta al menos un tubo o una estructura tubular en la que puede ascender la espuma formada. El tubo o la estructura tubular generalmente esta dispuesto de manera vertical en la celula electroqmmica o conectado a la celula electroqmmica. Por lo general, es ventajosa una celula electroqmmica que comprende una parte hueca o una estructura hueca o esta conectada a una parte hueca con una abertura superior e inferior, en donde puede ascender la espuma formada.

El tubo o la estructura tubular en la que puede ascender la espuma formada tiene por ejemplo una longitud de al menos 0,5 m, ventajosamente al menos 1 m, mas ventajosamente al menos 2 m. El extremo superior del tubo o de la estructura tubular se forma por ejemplo como rebosadero. La longitud del tubo o de la estructura tubular tiene una influencia en la consistencia y composicion de la espuma que se desborda. Del rebosadero pueden recolectarse fracciones de muestra (muestras de espuma) para una obtencion de protema vegetal fraccionada. La espuma descargada del rebosadero se procesa adicionalmente para la obtencion de protema vegetal. En general, en un primer paso la espuma se rompe. Por ejemplo, la espuma que se desborda se suministra a un quebrador de espuma (dispositivo para destruir espuma) o a un recipiente de recogida. La espuma se traspasa a un lfquido que tiene un contenido de protema mayor que el lfquido inicialmente empleado. Este producto lfquido (solucion de protema) puede tratarse adicionalmente para la obtencion de protemas vegetales contenidas o para obtener un concentrado de protemas vegetales. Los procedimientos adecuados para tratar tales soluciones de protemas se conocen por el experto.

Generalmente se forman burbujas muy pequenas de gas de hidrogeno durante la generacion electrolttica de hidrogeno en el lfquido a tratar. Las burbujas de gas formadas, por lo general, tienen un diametro menor de 50 pm. Pueden prepararse de una manera sencilla burbujas de gas con un diametro 30 pm, en particular de menos de 25 pm. Las burbujas de gas generadas electroqmmicamente con preferencia en el lfquido a tratar, preferentemente tienen un diametro en el intervalo de 1 a 50 pm, mas preferentemente en el intervalo de 1 a 30 pm, en particular en el intervalo de 5 a 25 pm. Las burbujas de gas pequenas son muy ventajosas. Mejoran, entre otras cosas, la concentracion de protema en la espuma.

Por lo general, para la generacion electroqmmica de gas hidrogeno se pueden usar como catodo electrodos con materiales de electrodos que son adecuados para una generacion catodica de hidrogeno. Contienen por ejemplo platino, mquel, hierro, iridio, rutenio, paladio o materiales que contienen carbono conductivos. Los materiales catodicos son por ejemplo platino, carbono vftreo (glassy carbon), grafito, diamante conductivo, en particular diamante dopado con boro (BDD) o materiales que contienen carbono conductivos, en particular nanotubos de carbono y negro de humo. Los catodos de platino son por ejemplo electrodos de titanio revestidos con platino. Por ejemplo, el grafito se usa en forma de estructuras planas llanas (por ejemplo, placas), una capa de grafito plana microestructurada, cuerpos de moldeo o partfculas como electrodo. Un electrodo de partfculas de grafito es por ejemplo un lecho de partroulas de grafito. El diametro de partroula de un lecho de partroulas de grafito se encuentra por ejemplo en el intervalo de 0,1 a 5 mm. El electrodo en partroulas puede utilizarse como un electrodo de lecho fijo o de lecho fluidizado. Los materiales catodicos que contienen carbono tales como el grafito, diamante conductivo y electrodos de carbono tambien han resultado ser ventajosos.

