Alumno investigador: Pedro Salgado Herreras

Departamento o Instituto Universitario: Instituto de Procesos Sostenibles.

Tareas realizadas:

En este proyecto se ha desarrollado un proceso, a nivel de laboratorio, para la extracción y purificación de ectoína producida por bacterias metanótrofas a partir de metano residual. La ectoína es uno de los bioproductos producidos en base al metano con mayor valor en el mercado a partir de este gas altamente contaminante. El producto obtenido con este bioproceso inicialmente tiene una gran cantidad de impurezas que hay que eliminar hasta obtener una ectoína con 95% de
pureza, que es la necesaria para poder utilizarla en sus aplicaciones, tanto en el campo de la cosmética como en el de la medicina.
Para ello, se recibía a nivel laboratorio la biomasa que contenía la ectoína. Las bacterias generan ectoína en medios de cultivo altamente salinos, así que, en primer lugar, es necesario centrifugar para eliminar al máximo las sales disueltas en el medio de cultivo que acompaña a la biomasa, pero sin liberar ectoína. Para extraer la ectoína, la biomasa se somete a un proceso de bio-milking, el cual consiste en la adición de agua, para provocar un shock hiposmótico, que causa la liberación
de la ectoína al medio. A continuación, para eliminar las sales contenidas en la biomasa y liberadas junto a la ectoína, sometemos nuestra disolución a un proceso de electrodiálisis. En esta etapa se logró eliminar la totalidad de las sales. A continuación, se separa la ectoína de otros compuestos orgánicos en una columna de lecho fijo cargada con resinas de intercambio iónico. Es necesario ionizar la ectoína para que esta quede retenida en la resina de intercambio iónico disolución, para
lo que se adicionó HCl 1,5 M hasta un pH 1,5. Una vez ionizada, se hizo pasar la disolución a través de las columnas de intercambio iónico a velocidad adecuada, quedando la ectoína retenida en ella.
Seguidamente, se eluyó la ectoína de la resina mediante el paso de una disolución de NaOH 1,3 M.
Una vez extraída la ectoína, la resina se regeneró para posteriores ensayos con ácido sulfúrico 98% w/w. El siguiente paso fue neutralizar nuestra disolucón de NaOH que contenía la ectoína con adición
de ácido sulfúrico 98% w/w. El sulfato de sodio generado se eliminó mediante una precipitación con metanol y posterior filtración. Una vez filtrada, obtuvimos una disolución de metanol y ectoína, que se
llevó a un rotavapor a 50ºC y 0.56 bar, eliminando el metanol y obteniendo finalmente la ectoína purificada.

Objetivos alcanzados:

Respecto a la etapa de extracción, se consiguió desarrollar y poner a punto en el laboratorio un proceso terminar la manera más adecuada en la que se conseguía recuperar la totalidad de la ectoína, consiguiendo obtener tanto las condiciones de centrifugado como la forma de adicionar el agua y la cantidad necesaria de la misma. A nivel de la etapa de purificación, se ha conseguido realizar una etapa de electrodiálisis que nos permite eliminar la totalidad de las sales, además de una etapa
de precipitación con metanol en la que conseguimos eliminar la totalidad del sulfato de sodio.
Si hablamos de la ectoína obtenida, hemos logrado obtener una pureza del 89%, muy cercana al objetivo del 95% propuesto, por lo que en este aspecto podemos decir que el proceso ha sido llevado a cabo de manera adecuada.

Sectores de aplicación:

Esta investigación estaba orientado hacia su aplicación en los proyectos europeos CHEERS y DEEP PURPLE, los cuales buscaban aprovechar las emisiones de metano producidas por las industrias con el objetivo de eliminarlo y revalorizarlo con su conversión en un bioproducto con alto valor añadido, por lo que este proceso de extracción y purificación de la ectoína es aplicable a toda industria que genere como residuo metano.

Metodología utilizada:

Durante este proceso se han utilizado diferentes métodos para realizar las diferentes etapas como para ir analizando la cantidada de ectoína. Para extraer la ectoína hemos utilizado una técnica de centrifugación y
posterior bio-milking. Durante el proceso de purificación se utilizaron técnicas de evaporación, paso por resinas de intercambio iónico, ionización del compuesto de interés y precipitación con metanol. Para seguir a lo largo del proceso las cantidades de ectoína hemos utilizado técnicas de análisis como el análisis de sólidos totales(ST) y sólidos volátiles(SV), análisis del carbono orgánico total (TOC) y el análisis de la cantidad de ectoína mediante el uso de un cromatógrafo HPLC Polaris 3 NH2 150×4,6 mm, de Agilent.

Opinión sobre la experiencia investigadora desarrollada:

Ha sido muy interesante poder experimentar cómo es realizar una investigación experimental, tanto por poder ver la cantidad de fallos que se cometen con la inexperiencia como por ver cómo los vas solucionando, a parte de las veces que los resultados no son los esperados. Por ello lo considero un proyecto que me ha aportado mucho,
sobre todo personalmente a la hora de ver si me convencía a nivel laboral el campo de la investigación como posible salida.