ES2931084B2 - Integrated process and equipment for obtaining type II or native collagen from cartilage of animal origin by contact with CO2 - Google Patents

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ES2931084B2 ES202230606A ES202230606A ES2931084B2 ES 2931084 B2 ES2931084 B2 ES 2931084B2 ES 202230606 A ES202230606 A ES 202230606A ES 202230606 A ES202230606 A ES 202230606A ES 2931084 B2 ES2931084 B2 ES 2931084B2
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Description

DESCRIPCIÓN DESCRIPTION

Proceso integrado y equipo para la obtención de colágeno tipo II o nativo a partir de cartílago de origen animal por contacto con CO2Integrated process and equipment for obtaining type II or native collagen from cartilage of animal origin by contact with CO2

SECTOR DE LA TÉCNICA TECHNICAL SECTOR

La presente invención describe un proceso integrado para la obtención de colágeno nativo a partir de cartílago utilizando solamente un fluido supercrítico, particularmente CO2supercrítico. El colágeno obtenido es apropiado para uso médico y nutracéutico. The present invention describes an integrated process for obtaining native collagen from cartilage using only a supercritical fluid, particularly supercritical CO2. The collagen obtained is suitable for medical and nutraceutical use.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN BACKGROUND OF THE INVENTION

El colágeno es la estructura proteica más abundante de la matriz extracelular del tejido conectivo y membranas basales. Las fibras de colágeno están formadas por subunidades filamentosas finas llamadas fibrillas. A su vez, las fibrillas, se componen de moléculas de colágeno que se agrupan unas detrás de otras de tal manera que se forman dos zonas, una zona de superposición y una zona de brecha, lo que da lugar a la estriación o bandeo característico del colágeno. Entre las moléculas de colágeno se establecen enlaces covalentes que dan resistencia a estas fibrillas y por tanto al colágeno. Collagen is the most abundant protein structure in the extracellular matrix of connective tissue and basement membranes. Collagen fibers are made up of fine filamentous subunits called fibrils. The fibrils, in turn, are made up of collagen molecules that are grouped one after the other in such a way that two zones are formed, an overlap zone and a gap zone, which gives rise to the characteristic striation or banding of collagen. Covalent bonds are established between the collagen molecules that give strength to these fibrils and therefore to the collagen.

Hasta el momento se han caracterizado 28 tipos distintos de colágeno que forman fibrillas, microfibrillas y estructuras de conexión. Los tipos de colágeno se clasifican según la estructura homóloga de sus dominios y se les asignan números Romanos de I a XXVIII en función de su orden cronológico del descubrimiento. Por ejemplo, la estructura del colágeno tipo II es de tres cadenas a1 (a1 (II)3) y fue el segundo que se descubrió [1,2]. To date, 28 different types of collagen have been characterized, which form fibrils, microfibrils and connecting structures. Collagen types are classified according to the homologous structure of their domains and are assigned Roman numerals from I to XXVIII based on their chronological order of discovery. For example, the structure of type II collagen is made up of three a1 chains (a1 (II)3) and it was the second to be discovered [1,2].

En la Tabla 1 se muestran, además de la composición molecular, algunas características estructurales y la localización de los tres tipos de colágeno más importantes. Las moléculas de colágeno tipo II están constituidas por un dominio COL central y dos dominios en los extremos constituidos por secuencias no colagenosas llamadas telopéptidos; en el extremo C - terminal tienen un telopéptido y un extremo N - terminal parcialmente procesado [3]. In addition to the molecular composition, Table 1 shows some structural characteristics and the location of the three most important types of collagen. Collagen type II molecules consist of a central COL domain and two domains at the ends consisting of non-collagenous sequences called telopeptides; at the C-terminal end they have a telopeptide and a partially processed N-terminal end [3].

Tabla 1. Resumen de las principales características del colágeno de tipo I, II y III. [1,2] Table 1. Summary of the main characteristics of collagen types I, II and III. [1,2]

El colágeno tipo II o nativo es el principal componente estructural del cartílago. Junto otros tipos de colágenos específicos de cada tejido está orientado aleatoriamente en una matriz de proteoglicanos viscosos. La rigidez de las fibrillas de este tipo de colágeno imparte fuerza y compresibilidad. Esta propiedad permite que las articulaciones absorban los golpes. Por ello, se utiliza en como suplemento dietario para promover la salud de las articulaciones. Además, se ha probado que puede suprimir la artritis reumatoide. Otras aplicaciones del colágeno tipo II están en la industria alimentaria (como agente clarificante, emulsificante o agente para batidos), en aplicaciones farmacéuticas (como material de ingeniería de tejidos, para microencapsulación y como recubriente) y en la industria cosmética, para la fabricación de champús y pintalabios. No obstante, hoy en día, la mayor demanda está en su uso para la formulación de productos relacionados con la salud articular. Type II or native collagen is the main structural component of cartilage. Together with other tissue-specific collagen types, it is randomly oriented in a matrix of viscous proteoglycans. The rigidity of the fibrils of this type of collagen imparts strength and compressibility. This property allows joints to absorb shock. Therefore, it is used as a dietary supplement to promote joint health. In addition, it has been proven to suppress rheumatoid arthritis. Other applications of type II collagen are in the food industry (as a clarifying agent, emulsifier or whipping agent), in pharmaceutical applications (as a tissue engineering material, for microencapsulation and as a coating) and in the cosmetics industry, for the manufacture of shampoos and lipsticks. However, today, the greatest demand is for its use in the formulation of products related to joint health.

Los procedimientos tradicionales de obtención de colágeno incluyen varias etapas: primero la preparación de la materia prima (que suele incluir una limpieza mecánica, lavado o incluso cocción para desinfectar), seguida de una etapa de trituración y de una digestión ácida o alcalina (para eliminar la fracción no-colagénica y aumentar el rendimiento de la extracción); en segundo lugar, la extracción del colágeno, que puede realizarse mediante hidrólisis enzimática y/o química fundamentalmente con ácidos fuertes y donde se obtiene una suspensión diluida de colágeno; y, finalmente, la concentración y purificación de la suspensión diluida (Cao, H. y Xu, S. Y.Purification and characterization of type II collagen from chick sternal cartilage,Food Chem. 108 (2008) 439-445; Deyl, Z et al.,Preparative procedures and purity assessment of collagen proteins,J. Chromatogr. B Anal. Technol. Biomed. Life Sci. (2003), 245-275). Traditional collagen production procedures include several stages: first, the preparation of the raw material (which usually includes mechanical cleaning, washing or even cooking to disinfect), followed by a grinding stage and an acid or alkaline digestion (to eliminate the non-collagenous fraction and increase the extraction yield); second, the extraction of the collagen, which can be carried out by enzymatic and/or chemical hydrolysis, mainly with strong acids, where a diluted collagen suspension is obtained; and, finally, the concentration and purification of the diluted suspension (Cao, H. and Xu, S. Y. Purification and characterization of type II collagen from chick sternal cartilage, Food Chem. 108 (2008) 439-445; Deyl, Z et al., Preparative procedures and purity assessment of collagen proteins, J. Chromatogr. B Anal. Technol. Biomed. Life Sci. (2003), 245-275).

Estos métodos, además de ser muy prolongados pues requieren de varios días, incluyen numerosas etapas, algunas de ellas (como la centrifugación o la cromatografía) muy caras, así como el tratamiento con varios disolventes y agentes agresivos tales como ácidos o sales que pueden permanecer en el colágeno como residuos. La hidrólisis ácida además podría causar deterioro en la estructura tridimensional tan sensible del colágeno nativo. These methods, in addition to being very time-consuming, requiring several days, include numerous steps, some of which (such as centrifugation or chromatography) are very expensive, as well as treatment with various solvents and aggressive agents such as acids or salts that can remain in the collagen as residues. Acid hydrolysis could also cause damage to the sensitive three-dimensional structure of native collagen.