El electrolito, en particular el catolito (electrolito en el compartimento de catodo), preferentemente tiene un valor de pH en el intervalo de 4 a 9, mas preferentemente de 4 a 8,8, mas preferentemente de 4 a 8,5, incluso mas preferentemente de 4,5 a 8,2, de forma particularmente preferente de 4,5 a 8,0 y con la mayor preferencia de 4,8 a 6,5. Los lfquidos que contienen protemas vegetales pueden utilizarse por lo general directamente como electrolito. El lfquido utilizado, por ejemplo, agua del fruto de la patata, generalmente tiene un valor de pH en el intervalo de pH 4 a pH 7. El valor de pH del lfquido puede ajustarse al valor deseado.

El valor de pH del electrolito, en particular del catolito, puede mantenerse constante o puede cambiarse durante la electrolisis. En muchos casos, el valor de pH permanece constante en el funcionamiento discontinuo y una celula no dividida. Un gradiente de pH durante la separacion de burbujas por adsorcion puede realizarse de una forma elegante empleando el desplazamiento de pH durante la electrolisis en una celula dividida en el funcionamiento discontinuo, ya que el catolito se vuelve mas alcalino durante la electrolisis.

La cantidad de gas, la cantidad de burbujas de gas y el caudal del gas pueden ajustarse al cambiar la densidad de la corriente en el catodo.

De manera ventajosa se usan una o mas celulas de electrolisis divididas que se hacen funcionar de manera discontinua (funcionamiento discontinuo) o de manera continua (funcionamiento continuo). La celula de electrolisis dividida puede ser en particular una celula de flujo.

La electrolisis generalmente se lleva a cabo a una temperatura en el intervalo de 0 °C a 40 °C, preferentemente en el intervalo de 10 °C a 30 °C, en particular en el intervalo de 15 °C a 30 °C o en el intervalo de 15 °C a 25 °C. Por ejemplo, la electrolisis se lleva a cabo a temperatura ambiente.

De manera ventajosa, la celula de electrolisis se dimensiona de tal manera que la altura de la celula de electrolisis excede el ancho o diametro de la celula de electrolisis muchas veces. De manera ventajosa se usan electrodos cuya

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relacion altura a ancho (para electrodos pianos) o relacion altura a diametro (para electrodos cilmdricos) es mayor de

1. Es particularmente ventajosa una relacion altura a ancho o relacion altura a diametro de los electrodos de al menos 10. Tal dimensionado de los electrodos crea un camino mas largo de burbujas de gas a lo largo del catodo.

En el caso de una celula de electrolisis dividida de funcionamiento continuo, el compartimento del catodo y compartimento del anodo generalmente se alimentan con electrolito de recipientes mediante bombas. La operacion con un flujo circular entre el recipiente y el compartimento del electrodo es una ventaja. En general, los lfquidos tales como el agua del fruto de la planta, en particular el agua del fruto de la patata, se usan como catolito. Tales lfquidos, en particular despues del tratamiento de espuma y la reduccion de protemas en el compartimento del catodo, se usan preferentemente como anolito. Puede ser ventajoso utilizar otros lfquidos como anolito, dependiendo de la reaccion de anodo elegida.

Por ejemplo, la reaccion de catodo se lleva a cabo a una densidad de corriente de 5 a 15 mA/cm-2 En el funcionamiento discontinuo, el tiempo de electrolisis es de 2 a 3 horas por ejemplo.

