Obtención de diglicéridos a partir de ácidos grasos mediante catálisis enzimática

Abstract

Debido al desarrollo industrial de los aditivos alimentarios, la búsqueda de nuevos métodos de síntesis para conseguir una mayor facilidad en la venta de los productos alimenticios se hace necesaria, ya que aportan unas propiedades singulares que facilitan su posterior adquisición por el consumidor. Dentro de los aditivos alimentarios, los mono- y diglicéridos en particular, cumplen la función de emulsionantes principalmente, además de poder ser usados en la elaboración de ciertas conservas vegetales, en la fabricación de algunos panes, en las margarinas y otras grasas comestibles, reduciendo así su contenido calórico. Éstos son productos de la degradación normal de las grasas en el tubo digestivo, pudiéndose metabolizar por lo tanto de la misma forma. No tienen limitación alguna en cuanto a la ingestión diaria admisible. Los triglicéridos son los constituyentes principales de los aceites vegetales y de las grasas animales. Los 1,3-diglicéridos son lípidos naturales que están presentes en pequeñas proporciones en los aceites vegetales. Industrialmente se han podido comercializar gracias a los procesos enzimáticos, suministrándose en forma de aceites de cocinar, aceites procesados, o incluso como las grasas que se comercializan en EE.UU y Japón. Los diglicéridos, y en especial los 1,3-, son efectivos ante la prevención de la obesidad, ante la prevención de enfermedades de la arteria coronaria, e incluso permiten mejorar la tolerancia a la glucosa evitando la acumulación de la grasa corporal, evitando el desarrollo de metabolismos anormales de hidratos de carbono. La distribución en la reacción hacia los mono-, di- o triglicéridos dependen fundamentalmente, tal y como se ha observado en la bibliografía empleada, de la relación de los ácidos grasos con la glicerina, de la temperatura, de la presión (variable no estudiada en este trabajo de fin de carrera), la cantidad de catalizador y el tiempo de reacción. En la primera etapa se darán lugar los monoglicéridos, éstos una vez formados, y si la reacción no se ha detenido por medios externos, reaccionan con otro ácido graso formando un diglicérido. En el caso de existir más ácidos grasos en el medio de reacción, se formarán los triglicéridos, en un sistema de equilibrio de reacción, en los que en todas las reacciones se producirá un mol de agua como subproducto. Dentro de las formas de sintetización, la escogida en este proyecto fue la catálisis enzimática mediante la lipasa Ps Im, suministrada por la casa comercial Amano, tras haber realizado diferentes ensayos con otras tres enzimas, suministradas por la misma casa, en las mismas condiciones, y haber llegado a la conclusión de que esta enzima era la más activa para la reacción deseada. Se observó que para poder obtener conversión, era preciso activar la enzima, puesto que es necesario que ésta adquiera una cierta humedad en sus centros activos para que tenga lugar la actividad enzimática. Además, se concluyó que era necesario aportar al medio de reacción una cantidad equitativa de una sal con distinto grado de hidratación: una en forma dihidratada, y otra anhidra, las cuales permitieron el control de la humedad en el sistema de reacción mientras ésta se llevaba a cabo. Para la elección del tipo de sal incorporada, se realizaron cuatro experimentos en condiciones diferentes de control de humedad: sin sal, únicamente con sal anhidra, únicamente con sal di-hidratada y un último con la mezcla equitativa de las dos sales, siendo esta última la que ofreció mayor conversión y selectividad. Para determinar la influencia de todas las variables anteriormente mencionadas a la hora de optimizar las condiciones de reacción, se optó por el desarrollo de un diseño experimental de las cuatro variables centradas en el cuerpo. Las variables a estudiar fueron, la temperatura, la relación molar de ácidos grasos respecto a la glicerina, la cantidad de catalizador existente en el medio de reacción y por último el tiempo de reacción. Este diseño experimental ofreció un total de 24 reacciones en condiciones distintas, además de otras cuatro en condiciones intermedias, denominadas puntos centrales. Este total de reacciones, analizadas estadísticamente, facilitó las conclusiones del trabajo de fin de carrera. De tal modo se observó cómo a medida que aumentaba la temperatura, tanto la conversión como la selectividad aumentaban. A su vez, el tiempo es también directamente dependiente a la conversión y selectividad, cuando éste aumenta, las dos variables respuesta aumentan. La cantidad de catalizador presenta un máximo a valores altos para la conversión, mientras que para la selectividad presenta un mínimo a valores bajos, por lo que la selección de la cantidad de catalizador dependerá del de la aplicación del producto. Por último la relación molar ofrece un máximo cuando toma valores algo inferiores a los intermedios estudiados para ambas variables. Se observó que se podía seguir dos caminos, el de la optimización de la selectividad, y el de la optimización de la conversión, siendo esta última por la se optó, ya que se obtenía una diferencia muy baja en la selectividad a sus condiciones óptimas, ofreciendo una conversión mucho mayor. Este desarrollo variará en función de los objetivos buscados, puesto que si se pretende una mayor cantidad de diglicéridos, se trabajará con las condiciones óptimas de conversión, mientras que si se pretende una máxima pureza de diglicéridos, se ha de trabajar en las condiciones óptimas de selectividad. Por último se realizó un estudio de la cinética de la reacción, observando cómo varía la formación de mono-, di- y triglicéridos, y la conversión con el tiempo. Aumentando la conversión con el tiempo hasta llegar a una asíntota en el 50%. Los monoglicéridos se aprecia que aparecen en un primer momento, apareciendo justo tras ellos los diglicéridos y por último los triglicéridos. En el tiempo de reacción estudiado, se ha obtenido principalmente diglicéridos. A su vez, gracias a la presencia de la enzima Ps Im, se consiguió que la mayoría de estos diglicéridos fuesen 1,3-diglicéridos, que como ya se comentó, son aquellos que presentan mayor interés comercial.