Sin embargo, en este momento existe la necesidad de hacer los procesos químicos más sostenibles y simples. En este sentido, la extracción con CO2supercrítico es propuesta como una tecnología prometedora para el procesamiento de colágeno (Harris, M. et al.Developments for Collagen Hydrolysate in Biological, Biochemical, and Biomedical Domains: A Comprehensive Review.Materials, 14(2021), 2806). However, there is currently a need to make chemical processes more sustainable and simple. In this sense, supercritical CO2 extraction is proposed as a promising technology for collagen processing (Harris, M. et al. Developments for Collagen Hydrolysate in Biological, Biochemical, and Biomedical Domains: A Comprehensive Review. Materials, 14(2021), 2806).

Hay procesos patentados que incluyen alguna etapa con CO2supercrítico en la producción de colágeno, pero solo con fines de extracción de impurezas. En la patente ES2238926 se propone el desengrasado de piel de cerdo mediante dióxido de carbono comprimido para la posterior obtención de pasta de colágeno de uso alimentario. El método incluye sucesivas compresiones y descompresiones del extractor para provocar la rotura de las membranas de los adipocitos facilitando así el contacto grasa-disolvente. Pero mediante este método solo se consigue desengrasar la piel a partir de la cual se podría obtener un colágeno tipo I, no tipo II o nativo. Requeriría un procedimiento posterior de extracción, concentración y purificación. There are patented processes that include a stage with supercritical CO2 in the production of collagen, but only for the purpose of extracting impurities. Patent ES2238926 proposes degreasing pig skin using compressed carbon dioxide to subsequently obtain collagen paste for food use. The method includes successive compressions and decompressions of the extractor to cause the rupture of the adipocyte membranes, thus facilitating fat-solvent contact. However, this method only degreases the skin from which type I collagen could be obtained, not type II or native collagen. It would require a subsequent extraction, concentration and purification procedure.

Por otra parte, en la patente WO2018030748 se relaciona un método para extraer colágeno del efluente de la liposucción, con CO2supercrítico; y en la patente CN102633877A se describe un proceso complejo para obtener colágeno a partir de piel y escamas de pescado en la que el CO2supercrítico sólo se utiliza en una etapa para extraer el aceite como un producto secundario. En el documento ES2105323 se recoge un procedimiento para el curtido, teñido e impermeabilización de pieles naturales que contienen colágeno en el que se utiliza CO2supercrítico como fluido de todas estas etapas en sustitución de agua para minimizar el impacto ambiental y el consumo de materias primas. On the other hand, patent WO2018030748 relates a method to extract collagen from liposuction effluent, using supercritical CO2; and patent CN102633877A describes a complex process to obtain collagen from fish skin and scales in which supercritical CO2 is only used in one stage to extract oil as a secondary product. Document ES2105323 includes a procedure for tanning, dyeing and waterproofing natural skins containing collagen in which supercritical CO2 is used as the fluid in all these stages instead of water to minimize the environmental impact and the consumption of raw materials.

Además, existen publicaciones en las que el CO2sub o supercrítico se utiliza como agente esterilización de materiales basados en colágeno (Herdegen, V. et al.Sterilization of medical producís from collagen by means of supercritical CO2,Chem. Eng. Technol. 37 (2014) 1891-1895; Bernhardt, A. et al.Improved sterilization of sensitive biomaterials with supercritical carbon dioxide at low temperature,PLoS One. In addition, there are publications in which sub or supercritical CO2 is used as a sterilization agent for collagen-based materials (Herdegen, V. et al. Sterilization of medical products from collagen by means of supercritical CO2, Chem. Eng. Technol. 37 (2014) 1891-1895; Bernhardt, A. et al. Improved sterilization of sensitive biomaterials with supercritical carbon dioxide at low temperature, PLoS One.

10 (2015) 1-19; Santos-Rosales, V. et al.Sterile and Dual-Porous Aerogels Scaffolds Obtained through a Multistep Supercritical CO2-Based Approach,Molecules 24 (2019) 1-17). En estas descripciones el colágeno ya ha sido procesado y obtenido por métodos convencionales, es un colágeno mineralizado y conformado para generar andamiajes para implantes, obtenido de la dermis del cerdo y de la submucosa o intestino del cerdo. Por tanto, el CO2no se utiliza en su producción ni se obtiene colágeno nativo. 10 (2015) 1-19; Santos-Rosales, V. et al. Sterile and Dual-Porous Aerogels Scaffolds Obtained through a Multistep Supercritical CO2-Based Approach, Molecules 24 (2019) 1-17). In these descriptions, collagen has already been processed and obtained by conventional methods; it is a mineralized and shaped collagen to generate scaffolds for implants, obtained from the dermis of the pig and from the submucosa or intestine of the pig. Therefore, CO2 is not used in its production nor is native collagen obtained.

Por todo lo anterior, sigue existiendo la necesidad de nuevos procesos alternativos sostenibles y simples para la producción de colágeno tipo 2 o nativo, que empleen menores cantidades y tipos de disolventes, condiciones de temperatura más suaves para reducir los requerimientos energéticos y con la recirculación de las materias primas no procesadas y de los disolventes empleados. Adicionalmente, el mercado actual de fármacos y alimentos funcionales exige cada vez más, productos poco procesados y con la menor cantidad de residuos de disolventes o agentes químicos posibles. For all the above reasons, there is still a need for new, sustainable and simple alternative processes for the production of type 2 or native collagen, which use smaller amounts and types of solvents, milder temperature conditions to reduce energy requirements and with the recirculation of unprocessed raw materials and solvents used. Additionally, the current market for drugs and functional foods increasingly demands minimally processed products with the least amount of solvent or chemical agent residues possible.

La presente invención propone un proceso limpio y simple, integrado, para obtener un colágeno nativo tipo II ya que, a partir de la trituración de la materia prima natural, solo se necesita un tratamiento con CO2supercrítico para conseguir un colágeno nativo que mantiene su estructura tridimensional intacta y está libre de disolvente que permitiría su uso en aplicaciones médicas y nutraceúticas. Después del procedimiento solamente requeriría de molienda y tamizado. The present invention proposes a clean and simple, integrated process to obtain a native collagen type II since, from the grinding of the natural raw material, only a treatment with supercritical CO2 is needed to obtain a native collagen that maintains its three-dimensional structure intact and is free of solvent, which would allow its use in medical and nutraceutical applications. After the procedure, only grinding and sieving would be required.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN EXPLANATION OF THE INVENTION

Esta invención describe un método de obtención de colágeno nativo a partir de colágeno de origen animal mediante el empleo de CO2supercrítico o subcrítico. El proceso se lleva a cabo en condiciones de presión y temperatura moderada, durante un tiempo suficiente para que el contacto entre el colágeno y el CO2sea efectivo. Se obtiene un colágeno nativo desengrasado y estéril que conserva su estructura tridimensional y sus propiedades de calidad y con una humedad apropiada para su almacenamiento. This invention describes a method for obtaining native collagen from collagen of animal origin by using supercritical or subcritical CO2. The process is carried out under moderate pressure and temperature conditions, for a time sufficient for effective contact between the collagen and the CO2. A degreased and sterile native collagen is obtained that preserves its three-dimensional structure and its quality properties and with an appropriate humidity for its storage.

Como materia prima se puede utilizar el colágeno con su contenido en agua original o escurrido, parcialmente secado a temperatura moderada (por ejemplo, en secadero a vacío o con secado intermitente) o parcialmente deshidratada por un tratamiento previo con un disolvente como acetona o etanol. Aunque el contenido en agua de la materia prima para ser tratada con el CO2puede ser desde el original hasta el grado de humedad en equilibrio con el entorno, preferentemente el contenido en agua es del 20 - 30% o superior. Collagen can be used as raw material with its original water content or drained, partially dried at moderate temperature (e.g. in a vacuum dryer or with intermittent drying) or partially dehydrated by a pretreatment with a solvent such as acetone or ethanol. Although the water content of the raw material to be treated with CO2 can range from the original to the degree of moisture in equilibrium with the environment, preferably the water content is 20 - 30% or higher.