Una alternativa a una generacion anodica de oxfgeno u oxidacion anodica de materias organicas es una oxidacion anodica de hidrogeno como reaccion de anodo. Una combinacion de generacion catodica de hidrogeno para la produccion de espuma con una oxidacion anodica de hidrogeno ofrece ventajas en vista del consumo de energfa. Preferentemente se usa una celula dividida. Particularmente ventajosos para la oxidacion anodica de hidrogeno son los electrodos de difusion de gas. Por ejemplo, un electrodo de difusion de gas adecuado se fabrica al prensar negro de humo platinizado y politetrafluoroetileno con una membrana de intercambio de cationes, donde se genera por ejemplo un revestimiento de 40-50 pm de grosor en la membrana de intercambio de cationes. Tales electrodos de difusion de gas y la realizacion de una oxidacion anodica de hidrogeno se describen en el documento EP0800853 A2, los cuales se incorporados por referencia. Mediante el acoplamiento de la generacion catodica de hidrogeno para una formacion de espuma con una oxidacion anodica de hidrogeno puede reducirse el consumo de energfa de manera significativa. Por lo tanto, otro objeto de la invencion es un procedimiento en el que para una formacion de espuma en un lfquido con protemas vegetales, por ejemplo, agua de procesamiento o aguas residuales, en una celula electroqmmica, preferentemente una celula dividida, se genera gas hidrogeno en el catodo y el hidrogeno se oxida en el anodo como una contrarreaccion.

De manera ventajosa, el gas hidrogeno producido electroqmmicamente se usa para el tratamiento de un lfquido dentro o fuera de la celula de electrolisis, donde la generacion catodica de burbujas de gas hidrogeno generalmente sucede en el lfquido a tratar bajo formacion de espuma. Por ejemplo, el gas hidrogeno generado electroqmmicamente en primer lugar puede retirarse de la celula de electrolisis y puede alimentarse en forma de burbujas de gas finas de nuevo a la celula de electrolisis al compartimento del catodo o a un recipiente externo con lfquido a tratar (para una separacion de burbujas por adsorcion fuera de la celula de electrolisis.) La alimentacion o la devolucion del gas hidrogeno puede llevarse a cabo mientras la electrolisis esta en operacion o apagada. Para alimentacion o la devolucion de gas hidrogeno se usan por ejemplo generadores de burbujas de gas. Generalmente, cualquier dispositivo que el experto en la tecnica considere adecuado puede utilizarse como generador de burbujas de gas. Son generadores de burbujas de gas adecuados por ejemplo fritas de metal o vidrio, los cuales liberan burbujas de gas, inyectores, que pueden dirigirse contra una placa deflectora o inyectores que trabajan segun el principio de Venturi. Los inyectores tambien pueden combinarse con un mezclador estatico que disipa el flujo de gas del inyector en pequenas burbujas de gas y las distribuye lo mas homogeneamente posible. Ventajosamente puede servir una despresurizacion para la generacion de burbujas de gas. Con uso de despresurizacion, el gas hidrogeno no necesita recircular.

Frente a una devolucion o reutilizacion de gas hidrogeno, en particular de gas hidrogeno generado electroltticamente, para el tratamiento de espuma (separacion de burbujas por adsorcion) de un lfquido con protemas vegetales disueltas dentro o fuera de una celula electroqmmica se prefiere el uso de gas hidrogeno producido para una oxidacion anodica de hidrogeno, ya que la generacion electrolttica de burbujas de gas es superior a otros procedimientos para la generacion de burbujas de gas en la separacion de burbujas por adsorcion.

El gas hidrogeno puede generarse mediante electrolisis de manera continua (por ejemplo, galvanostaticamente o potenciostaticamente) o de manera discontinua en el procedimiento con formacion de espuma para la concentracion, la obtencion o la eliminacion de protemas vegetales disueltas o emulsionadas en un lfquido. Por ejemplo, el gas hidrogeno se genera en impulsos, preferentemente en el lfquido. En tal operacion de impulsos, la corriente de electrolisis se enciende y se apaga repetidamente por un cierto tiempo. Tales impulsos de corriente pueden ser de duracion constante o variables en la duracion. De manera ventajosa, la secuencia de impulsos de corriente se produce por medio de un aparato de control o una unidad de control. El aparato de control puede ser, por ejemplo, un generador de impulsos o un aparato programable. La longitud de un impulso de corriente puede determinarse a traves de un equipo de regulacion o un control de sensor. Por ejemplo, la corriente de electrolisis puede interrumpirse cuando la formacion de espuma llega a un cierto tamano o el lfquido obtiene cierta propiedad. Tales variables de regulacion son por ejemplo la altura de una columna de espuma en un tubo, propiedades opticas tales como transparencia o conductividad del lfquido. La regulacion de la corriente electrolttica puede llevarse a cabo con la ayuda de sensores opticos (por ejemplo, fotocelula, fotodiodo, fototransistor, fotorresistor) o sensores electricos (sensores de conductividad, de capacitancia) u otros sensores adecuados.

