Purificación de aminoácidos con carbón activado
En la producción de aminoácidos, es esencial alcanzar altos niveles de pureza. DESOTEC cuenta con 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 y productos farmacéuticos, sanitarios y cosméticos. El sector alimentario está tomando el relevo de la alimentación animal como principal mercado.
En la alimentación animal, los aditivos de aminoácidos reducen 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 una ingesta suficiente de aminoácidos esenciales, que el cuerpo humano no puede producir por sí mismo. Son muy utilizados el ácido L-glutámico, el ácido L-aspártico y la L-fenilalanina.
En sanidad, se utilizan para tratar trastornos del sueño y problemas digestivos, o como precursores de otros fármacos. En cosmética, se encuentran en 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 5-7%.
Anualmente se producen unos 8 millones de toneladas de aminoácidos. 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
Existen varias formas de producir aminoácidos. Los procesos biotecnológicos, a saber, la fermentación y la catálisis enzimática, están cobrando cada vez más importancia, mientras que la extracción y la síntesis química están disminuyendo.
Para la producción de aminoácidos por 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 por 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 forma.
La DL-metionina sigue siendo principalmente de origen oleoso y suele producirse mediante síntesis química.
Retos de la purificación
Está claro que, dados 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 orgánicas de nitrógeno, detectadas en forma de color y medidas por transmisión UV. Pueden deberse a 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 compuestos tóxicos o espumosos antes de la fermentación
- Mejorar el proceso de fermentación.
Tecnologías de purificación
El carbón activado puede utilizarse para eliminar moléculas no deseadas de los aminoácidos, durante la producción y/o como etapa de pulido. Existen dos formas: en polvo (PAC) y granulado (GAC).
El CAP se añade a los lotes de solución de aminoácidos para adsorber los contaminantes y después se filtra. Sin embargo, el CAP no puede reactivarse, por lo que genera un flujo de residuos. Además, el consumo suele ser dos o tres veces superior al del carbón activado granular (CAG).
Por tanto, cambiar a un proceso continuo con CAG puede tener sentido para los clientes. El CAG está contenido en unidades de filtrado y elimina las impurezas por 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 altos estándares en términos de calidad del producto y prefieren reutilizar su propio carbón reactivado en lugar de participar en un pool general. Para los grandes clientes, podemos ofrecer servicios dedicados de reactivación, 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.
Casos prácticos: La purificación de aminoácidos en la práctica
Tenemos una colaboración a largo plazo con un importante fabricante europeo de un aminoácido esencial. Su producto aún contiene moléculas que le dan un ligero color y otras impurezas que reducen la calidad. Hay varios filtros en serie in situ para tratar el caudal de 20 a 40 m³/h. Para lograr una purificación óptima, el proceso se lleva a cabo a una temperatura más alta y un pH bajo.
Colaboramos 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 UV y eliminar los componentes secundarios. En las pruebas de producción realizadas en Amberes, los carbones activados granulares (CAG) renovables de Desotec sustituyeron a los CAG a base de carbón, manteniendo un rendimiento excelente. El cambio al CAG renovable se llevó a cabo con éxito y sin ninguna disminución del rendimiento. Las pruebas de laboratorio demostraron además la viabilidad de la reactivación del CAG, que pronto se hará realidad y añadirá nuevas ventajas económicas.
En cuanto a la huella de CO2e (CO2 equivalente) de esta etapa de producción, el menor consumo, la muy pequeña huella de CO2 del propio carbón activado renovable y la capacidad de reactivar el carbón activado conducen a una reducción considerable 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 CO2e en más de un 90% en el caso del carbón activado virgen y en aproximadamente un 70% en el caso del carbón activado reactivado.
Las ventajas de las soluciones de DESOTEC
DESOTEC cuenta con una amplia experiencia en el diseño y la implantación de soluciones basadas en CAP y CAG para su uso en la producción de aminoácidos. Entendemos que cada empresa del sector químico tiene unos requisitos precisos y únicos.
Antes de implementar una solución a gran escala, llevamos a cabo exhaustivas 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 comunicaremos al cliente. Investigamos y desarrollamos continuamente formas de mejorar los productos y servicios que ofrecemos a nuestros clientes.
Trabajamos en estrecha colaboración con los clientes para mantener controles de calidad muy elevados. Nuestra experiencia nos permite 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 activo reactivado y de base 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 rondar 1 kg/100 kg de producto, por lo que representaría menos del 0,1% del CO₂e total.
Una vez gastado el CAG, se transporta fuera de las instalaciones de los clientes hasta 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 vapor de agua inofensivo por las chimeneas.
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