La materia prima se pone en contacto con CO2subcrítico o supercrítico en unas condiciones de presión de 50 a 500 bar y una temperatura de 20 a 100°C. El caudal de CO2 está comprendido entre 5 y 120 KgCO2/h/kgmateria prima, durante un tiempo entre 1 y 24 horas. The raw material is put in contact with subcritical or supercritical CO2 under pressure conditions of 50 to 500 bar and a temperature of 20 to 100°C. The CO2 flow rate is between 5 and 120 KgCO2/h/kg of raw material, for a time between 1 and 24 hours.

Para eliminar el CO2y recuperar el colágeno tratado, se lleva a cabo una despresurización a una velocidad menor de 20 bar/min. El CO2eliminado se recircula al proceso. To remove CO2 and recover the treated collagen, depressurization is carried out at a speed of less than 20 bar/min. The removed CO2 is recirculated to the process.

Opcionalmente, para reducir la presión de operación, aumentar el rendimiento del proceso, disminuir el consumo de CO2o el tiempo de contacto, se puede añadir al CO2un modificador, como etanol, acetato de etilo, lactato de etilo, alcoholes, acetona o compuestos que son habitualmente conocidos como co-disolventes en el estado del arte. Optionally, to reduce the operating pressure, increase the process efficiency, decrease CO2 consumption or contact time, a modifier such as ethanol, ethyl acetate, ethyl lactate, alcohols, acetone or compounds that are commonly known as co-solvents in the state of the art can be added to the CO2.

En una realización preferida de la invención se pone la materia prima en contacto con el CO2a temperaturas comprendidas entre 38 y 43 °C y velocidades de despresurización de < 10 bar/min para preservar la calidad del colágeno obtenido, así como utilizar presiones entre 150 y 350 bar para mantener rendimientos altos sin aumentar los gastos energéticos o los costes de equipamiento. In a preferred embodiment of the invention, the raw material is placed in contact with CO2 at temperatures between 38 and 43 °C and depressurization rates of < 10 bar/min to preserve the quality of the collagen obtained, as well as using pressures between 150 and 350 bar to maintain high yields without increasing energy costs or equipment costs.

El equipo donde se lleva a cabo el proceso comprende un sistema de entrada de materia prima, un recipiente (R1) para contener la materia prima a tratar, una línea de suministro de CO2, una línea de recuperación del CO2, dispositivos para el control y la lectura de la presión y la temperatura, elementos de seguridad, un sistema de despresurización y un sistema de descarga del colágeno obtenido. The equipment where the process is carried out comprises a raw material input system, a container (R1) to contain the raw material to be treated, a CO2 supply line, a CO2 recovery line, devices for controlling and reading the pressure and temperature, safety elements, a depressurization system and a discharge system for the collagen obtained.

La línea de suministro de CO2utiliza un refrigerante (E1) para sub-enfriarlo antes de comprimirlo en una bomba (P1) y ajustar su temperatura en un cambiador de calor (E2). The CO2 supply line uses a refrigerant (E1) to sub-cool it before compressing it in a pump (P1) and adjusting its temperature in a heat exchanger (E2).

Después de su contacto con la pasta de colágeno, el CO2 se recircula, reduciendo previamente su presión, limpiándolo de restos de impurezas y reacondicionarlo a las condiciones de operación. After contact with the collagen paste, the CO2 is recirculated, previously reducing its pressure, cleaning it of impurity residues and reconditioning it to operating conditions.

Opcionalmente, el equipo incluye una línea de suministro de co-disolvente. También para mejorar el contacto efectivo entre la materia prima y el CO2se pueden introducir distribuidores si la materia prima se dispone formando un lecho fijo o un tambor rotatorio que permita el movimiento de la materia prima. Optionally, the equipment includes a co-solvent supply line. Also to improve the effective contact between the raw material and the CO2, distributors can be introduced if the raw material is arranged in a fixed bed or a rotating drum that allows the movement of the raw material.

El colágeno nativo obtenido mantiene su estructura tridimensional intacta y está libre de disolvente. Se puede alcanzar una humedad inferior al 10%. Todo ello permitiría su uso en aplicaciones médicas y nutracéuticas. Después del procedimiento requeriría como máximo de molienda y tamizado. The native collagen obtained maintains its three-dimensional structure intact and is free of solvent. It can reach a humidity of less than 10%. All of this would allow its use in medical and nutraceutical applications. After the procedure, it would require at most grinding and sieving.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

La figura 1 muestra el impacto del consumo de CO2en el rendimiento del proceso a colágeno medido como pérdida de masa y en el grado de humedad del colágeno obtenido a 350 bar y 40 °C. Figure 1 shows the impact of CO2 consumption on the collagen process performance measured as mass loss and on the moisture content of the collagen obtained at 350 bar and 40 °C.

En la Figura 2 se muestran imágenes TEM de muestras obtenidas a 350 bar. A) 40 °C, 14 h de tratamiento; B) 40 °C, 65 h, 9 ciclos de compresión/descompresión; C) 17 min a 45 °C de las 8 h de tratamiento. La barra de escala es de 200 nm. Figure 2 shows TEM images of samples obtained at 350 bar. A) 40 °C, 14 h of treatment; B) 40 °C, 65 h, 9 compression/decompression cycles; C) 17 min at 45 °C out of 8 h of treatment. The scale bar is 200 nm.

La Figura 3 muestra un corte longitudinal y transversal del colágeno obtenido a partir de cartílago de esternón de pollo pre-secado y tratado con CO2supercrítico a 350 bar y 40 °C. Figure 3 shows a longitudinal and cross section of the collagen obtained from chicken sternum cartilage pre-dried and treated with supercritical CO2 at 350 bar and 40 °C.

En la Figura 4 se esquematiza el equipo para la obtención de colágeno a partir de cartílago mediante CO2supercrítico. Figure 4 shows the equipment for obtaining collagen from cartilage using supercritical CO2.

La Figura 5 muestra el impacto del tiempo de operación y el caudal en el rendimiento del proceso de producción de colágeno medido como pérdida de masa de la pasta de cartílago de esternón de pollo. El CO2supercrítico fue suministrado a 350 bar y 40 °C. La barra de error muestra la desviación estándar promedio. Las líneas sólidas muestran el ajuste polinómico de los datos experimentales. Figure 5 shows the impact of operation time and flow rate on the collagen production process performance measured as mass loss of chicken sternum cartilage paste. Supercritical CO2 was supplied at 350 bar and 40 °C. The error bar shows the average standard deviation. The solid lines show the polynomial fit of the experimental data.

La Figura 6 representa el impacto de la temperatura en la velocidad de procesamiento a medida que aumentó la ratio CO2/pasta. La presión fue 350 bar y el caudal 60 kg CO2/h/kg pasta. La barra de error muestra la desviación estándar promedio. Las líneas sólidas muestran el ajuste polinómico de los datos experimentales. Figure 6 depicts the impact of temperature on processing rate as the CO2/pulp ratio was increased. The pressure was 350 bar and the flow rate was 60 kg CO2/h/kg pulp. The error bar shows the average standard deviation. The solid lines show the polynomial fit to the experimental data.

En la Figura 7 se muestran imágenes TEM de la estructura de colágeno obtenida con CO2supercrítico a 350 bar y 40 °C (A) o 43 ° C (B). Figure 7 shows TEM images of the collagen structure obtained with supercritical CO2 at 350 bar and 40 °C (A) or 43 °C (B).

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION

La presente invención se ilustra mediante los siguientes ejemplos que no pretenden, en ningún caso, ser limitativos de su alcance. The present invention is illustrated by the following examples, which are not intended, in any case, to be limiting of its scope.

Ejemplo 1 Example 1

Este ejemplo se refiere a la obtención de colágeno nativo a partir de cartílago de esternón de pollo solamente con CO2supercrítico. This example concerns the production of native collagen from chicken sternal cartilage using only supercritical CO2.