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En el procedimiento con formacion de espuma para la concentracion, la obtencion o la eliminacion de protemas vegetales disueltas o emulsionadas en un lfquido, la intensidad de corriente o la densidad de corriente puede cambiarse durante la generacion de gas hidrogeno electrolftica. En una electrolisis continua, la intensidad de la corriente se puede aumentar, disminuir o variar. La densidad de la corriente puede regularse durante la electrolisis. La regulacion puede ser como se describio para la operacion por impulsos. La variacion de la intensidad de la corriente puede combinarse con una operacion por impulsos. Por ejemplo, la densidad de la corriente de los impulsos de corriente se puede variar, por ejemplo, una secuencia de impulsos de intensidad de corriente constante con altura variable de impulso a impulso o una secuencia de impulsos de intensidad de corriente variable con altura constante de impulso a impulso o una secuencia de impulsos de intensidad de corriente variable con altura variable de impulso a impulso.

Los electrodos pueden ensuciarse o cubrirse con depositos durante la electrolisis. Por lo tanto, puede ser ventajoso cambiar la polaridad de los electrodos una o multiples veces durante la electrolisis. Para una operacion de electrolisis con inversion de la polaridad de los electrodos es ventajosa una celula de electrolisis dotada de electrodos adecuados o una estructura simetrica (mismos electrodos) de la celula de electrolisis. Por ejemplo, una celula de electrolisis dividida o no dividida para una generacion catodica de hidrogeno y una generacion anodica de oxfgeno con oxidacion anodica de materias organicas se puede dotar de electrodos de platino para poder invertir la polaridad.

Otro objeto de la invencion es un procedimiento para la concentracion, la obtencion o la eliminacion de protemas vegetales de un lfquido acuoso caracterizado porque el gas hidrogeno se produce electroltticamente y se lleva a cabo la electrolisis de manera continua o discontinua, con una intensidad de corriente constante o variable, de forma controlada, regulada o controlada por programa, por impulsos, con impulsos de corriente o con inversion de la polaridad de los electrodos.

En una obtencion de protemas, por ejemplo, de agua del fruto de la patata, se elimina del 80 al 90 % de las protemas del lfquido empleado. De manera sorprendente, las protemas o el producto extrafdo del agua del fruto de la planta, en particular del agua del fruto de la patata contienen muy bajas cantidades de glicoalcaloides. En este aspecto, el procedimiento es superior a los procedimientos conocidos. Las protemas aisladas son solubles. Esto hace a los productos obtenidos mediante la espuma de gas hidrogeno muy adecuados para aplicaciones en el campo alimentario.

La reduccion de protemas vegetales en un lfquido mediante formacion de espuma, en particular con espuma generada electroqmmicamente, puede utilizarse para purificar lfquidos de procedimientos donde los productos vegetales se procesan.

