Purificación de aminoácidos con carbón activado

En la producción de aminoácidos, es esencial un alto nivel de pureza.

DESOTEC tiene una amplia experiencia de trabajo con clientes del sector químico, encontrando las mejores soluciones de purificación posibles para cada aplicación única.

Mercado e impulsores

Los aminoácidos se utilizan en los mercados de piensos, alimentos, farmacia, salud y cosmética. El sector alimentario está tomando el relevo de la alimentación animal como mayor mercado.

Para los piensos, los aditivos de aminoácidos reducen los costes, mejoran la eficiencia y potencian el crecimiento de los animales. La L-lisina, la DL-metionina, la L-treonina y el L-triptófano se utilizan habitualmente en este sector.

En el caso de los alimentos, se utilizan como conservantes o potenciadores del sabor. También pueden añadirse para garantizar un aporte suficiente de aminoácidos esenciales, que el cuerpo humano no puede producir por sí mismo. El ácido L-glutámico, el ácido L-aspártico y la L-fenilalanina son muy utilizados.

En el ámbito sanitario, se utilizan para tratar los trastornos del sueño y los problemas digestivos, o como precursores de una serie de otros productos farmacéuticos. En cosmética, se encuentran en las cremas hidratantes.

El mercado mundial de aminoácidos se valoró entre 21.000 y 25.000 millones de euros en 2020, con una tasa de crecimiento anual prevista del 5 al 7%.

Alrededor de 8 millones de toneladas de aminoácidos se producen anualmente. El ácido L-glutámico no esencial (utilizado para condimentar alimentos y como aditivo para piensos) y la L-lisina esencial (utilizada como aditivo para piensos y como suplemento dietético) tienen los mayores volúmenes de producción.

Producción de aminoácidos

Hay varias formas de producir aminoácidos. Los procesos biotecnológicos, es decir, la fermentación y la catálisis enzimática, adquieren cada vez más importancia, mientras que la extracción y la síntesis química disminuyen.

Para la producción de aminoácidos a través de la fermentación, se suelen utilizar subproductos agrícolas como materia prima. Plantas como la soja, el trigo, el maíz, la patata y el guisante, procesadas mediante biotecnología, representan la mayor parte de los ingresos mundiales. De los aminoácidos más comunes, el L-glutamato y la L-lisina se producen generalmente mediante la fermentación de materias primas vegetales.

En el caso de los aminoácidos por extracción, las fuentes animales son las más comunes. La cisteína y la tirosina se producen de esta manera.

La DL-metionina sigue siendo principalmente petrolera y suele producirse mediante síntesis química.

Retos de la depuración

Evidentemente, habida cuenta de los sectores afectados, es crucial que los aminoácidos cumplan normas muy estrictas de pureza y calidad.

Las impurezas más comunes que requieren tratamiento son las moléculas de nitrógeno orgánico, que se detectan en forma de color y se miden por transmisión UV. Pueden ser causadas por variaciones en la materia prima o en los parámetros del proceso.

La purificación también puede ser necesaria para:

Mejorar el proceso de cristalización
Mejorar el rendimiento reduciendo las pérdidas
Eliminar los compuestos tóxicos o espumosos antes de la fermentación
Mejorar el proceso de fermentación.

Tecnologías de purificación

El carbón activado puede utilizarse para eliminar las moléculas no deseadas de los aminoácidos, durante la producción y/o como paso de pulido. Hay dos formas: en polvo (PAC), y granular (GAC).

El CAP se añade a los lotes de solución de aminoácidos para adsorber los contaminantes y luego se filtra. Sin embargo, el CAP no puede reactivarse y, por tanto, genera un flujo de residuos. Además, el consumo suele ser dos o tres veces mayor que el del carbón activado granular (CAG).

Por lo tanto, el cambio a un proceso continuo con GAC puede tener sentido para los clientes. El CAG está contenido en unidades de filtrado y elimina las impurezas mediante la adsorción en el lecho filtrante. Una vez saturado, el carbón suele poder reactivarse, lo que mejora su rentabilidad y sostenibilidad.

