Simulación del diseño de una planta piloto de 10 kg para la extracción y purificación de papaína del látex de la Carica papaya utilizando sistemas bifásicos acuosos (ATPS)
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Español
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Resumen
En este trabajo se desarrolló un proceso para la extracción, purificación y escalado de la producción de papaína a partir del látex de Carica papaya mediante un Sistema Bifásico Acuoso (ATPS) PEG 6000–citrato y ultrafiltración. Inicialmente, se realizó la caracterización fisicoquímica de la materia prima para establecer condiciones de procesamiento. El pretratamiento por centrifugación en buffer citrato mejoró significativamente la actividad específica respecto al látex crudo, destacándose la condición pH 7.0 y 4000 rpm, con 115.28 ± 6.62 TU/mg y un factor de purificación de 12.88.
La extracción fue evaluada mediante un Diseño Central Compuesto, identificándose las mejores condiciones en pH 6.3, temperatura de 39.5 °C y 21.7% de citrato, alcanzando un factor de purificación de 8.3 (R² = 0,957). La ultrafiltración permitió la remoción de PEG y favoreció la recuperación de enzima, así como un valor de actividad específica de 573.66 ± 14.86 TU/mg. Se desarrolló un Modelo Semifísico de Base Fenomenológica para describir la etapa de extracción, verificado mediante la evolución de la altura de fase, y posterior escalado de esta etapa con el método de similitud geométrica. La simulación en Aspen Plus del diseño de una planta piloto de 10 kg estimó que el procesamiento de 200 kg de látex por lote produce aproximadamente 0,295 kg de papaína, requiriéndose 34 lotes para alcanzar la meta de producción. (Texto tomado de la fuente)
Abstract
This study developed a process for the extraction, purification, and scale-up of papain production from Carica papaya latex using a polyethylene glycol (PEG 6000)–citrate Aqueous Two-Phase System (ATPS) and ultrafiltration. Initially, the physicochemical characterization of the raw material was performed to establish suitable processing conditions. Centrifugation pretreatment in citrate buffer significantly improved the specific activity compared to crude latex, with the best condition achieved at pH 7.0 and 4000 rpm, yielding a specific activity of 115.28 ± 6.62 TU/mg and a purification factor of 12.88.
The extraction stage was evaluated using a Central Composite Design, and the optimal operating conditions were identified at pH 6.3, 39.5 °C, and 21.7% citrate concentration, achieving a purification factor of 8.3 (R² = 0.957). Ultrafiltration enabled the removal of PEG and enhanced enzyme recovery, resulting in a specific activity of 573.66 ± 14.86 TU/mg. A Phenomenological-Based Semi-Physical Model was developed to describe the extraction stage and was verified through the evolution of phase height. Subsequently, the extraction process was scaled up using a geometric similarity approach. The simulation of a 10 kg pilot plant design in Aspen Plus estimated that processing 200 kg of latex per batch would produce approximately 0.295 kg of papain, requiring 34 batches to achieve the target production capacity.
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