En un procedimiento para la purificacion de lfquidos con constituyentes organicos y protemas vegetales, tales como agua de procesamiento, agua residual o agua del fruto de la planta, ventajosamente el contenido de constituyentes organicos en el lfquido se reduce mediante tratamiento de espuma y el lfquido reducido asf se suministra a una purificacion adicional. La purificacion adicional del lfquido reducido en protemas se lleva a cabo, por ejemplo, mediante oxidacion anodica. De manera ventajosa, el lfquido reducido en protemas mediante tratamiento de espuma se usa como electrolito, en particular como anolito, en una celula de electrolisis. Una obtencion de protemas vegetales mediante generacion de espuma por generacion catodica de hidrogeno de un lfquido con protemas vegetales (tratamiento de espuma catodico) y una purificacion mediante oxidacion anodica de constituyentes organicos de un lfquido, por ejemplo, lfquido reducido en protema de una separacion de burbujas por adsorcion o de tratamiento de espuma, pueden llevarse a cabo ventajosamente en una celula de electrolisis dividida o menos preferentemente en paralelo en una celula de electrolisis no dividida. Otro objeto de la invencion es un procedimiento en donde se combinan un tratamiento de espuma catodico de un lfquido y una purificacion de otro lfquido (por ejemplo, un lfquido reducido) por medio de una oxidacion electroqmmica directa o indirecta. Una oxidacion electroqmmica directa es una oxidacion anodica. Una oxidacion electroqmmica indirecta es una oxidacion mediante un oxidante que se forma en el anodo, por ejemplo, un mediador redox. El uso de un mediador redox requiere una celula de electrolisis dividida. Ventajosamente, el anodo es un electrodo con diamante conductivo, por ejemplo un electrodo revestido con BDD.

Mediante el tratamiento de espuma catodico (separacion de burbujas por adsorcion) y la oxidacion anodica posterior o paralela, el valor de CSB y BSD de un lfquido que contiene protemas vegetales puede reducirse de manera importante (CSB significa Demanda de Oxfgeno Qmmica, BSB demanda de oxfgeno biologica.)

Una celula dividida generalmente se usa para el procedimiento de purificacion (procedimiento combinado). Preferentemente, una membrana de intercambio ionico separa los compartimentos de electrodos. Un electrodo adecuado para la generacion de hidrogeno se usa como catodo. Se prefiere como anodo un electrodo de un material de electrodos con una sobretension de oxfgeno alta, por ejemplo un material de electrodos que contiene SnO2, platino liso como un espejo o diamante conductivo tal como BDD. Se prefiere como anodo un electrodo hecho de un sustrato conductivo (Nb, Ti; metal resistente a la corrosion o aleacion de metal; sustratos de metal) en forma de metal expandido y revestido con diamante dopado con boro. El procedimiento usa por ejemplo una celula de flujo. En este caso, el lfquido, por ejemplo, agua fresca del fruto de la patata, se suministra al compartimento del catodo (como catolito) y el lfquido reducido (catolito utilizado), al compartimento del anodo. Esto puede hacerse

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respectivamente por medio de una bomba de un deposito. Un uso de una celula dividida con membrana de intercambio ionico y una disposicion de los electrodos de "hueco cero" (zero-gap) (electrodos directamente dispuestos a ambos lados de la membrana de intercambio ionico, por ejemplo electrodos de rejilla) es muy ventajoso.

Por ejemplo, una placa de grafito sirve como catodo y un electrodo revestido con diamante conductivo (por ejemplo, BDD, diamante dopado con boro) como el anodo. De manera ventajosa, un tubo se dispone hermeticamente sobre el compartimento de catodo (por ejemplo, 0,3 m, 0,5 m, 1 m o 2 m de largo), en donde la espuma formada puede ascender. En un procedimiento para reducir los constituyentes organicos en un lfquido (procedimiento para purificar un lfquido), donde el lfquido se trata catodica y anodicamente, la velocidad de la bomba para el catolito es por ejemplo 5 ml/min y para el anolito 1 l/min. En el recipiente de circulacion con, por ejemplo, agua del fruto de la patata o agua del fruto de la patata reducida catodicamente como anolito, generalmente se obtiene pronto un valor de pH de menos de 3. Aqrn, la materia organica precipita y la solucion se aclara. En un procedimiento con tratamiento catodico y anodico de un lfquido tal como agua del fruto de la patata, en el funcionamiento de flujo continuo, los caudales de los electrolitos se ajustan ventajosamente de tal manera que el tiempo de permanencia del anolito en el compartimento del anodo es menor que el tiempo de permanencia del catolito en el compartimento de catodo. Es particularmente ventajoso un tiempo de permanencia del anolito en el compartimento del anodo de cinco a diez veces, preferentemente diez veces menor que el tiempo de permanencia del catolito en el compartimento del catodo.

