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Bioseparaciones II
Prof. Rogelio Valadez Blanco
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2
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)
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Efecto del pH en extracción
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Extracción de enzimas
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Precipitación
• La solubilidad de solutos orgánicos depende de varios factores:
– Temperatura
– pH
– Fuerza iónica
– Constante dieléctrica
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Proceso de precipitación
1. Adición de un compuesto precipitante
Este compuesto reaccionará con el soluto para producir un producto insoluble (a menudo una sal)
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Precipitación de penicilina
- Hidrocloruro de procaína - Sal de sodio - Sal de potasio
+ penicilina
de procaína de sodio de potasio
penicilina
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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
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Producción de dextranos
• La recuperación del caldo de cultivos se realiza por precipitación con:
– Alcohol
– Acetona
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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
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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
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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)
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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
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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
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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
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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
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Tren de separación