Bioseparaciones II

Prof. Rogelio Valadez Blanco

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Extracción

Sustrato en disolvente orgánico

Biomedio

Fase orgánica

Fase acuosa

Emulsión de las dos fases

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Extracción

No requiere cambio de estado: no es un proceso

energéticamente intensivo

El soluto se transfiere a una segunda fase por

afinidad química (en vez de volatilidad)

Selectividad química

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Extracción vs. Destilación

Destilación se vuelve ineficaz o difícil:

Temperaturas de ebullición similares

(disolvente y soluto)

Compuestos que no pueden soportar

temperaturas de ebullición (aún con el uso de

vacío)

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Elección del proceso de separación

Si EXTRACCIÓN = DESTILACIÓN:

Se elige la destilación

Extracción: requiere proceso de recuperación

de solvente (por destilación)

Más costoso que destilación únicamente

Furfural, fenol, metilpiridona

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Ventajas de Extracción

Flexibilidad condiciones de operación

Se puede manipular:

Tipo y cantidad de disolvente:

Temperatura y condiciones de operación

Se pueden separar más de dos componentes

Furfural, fenol, metilpiridona

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Separaciones usando extracción

Extracción de peniclina a partir del medio de

biorreacción.

Extracción de ácido acético a partir de soluciones

diluídas (Teb = 118 °C).

Extracción de proteínas.

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Extracción de Penicilina

1. Preparación. Se reduce el pH del medio a 2.5-3.1

para neutralizar la molécula

2. Concentración. Se extrae a un disolvente no miscible

(p.ej. Acetato de butilo)

3. Purificación. Se extrae de regreso a un disolvente

acuoso salino (solución de fosfato)

4. Precipitación

Temperaturas de ebullición similares (disolvente y

soluto)

Compuestos que no pueden soportar temperaturas

de ebullición (aún con el uso de vacío)

Efecto del pH en extracción

Extracción de enzimas

Precipitación

• La solubilidad de solutos orgánicos depende de varios factores:

– Temperatura

– pH

– Fuerza iónica

– Constante dieléctrica

Proceso de precipitación

1. Adición de un compuesto precipitante

Este compuesto reaccionará con el soluto para producir un producto insoluble (a menudo una sal)

Precipitación de penicilina

- Hidrocloruro de procaína - Sal de sodio - Sal de potasio

+ penicilina

de procaína de sodio de potasio

penicilina

Recuperación de biopolímeros

También se puede lograr mediante la adición de sales

• Goma xantana es un polianión – Se puede precipitar por adición de cationes

divalentes de Ca formando un gel

• Biopolímeros de alignato – A partir de cultivos de algas

– Filtración para separación de células

– Precipitación con cloruro de calcio

Producción de dextranos

• La recuperación del caldo de cultivos se realiza por precipitación con:

– Alcohol

– Acetona

Precipitación de polisacáridos

• Cuando se usa precipitación por disolventes

• El precio en el mercado es modesto

• Se requiere una recuperación y reuso eficiente del disolvente

• También se requiere buena remoción de disolvente de productos de grado alimenticio o farmacéutico

Técnicas de precipitación de proteínas

• Requiere la alteración de las condiciones de la solución de proteínas

• Para desestabilizar termodinámicamente el sistema de una fase y precipitar la proteína

Técnicas de precipitación de proteínas

1. Adición de altas concentraciones de sales

2. Ajuste del pH al punto isoeléctrico de la proteína (carga neutra)

3. Reducción de la constante dieléctrica del medio para aumentar las interacciones electrostáticas (P. ej. mediante la adición de un disolvente orgánico miscible)

Técnicas de precipitación de proteínas

4. Adición de polímeros no iónicos, que reducen la cantidad de agua disponible para solvatación de las proteínas

5. Adición de polielectrolitos, que al parecer actúan como agentes floculantes

6. Adición de iones metálicos polivalentes para formar precipitados proteicos reversibles

Puntos isoléctricos de enzimas y proteínas

Proteína pI

Pepsina 1.0

Albúmina de huevo 4.6

Albúmina de plasma 4.9

Ureasa 5.0

Β-Lactoglobulina 5.2

γ-Globulina 6.6

Hemoglobina 6.8

Mioglobina 7.0

Quimotripsinógeno 9.5

Citocromo C 10.6

Lisozima 11.0

Tratamiento térmico

• Si algunas proteínas se desnaturalizan a altas temperaturas más fácilmente que los componentes de interés, se pueden remover de la solución mediante “cocinado”.

• Después de desnaturalizada, la proteína es menos soluble

Dificultades en separaciones

• Adsorción: – Carga de solutos que no son productos, disminuye

capacidad de adsorción y la pureza del producto

• Membranas: – Susceptible a “fouling”, taponamiento. Se debe limpiar

regularmente

– Limitado por área superficial de membrana

• Extracción: – Emulsiones

– Deposición de sólidos en depósito de recuperación

– Pérdida de disolvente

Tren de separación