Ejemplos

1. Obtencion de protemas con celula de electrolisis en funcionamiento discontinuo

La celula de electrolisis contiene una pila de electrodos de electrodos de rejilla, colocados unos sobre otros, de catodo y anodo, aislados entre sf por rejillas de plastico como separadores (distancia d = 1 mm). Los catodos se componen de mallas de acero inoxidable, los anodos de electrodos de metal expandido de niobio, revestidos con diamante dopado con boro. El recipiente de la celula de electrolisis es, en este caso mas simple, un vaso de precipitados con un volumen de 2,5 litros. El area efectiva de un solo electrodo es 120 cm2. En la pila de electrodos estan incorporados dos anodos con tres catodos, alternando. La superficie completa del catodo es 360 cm2.

Se carga un volumen de 1,8 litros de agua del fruto de la patata y se agita moderadamente con un agitador magnetico. La electrolisis discontinua se llevo a cabo a una temperatura inicial de 15 °C y una temperatura final de 22,5 °C despues de 10 horas de operacion. La corriente ascendio de forma constante a 3,6 A y la tension de celula media a 1,7 V. El valor de pH se ajusto a pH 5 y se mantuvo constante. Para el tratamiento, la espuma de protema que se formo en la superficie del lfquido se recogio y seco en el rotavapor bajo vacfo parcial. Se obtuvieron 4,5 g de un polvo de amarillo palido a amarillo-blanco que, segun la determinacion de nitrogeno segun Kjeldahl esta compuesto sobre todo de protema.

2. Electrolisis con inversion de la polaridad de los electrodos

Se usa una celula de electrolisis sencilla, que esta compuesta de un vaso de precipitados de laboratorio (volumen graduado: 800 ml, altura: 14 cm, diametro: 11 cm) como recipiente de electrolisis y de dos electrodos de metal de titanio expandido platinizado (altura: 6 cm, ancho: 10 cm) como catodo y anodo.

En este ejemplo, la distancia de migracion de las burbujas a traves de la solucion se determina solamente por la altura de electrodo. La altura de la espuma formada sobre el lfquido es 3,5 cm.

El agua del fruto de la patata con un contenido del 1,2 por ciento en peso (% p/p) de protema (calculado de la determinacion de nitrogeno segun Kjeldahl) se usa como electrolito. Esta solucion se bombea lentamente con una bomba peristaltica desde un deposito (volumen: 5 litros) al vaso de precipitados y con la misma bomba se aspira para que el nivel del lfquido se ajuste en 1 cm sobre los electrodos.

Los electrodos se conectan a una fuente regulable de corriente continua. La electrolisis se lleva a cabo a una intensidad de corriente constante de 0,9 A. La tension de borne inicial (tension de celula) es 1,5 V. Con estos ajustes es necesario un tiempo total teorico de ensayo de 83 horas.

El pH se ajusto a pH=5 y se mantuvo constante.

Despues de 20 horas de operacion, la tension de borne aumento 250 %. La razon es un bloqueo incipiente de los electrodos (formacion de capa de cubierta en los electrodos.) Como una contramedida, los electrodos se invirtieron ahora durante 2 minutos con un intervalo de 0,5 horas. Despues de 3 horas, la tension de borne habfa cafdo a 130 % del valor inicial y permanecio constante durante el tiempo de operacion residual. Despues de un tiempo de operacion de 50 horas, el rectificador se desconecto de los electrodos y se determino el peso de la espuma recogida y se realizo una determinacion de nitrogeno segun Kjeldahl de forma adecuada. El electrolito se analizo antes y al final de la electrolisis con una determinacion de nitrogeno segun Kjeldahl.