El cartílago de esternón de pollo es molido para generar una pasta. Una cantidad aproximada de 20 g de pasta se introduce en el recipiente de acero inoxidable de alta presión de 100 mL, formando un lecho fijo de una relación de longitud a diámetro de aprox. 6: 1. Una malla metálica en el fondo y en la cabeza del lecho evita que el colágeno sea arrastrado durante la operación. Como tiene tendencia a la compactación favoreciendo la formación de canales preferentes, se emplean redistribuidores. A continuación, se cierra el recipiente y se precalienta a la temperatura de operación. Después se inicia el bombeo del CO2y, al alcanzarse la presión de interés, se abre la válvula de contrapresión (BPR), proporcionando un flujo continuo de CO2a través del lecho de 4 g/min en promedio que da un caudal másico de 16 g CO2/h/g pasta. Después de la válvula, el CO2es despresurizado y por tanto, se convierte en gaseoso, lo que hace que lo que se hubiera extraído o arrastrado, precipitase en el colector. Una vez transcurrido el tiempo de operación, se procede a la despresurización del equipo. El caudal total de CO2pasado se lee en el medidor de flujo. El recipiente se separa del equipo y el producto se descarga para realizar los posteriores análisis. Chicken sternal cartilage is ground to produce a paste. An approximate quantity of 20 g of paste is introduced into the 100 mL high-pressure stainless steel vessel, forming a fixed bed with a length to diameter ratio of approx. 6:1. A metal mesh at the bottom and head of the bed prevents the collagen from being carried away during operation. As it has a tendency to compact, favouring the formation of preferential channels, redistributors are used. The vessel is then closed and preheated to operating temperature. CO2 pumping is then started and, when the pressure of interest is reached, the back pressure valve (BPR) is opened, providing a continuous flow of CO2 through the bed at an average of 4 g/min giving a mass flow rate of 16 g CO2/h/g paste. After the valve, the CO2 is depressurized and therefore becomes gaseous, which causes what had been extracted or carried to precipitate into the collector. Once the operating time has elapsed, the equipment is depressurized. The total flow of CO2 passed is read on the flow meter. The container is separated from the equipment and the product is discharged for subsequent analysis.

Ejemplo 2 Example 2

En este ejemplo se describe el análisis del colágeno obtenido. This example describes the analysis of the obtained collagen.

La eficacia del tratamiento descrita en el ejemplo 1 se determina a partir de los datos de contenido en humedad, y carga microbiana del producto obtenido, así como de las imágenes de microscopio electrónico de transmisión (TEM) de su estructura del producto final y de su proporción en colágeno nativo. The effectiveness of the treatment described in example 1 is determined from the data on moisture content and microbial load of the product obtained, as well as from transmission electron microscope (TEM) images of the structure of the final product and its proportion of native collagen.

Elanálisis microbiológicose lleva a cabo tanto en las muestras tratadas como en la pasta de partida para establecer el grado de inactivación durante el tratamiento. Cinco gramos de muestra se mezclan con 45 ml de agua de peptona en condiciones estériles. A continuación, se preparan diluciones en serie y 1 ml de cada dilución se cultiva en placas de Petri conteniendo 20 ml del medio específico adecuado. El recuento de microorganismos aerobios mesófilos se analiza después del cultivo a 30 °C durante 24 h en medio PCA (del inglés "plate count agar”). El recuento de microorganismos anaerobios se realiza en medio SPS (Sulfito Polimixina Sulfadiazina) después de cultivo en jarra de anaerobiosis a 37°C durante 48 h. Los resultados se expresan en unidades formadoras de colonias por gramo (ufc/g) y el grado de inactivación se define como el logaritmo del recuento después del tratamiento (N) respecto del inicial (No). La máxima desviación estándar en estas medidas es de ± 0,3 ciclos logarítmicos. Microbiological analysis is carried out on both the treated samples and the starting paste to establish the degree of inactivation during treatment. Five grams of sample are mixed with 45 ml of peptone water under sterile conditions. Serial dilutions are then prepared and 1 ml of each dilution is cultured in Petri dishes containing 20 ml of the appropriate specific medium. Aerobic mesophilic microorganisms are counted after cultivation at 30 °C for 24 h in PCA (plate count agar) medium. Anaerobic microorganisms are counted in SPS (Polymyxin Sulfite Sulfadiazine) medium after cultivation in an anaerobic jar at 37 °C for 48 h. Results are expressed in colony forming units per gram (cfu/g) and the degree of inactivation is defined as the logarithm of the count after treatment (N) with respect to the initial count (No). The maximum standard deviation in these measurements is ± 0.3 logarithmic cycles.

Primeramente, se analiza el cartílago molido para establecer el punto de referencia del método de producción de colágeno. El recuento de microorganismos anaerobios en este producto es del orden de 104 ufc/g. Típicamente el pollo tiene contaminación anaerobia de especies deClostridium,aunque también podría tenerStaphilococcus aureusu otros anaerobios estrictos o facultativos. El recuento de aerobios totales es del orden de 105 106 ufc/g dependiendo del lote (en promedio de 7,4x105 cfu/g). First, ground cartilage is analyzed to establish the baseline for the collagen production method. The anaerobic microorganism count in this product is in the range of 104 cfu/g. Typically, chicken has anaerobic contamination with Clostridium species, although it may also have Staphilococcus aureus or other obligate or facultative anaerobes. The total aerobic count is in the range of 105-106 cfu/g depending on the batch (average 7.4x105 cfu/g).

Elgrado de humedadde la materia prima y del producto se realiza mediante pérdida de peso en estufa a 105°C hasta lectura constante. La desviación estándar en estas medidas es de ± 3%. The moisture content of the raw material and the product is determined by weight loss in an oven at 105°C until a constant reading is obtained. The standard deviation of these measurements is ± 3%.

El producto recogido después del tratamiento del recipiente es molido y tamizado en criba de 180 micras para sercaracterizado estructuralmentemediante microscopía de transmisión electrónica (TEM). La observación de las muestras mediante TEM permite observar el grado de heterogeneidad de las mismas, es decir, si hay presencia de otro tipo de tejido, el estado de las fibrillas del colágeno (si están definidas o no, su longitud) y la presencia o ausencia del bandeo característico en las mismas. The product collected after the treatment of the container is ground and sieved on a 180-micron sieve to be structurally characterized by transmission electron microscopy (TEM). Observation of the samples by TEM allows the degree of heterogeneity of the samples to be observed, that is, whether there is the presence of another type of tissue, the state of the collagen fibrils (whether they are defined or not, their length) and the presence or absence of the characteristic banding in them.

Para determinar elcontenido de colágeno nativoen el producto obtenido después del tratamiento con CO2, se realizan análisis ELISA (del inglés "Enzyme-linked immunosorbent assay”) basados en ensayos de immunosorción enzimáticos específicos. En una primera etapa se realiza una digestión de la muestra con pepsina, que separa las moléculas de colágeno cuya estructura de triple hélice se mantiene, de aquellas moléculas de colágeno que están degradadas. A continuación, se degrada la muestra con proteinasa K para el análisis posterior con ELISA. El kit que se emplea determina los productos de degradación de los telopéptidos C- términales del tipo II de colágeno. In order to determine the native collagen content in the product obtained after CO2 treatment, ELISA (Enzyme-linked immunosorbent assay) analyses are performed based on specific enzymatic immunosorption tests. In a first stage, the sample is digested with pepsin, which separates the collagen molecules whose triple helix structure is maintained from those collagen molecules that are degraded. The sample is then degraded with proteinase K for subsequent analysis with ELISA. The kit used determines the degradation products of the C-terminal telopeptides of type II collagen.

Ejemplo 3. Example 3.

En este ejemplo se describe el uso de cartílago de esternón de pollo molido sin pre tratar. This example describes the use of untreated ground chicken sternal cartilage.

