Parámetros de diseño para una operación de adsorción:
La adsorción se puede realizar de forma isoterma o no isoterma. Esta operación presenta variables: pH, T, FI, concentración y Tp. En cuanto al adsorbente, el principal objetivo es conseguir uno selectivo. Se pueden usar para ello carbón activo, polímeros con carga (resinas de inter. iónico) y polímeros sin carga (derivados acrilato, XAD-2, XAD-4). Para obtener los parámetros de adsorción, realizamos 3 experimentos.
HLPC (cromatografía líquida):
La usamos porque es sencilla, rápida, reproducible y necesita poca cantidad de producto. Es una técnica para separar los componentes de una mezcla. Fase estacionaria no polar (columna) y fase móvil, en la cual se inyecta la muestra. Se aplica el método de los momentos que nos permite obtener parámetros y condiciones de operación. Estudiamos las respuestas cromatográficas obtenidas a diferentes impulsos y obtenemos parámetros de adsorción, además del primer y segundo momento. Se consideran algunos supuestos: no hay RQ, isoterma lineal e impulso instantáneo.
Tanque:
Ya conocemos el adsorbente adecuado y los parámetros óptimos, se realizan experimentos en tanque (en discontinuo). Medimos Cadsorbida frente a Cequilibrio. Obtenemos isotermas y curvas de adsorción midiendo concentración que queda en fase líquida.
Lecho fijo:
Obtenemos curvas de rotura y parámetros nuevos como Kf. Una vez acabada la adsorción, realizamos la desorción y para ello, cambiamos el pH (=3). Para controlar el pH, metemos el medidor de pH en continuo y cambiamos válvulas. Tomamos datos hasta el valor de UV permanece cte. En ese momento paramos el fenómeno de adsorción y comienza el de desorción. Esto se llama ciclo de histéresis: 2 ciclos de histéresis. Hacemos por separado e l producto del subproducto
Formulación:
Una vez extraído el producto de interés, usamos la formulación para acondicionar el producto para que no se deteriore y pierda actividad. Esta etapa no es siempre necesaria, pero si para comercialización por ejemplo: para evitar el contacto por vía respiratoria, lo cual requiere una formulación de dicho bioproducto.
CASO I: Formulación de levaduras de panificación.
Las levaduras de panificación se obtienen a partir de Saccharomyces cerevisiae por fermentación aerobia. El producto se extrae por centrifugación y un filtro rotatorio de vacío, saliendo de éste con un 35% de agua. La levadura de panificación, en este estado, es INESTABLE ya que se produce autohidrólisis. Hay que impedir su inactivación, por lo que se pasa por una extrusora, obteniendo ‘’espaguetis’’ que al cortarse dan lugar a pequeñas esferas. Estas esferas se secan en un lecho fijo, finalizando su formulación. Requerirán de rehidratación y refrigeración para su uso.
CASO II: Formulación de enzimas.
Las enzimas son catalizadores biológicos específicos que funcionan a condiciones moderadas de temperatura. Son proteínas cuyo peso molecular va desde los 5.000 a los 2·106 Da. Por ejemplo, la α-amilasa (enzima extracelular) y glucosa isomerasa (enzima intracelular). Las enzimas se inmovilizan durante su formulación, lo que supone un cambio de fase de soluble a insolubles. Hay numerosos métodos de inmovilización de enzimas, como por adsorción, intercambio iónico o enlace covalente, entre otros.
Adsorción:
Soportesólido poroso como podrían ser polímeros (resinas de intercambio aniónicas o catiónicas, polímeros no cargados XAD-2 o XAD-4, derivados de divinilbencenoestireno). La elección del soporte se hace en función del pH, temperatura y fuerza iónica de la enzima. Se utiliza un lecho fijo tradicional, usando el mismo pH que el de la disolución, uniéndose por fuerzas débiles de Van der Waals. Es una unión reversible.
Para fijar la preparación, se recomienda utilizar surfactantes como el glutaraldehído. La adsorción se da mejor a bajas temperaturas.
Intercambio iónico:
Unión más fuerte que en el caso de la adsorción. Si es con reacción química y formación de enlaces, a mayor temperatura mayor será la adsorción al soporte.
Enlace covalente:
Se produce una unión entre los grupos funcionales de los aminoácidos de la enzima y el soporte. Por ejemplo, grupos como: ξ-amino (lisina). Puede dar lugar a un cambio conformacional de la enzima, disminuyendo su actividad o incluso desactivándola, pero aumenta su tiempo de vida medio.
Proceso NOVO:
Se utiliza un microorganismo modificado genéticamente (Bacillus). Se lleva a cabo una centrifugación para extraer la enzima del líquido de fermentación, se realiza un filtrado para retirar el micelio y sólidos en suspensión. Se lleva a una resina de intercambio, adicionándose glutaraldehído para inmovilizar la enzima. Después se lleva un segundo filtrado, una extrusión, un secado en lecho fluidizado, un tamizado y se obtiene el producto comercial Sweetzym®.
Proceso Gist-Brocard:
Cepa Actinoplanes missouriensis, microorganismo aerobio. Para la inmovilización se adiciona gelatina, formándose una dispersión coloidal. La mezcla se pasa a una columna de agua fría, añadiendo como disolvente inmiscible acetato de metilo para precipitar la dispersión coloidal de la enzima. La enzima, inmovilizada en la gelatina, precipita y se deposita en la parte inferior de la columna, obteniendo el producto comercial MAXAZYM®, que se almacena en polietilenglicol.