En este experimento se encontro un factor de concentracion de 6,5 (relacion de contenido de protemas en la espuma y contenido de protemas del lfquido original), lo que significa que la protema se ha concentrado seis veces y

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media en la espuma. De los examenes de las soluciones resulto que 60 % de la protema del Ifquido inicialmente empleado se recupero en la espuma.

3. Celula de electrolisis con canal para espuma ascendente

La celula de electrolisis consiste esencialmente en un conducto (altura: 100 cm; area base: 0,12 cm ancho, 5,5 cm profundidad). En este conducto se insertan electrodos de titanio de metal expandido, que se fijaron en un bastidor a una distancia de 2 cm. El anodo de metal expandido esta revestido con una mezcla de oxidos de metales nobles. El catodo no esta revestido. El area del electrodo es 275 cm2 respectivamente. Despues de cargar la celula de electrolisis con el lfquido, permanece un canal libre de aproximadamente 0,5 m de longitud en donde la espuma puede ascender. El entremezclado del electrolito se logra al bombear con una bomba peristaltica el electrolito de la region superior del lfquido de la celula de electrolisis y al devolver el mismo a la region inferior.

Durante la operacion, la espuma asciende, dependiendo de su consistencia, a modo de columna aproximadamente de 3 a 10 cm sobre el borde de la carcasa de la celula (extremo superior del conducto) hasta que la espuma se rompe en la parte superior. La espuma que cae es recibida en una canaleta, se recoge y se seca a 25-30 °C al vado.

3,4 litros de agua del fruto de la patata se llenan en la celula de electrolisis. Los electrodos se conectan a un rectificador. Fluye una corriente de electrolisis constante de 2,2 A. A partir de esto se calcula una densidad de corriente i = 8 mA/cm2. Despues de un tiempo de electrolisis de 4,7 horas, 1,17 g de un polvo se aislaron de la espuma recogida, como se describio anteriormente, por secado al vado y se determino un contenido de protema del 88 % (mediante determinacion de nitrogeno segun Kjeldahl).

4. Separacion de burbujas por adsorcion con gas hidrogeno en una celula dividida

Se usa una celula de electrolisis cerrada, la cual se divide mediante una membrana de intercambio de cationes en un compartimento catodico y uno anodico, y esta equipada con electrodos de platino. El compartimento anodico se llena con acido acetico diluido. El compartimento catodico esta conectado a una salida inferior de un recipiente de almacenamiento llenado con agua del fruto de la patata de pH 5. Un tubo se extiende desde la parte superior de la celula de electrolisis y esta dispuesto de tal forma que la espuma transportada en su interior cae en un recipiente de recogida desde arriba. En un circuito de bomba con bomba peristaltica se bombea desde el recipiente de almacenamiento solucion y se alimenta a la parte inferior de la celula. Las burbujas de gas se mueven, medido por la altura de los electrodos, a traves del lfquido (columna de lfquido sobre los electrodos) una distancia relativamente larga y tambien la columna de espuma formada esta alargada en comparacion con los ejemplos anteriores. La relacion de longitudes de longitud de electrodo/columna de lfquido/columna de espuma es aproximadamente 1: 3,3:

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A los electrodos de platino identicos se aplica una densidad de corriente de 7,7 mA/cm2.

La espuma que surge del extremo superior del tubo se recoge y analiza como se describio anteriormente. La sustancia seca obtenida de la espuma tiene un contenido de protemas de 92 % (mediante determinacion de nitrogeno segun Kjeldahl).