El cartílago utilizado está molido, con una cantidad de agua promedio de 68 % y con un contenido en grasa del 2-3%. En este material primario, altamente contaminado microbiológicamente, muy húmedo y con algo de grasa, se investigan dos presiones de operación: 100 bar y 350 bar. La temperatura del tratamiento se mantiene constante en 40°C. Estos ensayos se realizan además a tiempos crecientes de operación, para incrementar las ratios de CO2por unidad de masa de pasta. Un resumen de los resultados se muestra en la Tabla 2 y en la Figura 1. The cartilage used is ground, with an average water content of 68% and a fat content of 2-3%. This primary material, which is highly microbiologically contaminated, very moist and contains some fat, is tested at two operating pressures: 100 bar and 350 bar. The treatment temperature is kept constant at 40°C. These tests are also carried out at increasing operating times, in order to increase the CO2 ratios per unit of pulp mass. A summary of the results is shown in Table 2 and Figure 1.

Tabla 2. Condiciones y resultados de inactivación microbiana medido como recuento total de aerobios del tratamiento con CO<2>supercrítico de pasta de cartílago de esternón de pollo.Table 2. Conditions and results of microbial inactivation measured as total aerobic count of supercritical CO<2> treatment of chicken sternum cartilage paste.

(*) En los datos reportados con una reducción logarítmica de -5,9 en el recuento de aerobios y de -4,4 en el recuento de anaerobios, no hubo crecimiento en ninguna dilución; por tanto, representan grado de esterilidad. (*) In the data reported with a logarithmic reduction of -5.9 in the aerobic count and -4.4 in the anaerobic count, there was no growth in any dilution; therefore, they represent a degree of sterility.

A presión baja se recoge poco precipitado en el colector de salida del CO2, mientras que en los ensayos realizados a 350 bar, se recoge un precipitado gomoso, amarillento y húmedo. Por otro lado, el producto recogido del recipiente de alta presión después del tratamiento es un sólido poroso blanco. Después de molerlo, se analiza su contenido en colágeno nativo que es típicamente del 60 % y se observa su estructura. Mediante imágenes TEM se observa que durante el procedimiento se preserva la típica estructura en hélice tridimensional del colágeno nativo tipo II en excelentes condiciones. A modo de ejemplo, en la Figura 2A se muestras imágenes tomadas de la Muestra 4 de la Tabla 2 en la que se consigue un grado de secado muy elevado (<5%) y alcanzar la esterilidad. No se observan fibras degradadas, la estriación es marcada y las fibrillas permanecen alargadas con un tamaño similar, el bandeo característico del colágeno está bien definido. At low pressure, little precipitate is collected in the CO2 outlet manifold, while in the tests carried out at 350 bar, a yellowish, gummy, moist precipitate is collected. On the other hand, the product collected from the high-pressure vessel after treatment is a white porous solid. After grinding, its native collagen content, which is typically 60%, is analysed and its structure is observed. Using TEM images, it can be observed that during the procedure the typical three-dimensional helical structure of native type II collagen is preserved in excellent conditions. As an example, Figure 2A shows images taken from Sample 4 of Table 2 in which a very high degree of drying (<5%) is achieved and sterility is achieved. No degraded fibres are observed, the striation is marked and the fibrils remain elongated with a similar size, the characteristic banding of collagen is well defined.

Por el contrario, en la Figura 2B, se muestra la imagen TEM de la Muestra 5 obtenida en similares condiciones, pero a la que se la somete a un elevadísimo tiempo de tratamiento (65 horas) y nueve ciclos de compresión/descompresión. Claramente, presenta síntomas de degradación con las fibras más rotas y con menor definición del bandeo. En la Figura 2C, también se incluyen las observaciones de una muestra en la que durante un tiempo (17 min) del total del tratamiento (8 h) se eleva la temperatura hasta 45 °C. El estado de las fibras está muy deteriorado por la alta termo-sensibilidad del colágeno. In contrast, Figure 2B shows the TEM image of Sample 5 obtained under similar conditions, but which was subjected to a very long treatment time (65 hours) and nine compression/decompression cycles. It clearly shows signs of degradation with more broken fibres and less defined banding. Figure 2C also includes observations of a sample in which the temperature was raised to 45 °C for a period (17 min) of the total treatment (8 h). The condition of the fibres is very deteriorated due to the high thermo-sensitivity of collagen.

En los ensayos realizados a mayor presión, además el producto resultó estéril, con recuento de cero colonias en todas las diluciones tanto de especies aerobias como anaerobias. Ello es debido a que el CO2a alta presión tiene actividad antimicrobiana [13,14]. En un trabajo previo realizado sobre un producto natural, cacao, se manifiesta que, con esta reducción de la carga microbiana total, es eliminada también la biocontaminación tipoenterobacteriaystaphilococcus aureus[15]. Además, otros autores a similares condiciones de operación demostraron que también son inactivados virus causantes de patologías humanas, hecho que es muy relevante en el caso de derivados de pollo o aves en general, por el problema sobre la salud de la gripe aviar. Por ejemplo, en experimentos realizados en planta piloto para la preparación de aloinjertos de hueso, se demostró que cuatro tipos de virus (HIV-1, Sindbis, Polio Sabin tipo IyPseudorabies)eran inactivados a valores por debajo del límite de detección aplicando CO2a 250 bar, 50°C y 10 min por g de hueso [16]. También, se logró la desinfección de varios virus(Coronavirus “TEGV”, Herpesivurs “PRV”, Flavivirus “JEV”, Arterivirus’PRRSV’)en un biomaterial representativo sensible a la temperatura (diferentes líneas celulares), con CO2a 40-50°C, 160 bar y 5 min sin causar daños significativos en la bioactividad del biomaterial [17]. In the tests carried out at higher pressure, the product was also sterile, with zero colonies counted in all dilutions of both aerobic and anaerobic species. This is because high-pressure CO2 has antimicrobial activity [13,14]. In a previous work carried out on a natural product, cocoa, it was shown that, with this reduction in the total microbial load, biocontamination such as enterobacteria and staphylococcus aureus is also eliminated [15]. In addition, other authors have shown under similar operating conditions that viruses causing human pathologies are also inactivated, a fact that is very relevant in the case of chicken or bird derivatives in general, due to the health problem of avian flu. For example, in experiments performed in a pilot plant for the preparation of bone allografts, it was shown that four types of viruses (HIV-1, Sindbis, Polio Sabin type I and Pseudorabies) were inactivated at values below the detection limit by applying CO2 at 250 bar, 50°C and 10 min per g of bone [16]. Also, disinfection of several viruses (Coronavirus “TEGV”, Herpes ivurs “PRV”, Flaviviridae “JEV”, Arterivirus ‘PRRSV’) was achieved in a representative temperature-sensitive biomaterial (different cell lines), with CO2 at 40-50°C, 160 bar and 5 min without causing significant damage to the bioactivity of the biomaterial [17].

Ejemplo 4 Example 4

En este ejemplo se describe el uso de cartílago molido y pre-secado a vacío hasta un contenido inicial de agua del 34%. La contaminación microbiana es de 480 ufc/g de recuento total de aerobios. En este caso, los ensayos se llevan a cabo a 350 bar y 40°C y con un tiempo de 14 horas. Se consigue un colágeno con un porcentaje de agua final del 5% y además estéril, con una buena estructura del colágeno, con las fibras largas, estructuradas, paralelas y con el bandeo bien definido, tal y como se muestra en la Figura 3. This example describes the use of ground cartilage pre-dried under vacuum to an initial water content of 34%. Microbial contamination is 480 cfu/g of total aerobic count. In this case, the tests are carried out at 350 bar and 40°C and for a time of 14 hours. A collagen with a final water percentage of 5% is obtained, which is also sterile, with a good collagen structure, with long, structured, parallel fibres and well-defined banding, as shown in Figure 3.

Ejemplo 5 Example 5

Se muestra la obtención de colágeno nativo a partir de cartílago de esternón de pollo pretratado con acetona o etanol antes de procesarse con CO2supercrítico. The production of native collagen from chicken sternum cartilage pretreated with acetone or ethanol before processing with supercritical CO2 is shown.

