Biosíntesis
Bio PDO
La necesidad de desarrollar una fuente o un proceso biológico para la obtención de PDO creció en base a una serie de factores :
* Dificultad y coste de producir el polímero y la fibra de PDO.
* Sostenbilidad de una materia prima renovable contra una materia prima no renovable.
* La eficacia demostrada de ensayos de bioprocesos de PDO, que demostró el potencial de ser económicamente competitivo frente a procesos maduros.
* La contribución de DuPont a la ciencia integrada, que abarca biología y biotecnología.
* La posición única de la compañía para integrar la biotecnología con su conocimiento de muchos años en tecnología de polímeros y fibras.
El desarrollo inicial de PDO biológico ha estado ligado con el azúcar de maíz, bien conocido como materia prima abundante y barata. La conversión de la glucosa a PDO ocurre en la naturaleza en dos etapas: primero mdiante la levadura a un producto intermedio, glicerol, luego por las bacterias a PDO o 3G (figura 1).
Figura 1. La conversión de la glucosa a PDO ocurre en dos pasos en naturaleza
DuPont y Genencor Internacional han desarrollado conjuntamente una bacteria (“biocatalizadora”) para hacer ambos pasos en una sola etapa de fermentación. DuPont y Tate & Lyle, una importante compañía de productos basados en maíz con experiencia en la procesos fermentativos, se unieron para desarrollar el proceso de fabricación basado en este biocatalizador. El proceso se representa en la figura 2.
Figura 2. Representación ilustrada del proceso: Maíz a PDO
Se confirmó que el producto de ensayo tenía cualidades y calidades equivalentes o superiores al PDO producido químicamente. Por ejemplo, los resultados de las pruebas de pureza de PDO basado en bioprocesos y procesos químicos convencionales (Wesseling) para obtener PDO se muestran en figura 3. En resumen, el porcentaje de impurezas en bio PDO es de alrededor de un décimo de la cantidad de impurezas en el PDO producido químicamente (0.003% contra 0.032%).
Figura 3. Comparación de la pureza del bioproducto y del producto químico (Wesseling) PDO.
Fabricación del polímero
La tecnología del proceso DuPont de polimerización de 3GT fue desarrollada a partir de una modificación de las instalaciones existentes de 2GT.
Una de estas instalaciónes modificadas está situada en la sede de DuPont en Kinston, NC, E.E.U.U., que ha estado fabricando cantidades comerciales del polímero 3GT durante varios años. Un diagrama esquemático de un proceso continuo típico de la polimerización se muestra en la figura 4.
Figura 4. Proceso continuo de polimerización.
Bioproceso
El ingrediente clave de Sorona® de DuPont es Bio-PDO™, que se obtiene de azúcar de maíz mediante un proceso de fermentación patentado propiedad de la compañía.
Sorona® de DuPont se elabora a partir del almidón naturalmente presente en los granos de maíz. En los próximos cinco años, los investigadores encontrarán la manera de aprovechar el almidón de toda la planta.
1 Cosechar el maíz
El maíz es la primera
planta utilizada a gran
escala para fabricar
polímeros. En el futuro,
se utilizarán plantas
como remolacha, trigo,
arroz y hierba.
2 Obtener azúcar a partir del maíz
Se extrae del grano, la parte de la planta que más almidón contiene, una forma
de azúcar denominada glucosa. Los
científicos están trabajando en la obtención
de glucosa a partir del tallo y de la
paja, lo que reduciría el coste de la producción
de glucosa y abarataría productos
como Sorona®.
Almidón: El almidón se encuentra
almacenado en el endosperma. Contiene la energía necesaria para
que el grano se convierta en planta.
Procesado del maíz
En la harinera, se cuece los granos durante unas 24 horas a 125º C para que se hinchen y se ablanden. A continuación se hace una molienda gruesa de los granos hinchados para soltar el germen. Se vuelve a moler más finamente para liberar el almidón y el gluten antes de separarlos. Con el almidón, se alimenta enzimas que producirán la glucosa.
3 El fermentador: el
azúcar se convierte
en monómeros
Con la glucosa se alimenta un
fermentador de tres plantas de
altura que contiene organismos genéticamente modificados, agua,
algunas vitaminas y minerales.
Mediante destilación, se purifica el PDO y se
separa del agua. En este punto el PDO tiene
el aspecto de un líquido transparente
ligeramente viscoso (espeso). .
Proceso de
fermentación:
El organismo
genéticamente
modificado
consume la glucosa
y excreta la
molécula
tricarbonada PDO.
Granulado de Sorona®
4 Los monómeros se
convierten en polímeros
El monómero PDO se envía a una planta de
polimerización donde se mezcla o polimeriza
con el monómero petroquímico TPA oácido tereftálico. El polímero sale en forma
de largos filamentos que son troceados
para formar gránulos.
5 Elaboración de fibras
y tejidos
Los gránulos se expedían a una planta
textil donde son hilados en fibras. Las
fibras se incorporan a tejidos o
alfombras. En el futuro, se podrá hacer
piezas para automóviles y aviones con
el polímero Sorona®.