Ejemplo comparativo

Una probeta con pie (altura: 1 m, diametro: 8 cm) se llena con 2,5 litros de agua del fruto de la patata. El aire se esparce a traves de una frita de porosidad D3 en la parte inferior del deposito. Esto resulta en una columna de lfquido con una altura de 50 cm y una columna de espuma de 50 cm. El gas se suministra a un caudal de gas v = 30 ml/min. En contraste con los resultados de los experimentos previos, la espuma contuvo burbujas muy grandes y tuvo sobre todo una globalmente densidad muy baja. Es diffcil de manipular adicionalmente en condiciones tecnicas en un procedimiento de produccion. El contenido de materia seca es muy bajo. La espuma tuvo un factor de concentracion de protemas de 1,3.

Claims (14)

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   REIVINDICACIONES

   1. Procedimiento para la concentracion, la obtencion o la eliminacion de protemas vegetales a partir de un Ifquido acuoso, caracterizado porque se generan burbujas de gas, de gas hidrogeno o una mezcla de gases que contiene gas hidrogeno o se generan burbujas de gas electroqmmicamente en el lfquido y, por ello, se forma una espuma que contiene protemas vegetales disueltas y la espuma se separa del lfquido.
2. 2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque las burbujas de gas se generan electroqmmicamente en el lfquido en una celula de electrolisis no dividida o dividida.
3. 3. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las burbujas de gas se generan en al menos un electrodo que contiene platino, iridio, rutenio, iridio y rutenio, grafito, material de carbono conductivo o diamante conductivo.
4. 4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se obtiene un producto lfquido o producto intermedio de la espuma separada del lfquido, que contiene un mayor contenido de protemas vegetales que el lfquido inicialmente usado.
5. 5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se usa un dispositivo que presenta al menos un tubo, una estructura tubular, un cuerpo hueco con una abertura de entrada y una abertura de salida o una region en la que la espuma formada puede ascender, siendo el dispositivo una celula de electrolisis o un dispositivo con un equipo para la generacion de burbujas de gas.
6. 6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque del lfquido se genera un lfquido reducido en protemas vegetales, que se somete a una oxidacion electroqmmica directa o indirecta.
7. 7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en una celula de electrolisis dividida se generan, catodicamente, las burbujas de gas en el lfquido para eliminar protemas vegetales y, anodicamente, un lfquido reducido en protemas vegetales o un lfquido que contiene sustancias organicas se somete a una oxidacion electroqmmica directa o indirecta.
8. 8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el lfquido empleado es un agua de procesamiento o agua residual del procesamiento de plantas, partes de las plantas o productos vegetales o el lfquido empleado es agua del fruto de la planta o agua del fruto de la patata.
9. 9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las burbujas de gas se generan electroqmmicamente en el lfquido en una celula de electrolisis no dividida o dividida, generandose gas hidrogeno catodicamente y gas oxfgeno anodicamente o generandose gas hidrogeno catodicamente y oxidandose gas hidrogeno anodicamente.
10. 10. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el lfquido presenta un valor de pH en el intervalo de pH 4 a pH 7 al principio de la generacion de burbujas de gas y el valor de pH del lfquido se mantiene constante o se modifica.
11. 11. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las burbujas de gas se generan electroqmmicamente por electrolisis y la electrolisis se hace funcionar continua o discontinuamente, por impulsos o con al menos una inversion de la polaridad de los electrodos.
12. 12. Uso de gas hidrogeno o una mezcla de gases que contiene gas hidrogeno para producir espuma en un lfquido que contiene protemas vegetales en un procedimiento para la obtencion de protemas vegetales del lfquido, para la purificacion del lfquido o para la reduccion de protemas vegetales en el lfquido mediante un tratamiento de espuma.
13. 13. Uso de acuerdo con la reivindicacion 12, caracterizado porque el gas hidrogeno o la mezcla de gases que contiene gas hidrogeno se genera electroqmmicamente en el lfquido.
14. 14. Uso como de acuerdo con la reivindicacion 12 o 13, caracterizado porque el lfquido es un agua del fruto de la planta o agua del fruto de la patata.