La pasta se trata primero con acetona o con etanol para deshidratar, eliminar grasas y así reducir el tiempo y la presión de tratamiento posterior con CO2supercrítico. Se mide el residuo de acetona en el colágeno obtenido. En las muestras tratadas con etanol no se midió el contenido residual puesto que este disolvente es reconocido como seguro, GRAS (del inglés, “Generally Recognized As Safe”). The paste is first treated with acetone or ethanol to dehydrate, remove fats and thus reduce the time and pressure of subsequent treatment with supercritical CO2. The acetone residue in the collagen obtained is measured. In the samples treated with ethanol, the residual content was not measured because this solvent is recognized as safe, GRAS (Generally Recognized As Safe).

El trabajo se realiza sobre similar materia prima al ejemplo 1, aunque por ser de lotes distintos, el contenido inicial de agua es de 77 % para los ensayos con acetona (muestras 6 a 9) y de 81% para los ensayos con etanol (muestras 10 y 11). La acetona y el etanol son suministrados por Scharlau Chemie, S.A. con una pureza >99,8% y >99,9, respectivamente. El CO2es el mismo que en el ejemplo anterior. The work is carried out on similar raw material to example 1, although because they are from different batches, the initial water content is 77% for the tests with acetone (samples 6 to 9) and 81% for the tests with ethanol (samples 10 and 11). Acetone and ethanol are supplied by Scharlau Chemie, S.A. with a purity of >99.8% and >99.9%, respectively. The CO2 is the same as in the previous example.

Pre-tratamiento con acetona y con etanol.Se trata con una ratio de 270 ml de acetona o etanol por cada 100 g de pasta. La mezcla se filtra a vacío con un embudo Büchner. Se repite el proceso a razón de 5 ml por gramo de pasta obtenida del filtrado, seguido de nueva filtración a vacío e inmediatamente se introduce en el recipiente de alta presión para tratarla con CO2. Pre-treatment with acetone and ethanol. The mixture is treated with a ratio of 270 ml of acetone or ethanol per 100 g of pulp. The mixture is vacuum filtered using a Büchner funnel. The process is repeated at a rate of 5 ml per gram of pulp obtained from the filtrate, followed by a new vacuum filtration and then immediately introduced into the high-pressure vessel to be treated with CO2.

Tratamiento con CO2.Los ensayos se realizan operando con CO2a 150 bar y 38-40°C de la misma forma que en el ejemplo 1, pero utilizando un recipiente más pequeño, de 10 mL y una cantidad de pasta del orden de 5 g. El caudal de CO2se fija en 3 g/min. Treatment with CO2. The tests are carried out operating with CO2 at 150 bar and 38-40°C in the same way as in example 1, but using a smaller container, 10 mL and a quantity of paste of the order of 5 g. The CO2 flow rate is set at 3 g/min.

Lacantidad residual de acetonase mide mediante cromatografía de gases con el método de espacio de cabeza. Aproximadamente 2 g de muestra se introducen en un vial de 10 ml con septum y se sellan. Dicho vial se mantiene en un baño a 60 °C durante 60 minutos, hasta alcanzar el equilibrio de fases. De la fase gaseosa se introduce en el cromatógrafo una muestra de 0,5 ml con una jeringa. Cada muestra se pincha dos veces y se calcula con una media de las áreas obtenidas para minimizar el error. Se utiliza un cromatógrafo de gases equipado con un detector de iones traza (GC-FID SHIMAZDU GC-2010 PLUS). La columna es de sílice capilar "Zebron- ZB-1-HT Inferno” (longitud 20 m, diámetro 0,18 mm, espesor de la pared 0,18 ^m). Las condiciones de operación son: la temperatura del horno 40 °C, el tiempo de análisis 6 minutos, la temperatura del inyector 180 °C, el modo SPLIT con una ratio de 19,5, la presión 40,9 kPa, el flujo de nitrógeno 7 ml/min y la temperatura del FID 280 °C. Para hacer el calibrado se utilizan muestras líquidas de acetona-agua. The residual amount of acetone is measured by gas chromatography using the headspace method. Approximately 2 g of sample is filled into a 10 ml vial with a septum and sealed. The vial is kept in a 60 °C bath for 60 minutes until phase equilibrium is reached. A 0.5 ml sample is introduced into the chromatograph from the gas phase using a syringe. Each sample is punctured twice and the average of the areas obtained is calculated to minimize error. A gas chromatograph equipped with a trace ion detector (GC-FID SHIMAZDU GC-2010 PLUS) is used. The column is a capillary silica column "Zebron- ZB-1-HT Inferno” (length 20 m, diameter 0.18 mm, wall thickness 0.18 ^m). The operating conditions are: oven temperature 40 °C, analysis time 6 min, injector temperature 180 °C, SPLIT mode with a ratio of 19.5, pressure 40.9 kPa, nitrogen flow 7 ml/min and FID temperature 280 °C. Acetone-water liquid samples are used for calibration.

En la Tabla 3 se muestra un resumen de los resultados obtenidas. Se indica la cantidad de CO2utilizada en cada muestra y la humedad del colágeno obtenido, el contenido de colágeno nativo según el ensayo ELISA y la acetona residual. Todas las muestras tienen recuento nulo en las diluciones hasta seis órdenes de magnitud tanto en el recuento de aerobios como de anaerobios, por tanto, se podrían considerar estériles. A summary of the results obtained is shown in Table 3. The amount of CO2 used in each sample and the humidity of the collagen obtained, the native collagen content according to the ELISA test and the residual acetone are indicated. All samples have zero counts in dilutions up to six orders of magnitude in both the aerobic and anaerobic counts, therefore, they could be considered sterile.

Tabla 3. Propiedades del colágeno nativo obtenido a partir de pasta de esternón de pollo pretratado con acetona o etanol previo al procesamiento con CO<2>supercrítico a 150 bar. Las muestras 6 a 9 fueron pretratadas con acetona, las muestras 10 y 11 con etanol.Table 3. Properties of native collagen obtained from chicken sternum paste pretreated with acetone or ethanol prior to processing with supercritical CO<2> at 150 bar. Samples 6 to 9 were pretreated with acetone, samples 10 and 11 with ethanol.

El pretratamiento con acetona previo a la extracción con CO2reduce el contenido de agua de la pasta a un 35% aproximadamente. Por ello, es por lo que operando con CO2a presión mucho más baja que en los ensayos previos del ejemplo 1 (150vs.350), se necesita similar cantidad de CO2para obtener un colágeno desengrasado, estéril y con la humedad deseada < 10%. La acetona que empapa el colágeno podría haber actuado de modificador (co-disolvente) del CO2mejorando la solubilidad del agua y de las grasas. The pretreatment with acetone prior to CO2 extraction reduces the water content of the paste to approximately 35%. Therefore, when operating with CO2 at a much lower pressure than in the previous tests in example 1 (150 vs. 350), a similar amount of CO2 is needed to obtain a defatted, sterile collagen with the desired humidity < 10%. The acetone that soaks the collagen could have acted as a modifier (co-solvent) of the CO2, improving the solubility of water and fats.

Después de este procedimiento el contenido de acetona residual es >150 ppm en las muestras obtenidas con ratios de CO2menores a 230 kg CO2/kg pasta (muestras 6, 7 y 8). Según las recomendaciones de la Administración de Drogas Federal de EE.UU. [18], la cantidad residual máxima de acetona en productos farma debe ser <5000 ppm; mientras que en alimentos debe ser 50 ppm [19]. Para ajustar la cantidad de acetona residual se puede pasar CO2solo por más tiempo como se hizo en la muestra 9. Al aumentar la ratio de CO2a 299 kg CO2/kg pasta, la concentración residual de acetona es de 13 ppm. After this procedure the residual acetone content is >150 ppm in samples obtained with CO2 ratios lower than 230 kg CO2/kg paste (samples 6, 7 and 8). According to the recommendations of the US Federal Drug Administration [18], the maximum residual amount of acetone in pharmaceutical products should be <5000 ppm; while in foods it should be 50 ppm [19]. To adjust the amount of residual acetone, CO2 can be passed only for a longer time as was done in sample 9. By increasing the CO2 ratio to 299 kg CO2/kg paste, the residual acetone concentration is 13 ppm.

