Concentración de ácidos grasos poliinsaturados n-3 mediante alcoholisis selectiva catalizada por lipasas.
- Autores: Lorena Martín Valverde
- Directores de la Tesis: Pedro A. González Moreno (dir. tes.), Alfonso Robles Medina (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Almería ( España ) en 2016
- Idioma: español
- Títulos paralelos:
- Concentration of n-3 polyunsaturated fatty acids by selective alcoholysis catalyzed by lipases
- Tribunal Calificador de la Tesis: Fernando Camacho Rubio (presid.), María del Carmen Cerón García (secret.), Juan Mangas Sánchez (voc.)
- Materias:
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- Resumen
Esta tesis es parte de la investigación llevada a cabo en el Área de Ingeniería Química de la Universidad de Almería, y tiene como objetivo la producción de acilglicéridos ricos en ácidos grasos poliinsaturados n-3 (n-3 PUFAs), como los ácidos docosahexaenoico (DHA) y eicosapentaenoico (EPA). Estos acilglicéridos enriquecidos en PUFAs se han obtenido a partir de aceites de pescado, mediante alcoholisis selectiva catalizada con lipasas.
Los PUFAs n-3 son nutrientes esenciales que pueden actuar de forma favorable en muchas enfermedades. Pueden ser útiles en el tratamiento de enfermedades inflamatorias y autoinmunes y también tener efectos beneficiosos en la prevención y tratamiento de enfermedades cardiovasculares. El DHA es un componente importante de los fosfolípidos de las membranas celulares, especialmente en el cerebro y en la retina. Por esta razón hay un consenso considerable sobre los beneficios de su consumo durante el embarazo y en las primeras etapas de la vida.
En línea con lo anterior, el principal objetivo de este trabajo fue estudiar la producción de acilglicéridos enriquecidos en DHA y EPA mediante alcoholisis selectiva de aceites de pescado, catalizada por lipasas acil-selectivas. Así, si estas lipasas muestran acil-selectividad hacia ácidos grasos distintos del EPA y del DHA, uno o ambos PUFAs permanecen más concentrados en la fracción de acilglicéridos, mientras que los demás ácidos grasos (como los saturados y monoinsaturados) son transformados en ésteres del alcohol utilizado como acil-aceptor en la reacción de alcoholisis. En este trabajo también se estudia la separación de los productos de la reacción de alcoholisis (básicamente acilglicéridos enriquecidos en EPA y DHA y ésteres del alcohol utilizado como acil-aceptor) mediante destilación a vacío de paso corto y extracción con disolventes. Para llevar a cabo este trabajo se eligieron los aceites de atún y sardina, ricos en DHA (22-23%) y EPA (19%), respectivamente, para obtener acilglicéridos enriquecidos en DHA y EPA. Utilizando estos aceites se abordaron las siguientes etapas o aspectos: 1) Búsqueda y selección de las lipasas que muestran mayor acil-selectividad hacia ácidos grasos distintos del EPA y DHA en la etanolisis de los aceites de atún y sardina. Estas lipasas tienen que maximizar el contenido y la recuperación de DHA y EPA en la fracción acilglicéridos.
2) Optimización y escalamiento de la reacción de etanolisis utilizando las lipasas seleccionas.
3) Purificación de los acilglicéridos enriquecidos en EPA y DHA por destilación a vacío de paso corto y extracción con disolventes.
4) Obtención de acilglicéridos enriquecidos en EPA y DHA por alcoholisis con otros acil-aceptores (isobutanol y 1-butanol) y purificación de los acilglicéridos obtenidos.
5) Estudio de la estabilidad de las lipasas seleccionadas con los diferentes acil-aceptores ensayados.
6) Obtención de acilglicéridos enriquecidos en DHA mediante alcoholisis de aceite de atún con distintos acil-aceptores (etanol, dodecanol e isobutanol), en un medio sin disolvente y utilizando tert-butanol como medio de reacción.