Sin embargo, los fabricantes de aminoácidos tienen un alto nivel de exigencia en cuanto a la calidad del producto y prefieren reutilizar su propio carbón reactivado en lugar de participar en un pool general. Para los clientes más importantes, podemos ofrecer servicios de reactivación dedicados, proporcionando el uso exclusivo y la reutilización de su propio carbón activado.

La filtración con carbón activado también puede tratar las emisiones de aire venteado y las aguas residuales procedentes del proceso de producción de aminoácidos.

Estudios de caso: La purificación de aminoácidos en la práctica

Tenemos una colaboración a largo plazo con un importante fabricante europeo de un aminoácido esencial. Su producto todavía contiene moléculas que le dan un ligero color y otras impurezas que reducen la calidad. Hay varios filtros en serie en el lugar para tratar el flujo de 20 a 40 m³/h. Para lograr una purificación óptima, el proceso se lleva a cabo a una temperatura más alta y a un pH bajo.

Cooperamos con otros fabricantes de aminoácidos en Europa. Uno de ellos es Evonik, que es el mayor productor mundial de metionina. La solución del producto de metionina se trata en filtros GAC para aumentar la transmitancia de los rayos UV y eliminar los componentes secundarios. En las pruebas de producción realizadas en Amberes, los carbones activados granulares (CAG) renovables de Desotec sustituyeron al CAG a base de carbón, manteniendo un excelente rendimiento. El cambio al CAG renovable se llevó a cabo con éxito sin que se produjera ninguna disminución del rendimiento. Las pruebas de laboratorio demostraron además la viabilidad de la reactivación del CAG, que pronto se hará realidad y añadirá más ventajas económicas.

En cuanto a la huella de CO₂ e (equivalente a CO₂) de esta etapa de producción, el menor consumo, la muy pequeña huella de CO₂del propio carbón activado renovable y la capacidad de reactivar el carbón activado conducen a una considerable reducción de la emisión de CO2 equivalente por tonelada de producto. Por ejemplo, la sustitución de un carbón activado de origen fósil por un carbón activado renovable del mismo nivel puede reducir la huella de CO2 e en más de un 90% en el caso del virgen y en aproximadamente un 70% en el caso del carbón activado reactivado.

Las ventajas de las soluciones de DESOTEC

DESOTEC tiene una amplia experiencia en el diseño y la implementación de soluciones basadas en el CAP y el CAG para su uso en la producción de aminoácidos. Entendemos que cada empresa del sector químico tiene unos requisitos precisos y únicos.

Antes de poner en práctica una solución a gran escala, realizamos extensas pruebas de laboratorio y ensayos in situ para determinar el grado óptimo de carbón y la configuración del filtro. Si, tras las pruebas, no creemos que nuestra solución sea la óptima, se lo haremos saber al cliente. Estamos continuamente investigando y desarrollando formas de mejorar los productos y servicios que ofrecemos a los clientes.

Trabajamos en estrecha colaboración con los clientes para mantener unos controles de calidad muy elevados. Nuestra experiencia nos permite solucionar y localizar la causa de cualquier problema que pueda surgir.

Nuestros filtros son móviles y se suministran en régimen de alquiler mensual, lo que los convierte en una solución flexible para muchos clientes del sector químico.

El uso de carbón activado reactivado y renovable en filtros móviles también se considera sostenible, especialmente para la producción de aminoácidos de origen vegetal. La huella de CO₂e de los aminoácidos de origen vegetal es del orden de 20 kg de CO₂e/kg de producto. El consumo de CAG puede ser de alrededor de 1kg/100kg de producto, por lo que representaría menos del 0,1% del total de CO₂e.

Una vez que el CAG se gasta, se transporta fuera de las instalaciones de los clientes a las instalaciones de DESOTEC en unidades de filtrado cerradas. Esto significa que no es necesario manipular el carbón in situ, manteniendo las plantas químicas libres de polvo y suciedad.

En los hornos de DESOTEC, los contaminantes se destruyen completamente de acuerdo con la legislación europea, y el carbón se reactiva. El proceso se supervisa continuamente, por lo que sólo sale de las chimeneas vapor de agua inofensivo.