Respecto al pretratamiento con etanol, después de la operación de filtración a vacío se logra una pérdida de masa del orden del 40 %. A continuación, y con una ratio de 300 g CO2/g pasta, se consigue un producto acorde a criterios de humedad a 150 bar y 38 °C (Muestra 11). En esta última muestra el contenido en colágeno nativo según pruebas ELISA es del 66 %. Regarding the ethanol pretreatment, after the vacuum filtration operation, a mass loss of around 40% is achieved. Then, with a ratio of 300 g CO2/g paste, a product is obtained that meets humidity criteria at 150 bar and 38 °C (Sample 11). In this last sample, the native collagen content according to ELISA tests is 66%.

Ejemplo 6. Example 6.

Se describe la obtención de colágeno nativo a partir de cartílago de esternón de pollo con CO2supercrítico modificado con etanol. The obtaining of native collagen from chicken sternal cartilage with supercritical CO2 modified with ethanol is described.

Esencialmente es el mismo procedimiento que en los ejemplos anteriores, al que se le agrega una línea de suministro del etanol; de tal forma que el CO2y el etanol se alimentan paralelamente por sendas bombas a la presión deseada de operación. El caudal de CO2se fija en 3 g/min y el del etanol se ajusta para dar el porcentaje deseado (3 ó 10% en masa respecto del fluido principal, el CO2). Ambos fluidos se mezclan y a continuación la corriente obtenida se precalienta a la temperatura de operación. La mezcla fluida entra así al recipiente de alta presión donde pasa a través de la pasta molida de cartílago de esternón de pollo (aprox. 3,5 g). Cuando la operación termina (= cuando pasa la cantidad deseada de CO2por masa de pasta cargada), se apagan las bombas y se comienza la despresurización lentamente. En estos ensayos se consigue realizar a una velocidad promedio de 6 bar/min. El producto obtenido se descarga del extractor para realizar los pertinentes análisis posteriores. En la Tabla 4 se muestra un resumen de las muestras obtenidas. La desviación en la medida de la humedad es elevada, del orden de ± 5% debido a la retención de algo de etanol en las muestras tratadas con mayor proporción. Para eliminarlo se puede pasar CO2supercrítico adicionalmente. Essentially, it is the same procedure as in the previous examples, with the addition of an ethanol supply line, so that CO2 and ethanol are fed in parallel by pumps at the desired operating pressure. The CO2 flow rate is set at 3 g/min and the ethanol flow rate is adjusted to give the desired percentage (3 or 10% by mass with respect to the main fluid, CO2). Both fluids are mixed and the obtained stream is then preheated to the operating temperature. The fluid mixture thus enters the high-pressure vessel where it passes through the ground chicken sternum cartilage paste (approx. 3.5 g). When the operation ends (= when the desired amount of CO2 passes through the loaded paste mass), the pumps are turned off and depressurization begins slowly. In these tests, it is possible to carry out this at an average speed of 6 bar/min. The product obtained is discharged from the extractor for the relevant subsequent analyses. A summary of the samples obtained is shown in Table 4. The deviation in the humidity measurement is high, in the order of ± 5% due to the retention of some ethanol in the samples treated with a higher proportion. To eliminate it, supercritical CO2 can be additionally passed through.

Tabla 4. Propiedades del colágeno nativo obtenido a partir de pasta de esternón de pollo después de un tratamiento con CO<2>modificado con etanol a 150 bar y 40°C. La humedad de la pasta es de 75%.Table 4. Properties of native collagen obtained from chicken sternum paste after treatment with ethanol-modified CO<2> at 150 bar and 40°C. The moisture content of the paste is 75%.

Cuando se utiliza un 3% de etanol, se necesitan algo más de 350 g CO2/g de colágeno para llegar a un producto con un 15 % de humedad. Al introducir un 10% de etanol, la cantidad de CO2necesaria para llegar a un 13 % humedad, es de 200 g CO2/g pasta y para llegar a un grado de humedad del 5 %, 350 g CO2/g pasta. Respecto de los ensayos con CO2solo mostrados en el ejemplo 3, se consigue rebajar la presión al usar etanol como co-disolvente, y también el tiempo de operación. Ello es importante pues aumenta mucho la capacidad del proceso. A cambio hay que introducir 20 g de etanol por g de pasta. When 3% ethanol is used, just over 350 g CO2/g collagen are needed to achieve a product with 15% moisture. When 10% ethanol is added, the amount of CO2 needed to achieve 13% moisture is 200 g CO2/g paste, and to achieve a moisture content of 5%, 350 g CO2/g paste. Compared to the tests with CO2 alone shown in example 3, the pressure is reduced by using ethanol as co-solvent, as is the operating time. This is important because it greatly increases the process capacity. In exchange, 20 g of ethanol must be introduced per g of paste.

Ejemplo 7. Example 7.

Este ejemplo se refiere al equipo donde se realiza la obtención de obtención de colágeno nativo a partir de cartílago de esternón de pollo. This example refers to the equipment used to obtain native collagen from chicken sternal cartilage.

La Figura 4 muestra un esquema del mismo a escala piloto. El recipiente donde se carga la pasta tiene una capacidad de 11 litros (R1). La línea de suministro de CO2utiliza un refrigerante (E1) para sub-enfriarlo evitando su cavitación antes de comprimirlo en una bomba (P1), y un cambiador de calor (E2) para ajustar su temperatura. Hay una línea de suministro en paralelo de co-disolvente. En esta escala, el CO2se recircula, así que después del contacto con la pasta, la presión del CO2se reduce en dos separadores consecutivos (S1, S2) donde precipita lo que arrastra y extrae. En esta instalación concreta, en el primer separador, la presión es de 75 bar y la temperatura 35°C. En el segundo separador, las condiciones son 35 bar y 10°C. A continuación, el CO2se limpia de restos de impurezas en un lecho de adsorbente relleno con alúmina activada (A1) y se licua en un condensador (C1) antes de ser devuelto al proceso. El CO2perdido en la despresurización durante la descarga del colágeno y en la recogida de los residuos precipitados en los separadores, se compensa con CO2fresco de un tanque de almacenamiento externo. Figure 4 shows a schematic of this at pilot scale. The vessel where the paste is loaded has a capacity of 11 litres (R1). The CO2 supply line uses a refrigerant (E1) to sub-cool it avoiding cavitation before compressing it in a pump (P1), and a heat exchanger (E2) to adjust its temperature. There is a parallel supply line of co-solvent. At this scale, the CO2 is recirculated, so after contact with the paste, the pressure of the CO2 is reduced in two consecutive separators (S1, S2) where what it carries is precipitated and extracted. In this specific installation, in the first separator, the pressure is 75 bar and the temperature 35°C. In the second separator, the conditions are 35 bar and 10°C. The CO2 is then cleaned of impurity residues in an adsorbent bed filled with activated alumina (A1) and liquefied in a condenser (C1) before being returned to the process. The CO2 lost in the depressurization during the collagen discharge and in the collection of the precipitated residues in the separators is compensated with fresh CO2 from an external storage tank.

Los ensayos se realizan sobre lotes entre 600 g y 2 kg de pasta escurridos en un colador para eliminar el exceso de agua libre (del orden del 4 %). De esta forma, la pasta tiene un contenido inicial de agua del 73 %. Para evitar la compactación del lecho de pasta y problemas de canalización se intercalan redistribuidores a varias alturas. La geometría del lecho es similar a la que se usa en los otros ejemplos, es decir de relaciones longitud a diámetro de 6 a 1 o superiores, hasta 8 a 1. The tests are carried out on batches of between 600 g and 2 kg of pasta, drained in a sieve to remove excess free water (around 4%). In this way, the pasta has an initial water content of 73%. To avoid compaction of the pasta bed and channelling problems, redistributors are placed at various heights. The geometry of the bed is similar to that used in the other examples, i.e. length to diameter ratios of 6 to 1 or higher, up to 8 to 1.