En la etapa 1 se han ensayado varias lipasas inmovilizadas para concentrar DHA y EPA por etanolisis de los aceites de atún y sardina. La mejor concentración y recuperación de DHA se alcanzaron con la lipasa Lipozyme® TL IM de Thermomyces lanuginosus, que se seleccionó para optimizar las condiciones de reacción. La mejor concentración y recuperación de EPA se obtuvieron con las lipasas QLC® y QLG® de Alcaligenes sp. Finalmente se seleccionó la lipasa QLG® para optimizar las condiciones de reacción. En las condiciones optimizadas (48 h, 35 °C, una relación Lipozyme® TL IM/aceite de atún del 5% peso/peso y una relación molar etanol/aceite 2,3:1), la mejor concentración (45%) y recuperación de DHA (90%) se obtuvieron para una conversión del 56%. En la concentración de EPA por etanolisis de aceite de sardina se obtuvieron acilglicéridos con el 38,6% de EPA (recuperación del 81,6%), en las condiciones optimizadas (48 h, 20 °C, relación lipasa QLG®/aceite 20% peso/peso y relación molar etanol/aceite 2,3:1), para una conversión de la reacción del 59,4% (tarea 2).
Estas reacciones se escalaron en las condiciones optimizadas y se realizaron en un reactor discontinuo tipo tanque agitado con la lipasa contenida en un filtro de cartucho unido a la varilla del agitador. A mayor escala los resultados obtenidos en la concentración de DHA fueron similares a los obtenidos a pequeña escala. A una conversión del 50% se obtuvieron acilglicéridos con un 40% de DHA y una recuperación de este PUFA del 90%. En la concentración de EPA, para una conversión del 54,8%, se obtuvieron acilglicéridos con un 35,9% de EPA y una recuperación del 82,1% (tarea 2).
A continuación los acilglicéridos enriquecidos en DHA y EPA se separaron de los ésteres etílicos mediante la evaporación de estos últimos en un destilador a vacío de paso corto, donde se estudió la influencia de la temperatura de destilación. En la separación de acilglicéridos ricos en DHA, a una temperatura de evaporación de 170 ºC, se obtuvo un residuo con un 94,5% de acilglicéridos, con una concentración de DHA del 44% y una recuperación del 72%. En la purificación de acilglicéridos ricos en EPA, a 200 ºC, se obtuvo un residuo con un 87,4% de acilglicéridos, con una concentración de EPA del 33,8% y un 64,4% de recuperación.
En los experimentos anteriores las lipasas se desactivaron rápidamente debido a la presencia de etanol. Por tanto, con el objetivo de mejorar tanto la concentración y recuperación de DHA y EPA, como la estabilidad de las lipasas, las reacciones de alcoholisis se llevaron a cabo también utilizando otros acil-aceptores, como isobutanol y 1-butanol (tarea 4). En las condiciones previamente optimizadas para las alcoholisis de los aceites de atún y sardina. catalizadas por las lipasas Lipozyme® TL IM y QLG®, respectivamente, los contenidos en DHA y EPA se triplicaron (del 22 al 69% para DHA, y del 19 al 61% para EPA). También se determinó la estabilidad de ambas lipasas. Aunque Lipozyme® TL IM fue mucho más estable con isobutanol que con etanol, con isobutanol la conversión alcanzada después de cuatro ciclos de reacción fue de alrededor del 40% de la conversión inicial. En condiciones similares la conversión obtenida con la lipasa QLG® fue de alrededor del 88% de la conversión inicial. También se estudió la separación de los acilglicéridos enriquecidos en DHA y de los ésteres isobutíricos que proceden de la reacción de alcoholisis, mediante fraccionamiento líquido-líquido, utilizando el sistema bifásico etanol-agua-hexano. Se obtuvieron acilglicéridos ricos en DHA del 97,6% de pureza (con un contenido en DHA del 64,4%).
Finalmente se llevó a cabo la producción de acilglicéridos enriquecidos en DHA a partir de aceite de atún utilizando etanol, dodecanol e isobutanol como acil-aceptores (para tratar de mejorar tanto la estabilidad de la lipasa como la separación de los acilglicéridos y los ésteres por extracción líquido-líquido), en un medio de reacción sin disolvente y utilizando tert-butanol (para tratar de mejorar la estabilidad de Lipozyme® TL IM). El contenido de DHA del aceite de atún se triplicó (del 26 al 78%) utilizando isobutanol y realizando la alcoholisis sin disolvente. Sin embargo, en estas condiciones la lipasa se desactivó parcialmente porque la conversión disminuyó en torno a un 80% después de catalizar seis reacciones consecutivas con el mismo lote de lipasa. Utilizando tert-butanol como medio de reacción la lipasa es más estable, pero las concentraciones de DHA alcanzadas fueron más bajas: 56% con isobutanol y dodecanol (59% con dodecanol en un medio sin disolvente) y 42,5% con etanol (47,5% sin disolvente).
