Extracción y purificación del ácido eicosapentaenoico a partir de microalgas

Este trabajo se centra principalmente en el desarrollo de un proceso robusto, escalable y práctico para producir ácido eicosapentaenoico (EPA) a partir de microalgas; concretamente Phaeodactylum tricornutum y, en menor grado de, Monodus subterraneus. El rendimiento de este proceso también se evaluó utilizando aceite de hígado de bacalao como materia prima. Nuestro grupo de investigación ya había desarrollado con anterioridad un proceso para purificar EPA a partir de microalgas, pero este proceso tiene algunas limitaciones que lo hacen económicamente inviable y además técnicamente es difícil de escalar a nivel comercial. El proceso comprende las siguientes etapas: (i) saponificación directa de la biomasa microalgal y extracción de los ácidos grasos; (ii) concentración de los ácidos grasos poliinsaturados (PUFAs) mediante el método de los compuestos de inclusión de urea, y (iii) purificación de EPA a partir del concentrado de PUFAs mediante cromatografía líquida de alta resolución (HPLC). En el presente estudio se ha diseñado un nuevo proceso debido a que las etapas (ii) y (iii) del anterior fueron particularmente problemáticas: la etapa del método de la urea implica múltiples manipulaciones y produce grandes cantidades de residuos nitrogenados de difícil vertido, inaceptable por su impacto medioambiental; la etapa HPLC es cara, lenta y no escalable a plantas de producción de toneladas por año. Además aquel primerproceso tuvo un rendimiento global bajo, y excesivo consumo de tiempo y trabajo. Con el método alternativo desarrollado a lo largo de esta investigación, se ha conseguido lo siguiente: (i) se ha mejorado y se ha escalado la transmetilación directa de la biomasa microalgal; (ii) se ha prescindido completamente de la etapa del método de la urea; (iii) se ha sustituido la etapa HPLC por una cromatografía en columna rellena de gel de sílice, impregnada con nitrato de plata, más simple y rápida. El proceso desarrollado en este trabajo ha sido más limpio con respecto al proceso anterior, y se ha recuperado más del 70% del EPA de la biomasa microalgal a un coste más reducido y con purezas superiores al 95%. El escalado del proceso se ha demostrado hasta un factor de 320. El proceso se ha llevado a cabo con biomasas húmeda y liofilizada y también se obtuvo EPA a partir de aceite de pescado. En este proceso se consumió sustancialmente menos disolvente por unidad de masa de EPA recuperado, reduciéndose por tanto los costos de recuperación de disolventes. Debido a la naturaleza de la biomasa microalgal, la materia prima ha afectado a la recuperación del EPA. Por ello, inicialmente se hicieron varios estudios preliminares para examinar la materia prima más adecuada (cepa de microalga), su edad y la reducción de la concentración en nitratos en el medio de cultivo, sobre el contenido en lípidos de la cepa seleccionada previamente. Se ha intentado obtener concentrados de EPA de alta pureza aplicando el método de los compuestos de inclusión de urea a la fracción lipídica más rica en EPA, pero el rendimiento y la pureza obtenida no fueron satisfactorios. Por ello esta idea inicial se abandonó a favor del proceso de purificación nuevo desarrollado en este trabajo. Aunque el proceso cromatográfico del ión plata, es efectivo y más económico que los conocidos hasta a hora para recuperar EPA procedente de extractos de microalgas, necesita nuevas mejoras para ser comercialmente viable. El análisis económico desarrollado en este trabajo, pone de manifiesto la sensibilidad del coste final del producto purificado al coste de producción de la biomasa microalgal, necesitándose reducir sustancialmente el coste de la misma para que el proceso pueda ser competitivo con respecto a la utilización de aceite de hígado de bacalao.

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