Primero se varía el caudal de CO2entre 30 y 60 kg CO2/h/kg pasta operando a 350 bar y 40°C. Los resultados se muestran en la Figura 5. A modo comparativo se incluyen también los datos del ejemplo 3 de escala laboratorio a 16 kg CO2/h/kg pasta. El aumento del caudal de CO2aumenta el rendimiento del proceso. Por ejemplo, a 60 kg CO2/h/kg pasta, hacen falta 6 h para conseguir obtener el producto de colágeno nativo con la humedad requerida <10 %. Mientras que a 30 hace falta el doble de tiempo. Hasta 22 horas haría falta a caudales de CO2bajos para llegar a similar resultado de pérdida de masa. Por otro lado, y en general, la máxima reducción en masa de la pasta durante el tratamiento es del orden del 70 %; es decir, el rendimiento a colágeno del proceso es del 30 %. Esta pérdida de masa se corresponde con la eliminación de agua (aprox. 60%) y de otras sustancias (aprox. 10 %), incluido grasa. First, the CO2 flow rate is varied between 30 and 60 kg CO2/h/kg of pulp, operating at 350 bar and 40°C. The results are shown in Figure 5. For comparison, the data from Example 3 on a laboratory scale at 16 kg CO2/h/kg of pulp are also included. Increasing the CO2 flow rate increases the process efficiency. For example, at 60 kg CO2/h/kg of pulp, it takes 6 h to obtain the native collagen product with the required moisture content <10%. At 30, it takes twice as long. Up to 22 hours would be needed at low CO2 flow rates to achieve a similar mass loss result. On the other hand, and in general, the maximum reduction in mass of the pulp during the treatment is around 70%; that is, the collagen yield of the process is 30%. This loss of mass corresponds to the elimination of water (approx. 60%) and other substances (approx. 10%), including fat.

En la Figura 6 se muestra el impacto de la temperatura en la velocidad del proceso medido de nuevo como la pérdida de masa de la pasta. Es mayor a 43°C que a 40°C. En el ejemplo 3 de ensayos en escala laboratorio, el calentamiento del recipiente donde se aloja la pasta se hace rodeando al mismo por una camisa calefactora. En la planta piloto de la Figura 4 se calienta al CO2en línea antes de entrar, pero el recipiente donde se aloja la pasta solo está aislado térmicamente. Seguramente esta última forma de operar hace que la pasta de colágeno esté a una temperatura más homogénea dentro del recipiente sin zonas calientes en las paredes. Es por ello, que en los ensayos de laboratorio del ejemplo 3 se observa degradación del colágeno a temperaturas superiores a 40°C, mientras que, en los ensayos piloto, no se observa degradación por operar a 43°C. La Figura 7 se muestra imágenes TEM de ambas muestras. En ambos casos, las fibrillas estaban definidas, con el bandeo típico, sin signos de degradación. Figure 6 shows the impact of temperature on the process speed, again measured as the loss of mass of the paste. It is greater at 43°C than at 40°C. In example 3 of the laboratory scale tests, the heating of the container where the paste is housed is done by surrounding it with a heating jacket. In the pilot plant in Figure 4, CO2 is heated in-line before entering, but the container where the paste is housed is only thermally insulated. This latter way of operating surely makes the collagen paste at a more homogeneous temperature inside the container without hot zones on the walls. This is why, in the laboratory tests of example 3, collagen degradation is observed at temperatures above 40°C, while, in the pilot tests, degradation is not observed when operating at 43°C. Figure 7 shows TEM images of both samples. In both cases, the fibrils were defined, with the typical banding, without signs of degradation.

Se obtiene también una ligera mejoría en la velocidad del proceso al operar a mayores presiones, como ya se detectó en el ejemplo 3 realizado a escala laboratorio. Por ejemplo, la velocidad promedio de pérdida de masa de la pasta aumenta un 10% al elevar la presión de 300 a 400 bar, operando a 40°C. A slight improvement in process speed is also obtained when operating at higher pressures, as already detected in Example 3 performed at laboratory scale. For example, the average rate of mass loss of the paste increases by 10% when raising the pressure from 300 to 400 bar, operating at 40°C.

En todas las muestras de producto descargado del recipiente, la lectura en placas de recuento aerobio y anaerobio es nula hasta diluciones de 6 órdenes de magnitud y se mantuvo el nivel de colágeno nativo en 60 % en promedio. In all samples of product discharged from the container, the reading on aerobic and anaerobic counting plates is zero up to dilutions of 6 orders of magnitude and the native collagen level was maintained at 60% on average.

Claims (8)

REIVINDICACIONES 1. Proceso integrado para la obtención de colágeno tipo II o nativo a partir de cartílago de origen animal por contacto con CO2que comprende:1. Integrated process for obtaining type II or native collagen from cartilage of animal origin by contact with CO2, which includes: - poner en contacto dicho cartílago de origen animal con CO2subcrítico o supercrítico en unas condiciones de presión de 50 a 500 bar, una temperatura de 20 a 100°C, un caudal de CO2 comprendido entre 5 y 120 kg CO2/h/kg colágeno, durante un tiempo entre 1 y 24 h.- putting said cartilage of animal origin into contact with subcritical or supercritical CO2 under pressure conditions of 50 to 500 bar, a temperature of 20 to 100°C, a CO2 flow rate of between 5 and 120 kg CO2/h/kg collagen, for a time of between 1 and 24 h. - eliminar el CO2 restante de la etapa anterior por despresurización a una velocidad menor de 20 bar/min.- remove the remaining CO2 from the previous stage by depressurization at a rate less than 20 bar/min. - recuperar el CO2 eliminado y recircularlo al proceso- recover the removed CO2 and recirculate it to the process - recuperar el colágeno resultante desengrasado y estéril.- recover the resulting degreased and sterile collagen. donde el colágeno animal utilizado como materia prima tiene una humedad del 60 -80% y es deshidratado parcialmente hasta una humedad del 20 - 30 % antes de ser puesto en contacto con el CO2.where the animal collagen used as raw material has a humidity of 60-80% and is partially dehydrated to a humidity of 20-30% before being put into contact with CO2. 2. Proceso integrado, según reivindicación 1, donde la deshidratación parcial se realiza por secado a temperatura moderada en secadero a vacío o en secadero intermitente.2. Integrated process, according to claim 1, where the partial dehydration is carried out by drying at a moderate temperature in a vacuum dryer or in an intermittent dryer. 3. Proceso integrado, según reivindicación 1, donde la deshidratación parcial se realiza por tratamiento con disolvente como acetona o etanol.3. Integrated process, according to claim 1, where the partial dehydration is carried out by treatment with solvent such as acetone or ethanol. 4. Proceso integrado, según reivindicación 1, donde el contacto con CO2se realiza en presencia de un co-disolvente.4. Integrated process, according to claim 1, where the contact with CO2 is carried out in the presence of a co-solvent. 5. Proceso integrado, según reivindicación 4, donde el co-disolvente es etanol, acetato de etilo, lactato de etilo o acetona.5. Integrated process, according to claim 4, wherein the co-solvent is ethanol, ethyl acetate, ethyl lactate or acetone. 6. Proceso integrado, según reivindicación 1, donde el cartílago de origen animal es cartílago de esternón de pollo.6. Integrated process, according to claim 1, wherein the cartilage of animal origin is chicken sternum cartilage. 7. Proceso integrado, según reivindicación 6, donde la materia prima se pone en contacto con CO2a temperatura comprendida entre 38 y 43°C y presión entre 150 y 350 bar.7. Integrated process, according to claim 6, where the raw material is put in contact with CO2 at a temperature between 38 and 43°C and a pressure between 150 and 350 bar. 8. Proceso, según reivindicación 7, donde la velocidad de despresurización del CO2restante es menor de 10 bar/min.8. Process, according to claim 7, where the depressurization rate of the remaining CO2 is less than 10 bar/min.
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