MX2008008644A - Extraccion de biopolimeros a partir de materiales vegetales. - Google Patents

Abstract

Se describe un método y un aparato para la extracción de biopolímeros de peso molecular elevado a partir de plantas. Específicamente, la invención descrita en la presente se relaciona al procesamiento comercial de un material vegetal, incluyendo aquel de las plantas de desierto nativas del sudeste de los Estados Unidos y de México, tal como la planta guayule (Parthenium argentatum), para la extracción de biopolímeros, incluyendo cauchos naturales. Más específicamente, la invención se relaciona a una extracción a escala de laboratorio o comercial de biopolímeros de peso molecular elevado a partir de materiales vegetales incluyendo el procesamiento químico y mecánico de las plantas y la purificación del biopolímero extraído.

Description

EXTRACCIÓN DE BIOPOLIMEROS A PARTIR DE MATERIALES VEGETALES CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención descrita en la presente se relaciona al procesamiento comercial de plantas del desierto nativas del sudoeste de los Estados Unidos y de México, incluyendo la planta guayule ( Parthenium argentatum) , para la extracción de biopolimeros, tales como cauchos naturales. Más específicamente, la invención se relaciona al método de producción en escala comercial para extraer un biopolímero de peso molecular elevado de materiales vegetales, incluyendo el cultivo, la cosecha, el deshojado y el descortezado y el procesamiento químico y mecánico de las plantas .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El caucho natural, derivado de la planta Hevea brasiliensis, es un componente del núcleo de muchos artículos de consumo, incluyendo dispositivos y productos médicos, tales como guantes de látex. Los Estados Unidos tienen una fuerte confianza en el caucho natural, principalmente debido a que las alternativas sintéticas no pueden igualar las altas propiedades de rendimiento del caucho natural requeridas para muchas aplicaciones y tienden a ser extremadamente caras.

Más del 90% del caucho natural derivado de Hevea importado por los Estados Unidos se origina en Indonesia, Malasia y Tailandia. Las fuentes de caucho natural en estos países están bajo intensa amenaza de enfermedades y plagas potenciales debido a la similaridad genética de las plantas de caucho. Además, el cultivo se limita por un área geográfica restringida y por métodos de cosecha que requieren mucha mano de obra. Además, el cultivo de caucho natural en el sureste asiático contiene muchos contaminantes proteicos los cuales son responsables de alergias por látex del Tipo I, las cuales se estiman afectan tanto como 20 millones de americanos. El alto costo de importación a los Estados Unidos, así como el potencial para eliminar del cultivo completo la enfermedad y la ubicuidad de las alergias por látex, hacen del caucho natural doméstico no alergénico alternativas particularmente atractivas.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Como una alternativa a las fuentes de caucho sintético, se ha puesto atención a la producción de hidrocarburos en plantas tales como el guayule (Parthenium argentatum) . El guayule es una planta desértica nativa del sudeste de los Estados Unidos y del norte de México y la cual produce isopreno polimérico esencialmente idéntico a aquel hecho por los árboles de caucho Hevea en el sureste asiático. Las plantas de guayule almacenan látex en inclusiones diminutas en la corteza, haciendo deseable la cosecha de las capas fibrosas externas de la planta. El guayule normalmente produce media tonelada a una tonelada de caucho por acre en cultivo y está listo para la cosecha y el procesamiento después de únicamente dos años. Por lo tanto, existe una necesidad para un método de rendimiento elevado, rentable, eficiente y ecológico para extraer y fraccionar biopolimeros, tales como caucho, a partir de materiales vegetales, tales como el guayule.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La FIGURA 1A es un diagrama de flujo de las etapas iniciales del sistema de procesamiento. La FIGURA IB es un diagrama de flujo de las etapas finales del sistema de procesamiento.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención utiliza un método de etapas múltiples en el procesamiento de plantas nativas del desierto para la extracción de biopolimeros tales como caucho natural, utilizando un procesamiento químico y mecánico. El método descrito en la presente utiliza las siguientes etapas generales: pre-pulverización, molienda en húmedo, filtración, clarificación, separación de fases liquidas, purificación, descremado y concentración (FIGURA 1A y FIGURA IB) , aunque dentro de cada una de estas etapas generales existen más etapas especificas, y el proceso puede modificarse para agregar u omitir las etapas cuando se requiera. En varias modalidades, el método puede realizarse en una variedad de escalas, incluyendo una escala de laboratorio u otra escala pequeña (menos de 22.68 kilogramos (50 libras) de plantas procesadas por hora), una escala de planta piloto (típicamente 22.68-226.796 kilogramos (50-500 libras)de plantas procesadas por hora), y una escala comercial (típicamente más de 453.592+ kilogramos (1,000+ libras) de una capacidad de procesamiento de plantas por hora) . En una modalidad de la invención, la variación de escala comercial del proceso tiene una capacidad de procesamiento de 6,803.886 kilogramos (15,000 libras) de plantas por día y una capacidad líquida de aproximadamente 12,491.86 litros (3,300 galones) por día, utilizando una serie de tanques de alta capacidad. Por consiguiente, el método descrito puede utilizarse para pequeñas áreas de menos de 50 acres de materiales vegetales anualmente a una escala industrial de más de 5,000 acres anualmente. Los ejemplos de materiales vegetales que pueden utilizarse incluyen, pero no se imitan a, la planta de guayule (Parthenium argentatum) , la planta gopher {Euphorbia lathyris) , mariola {Phartenium incanum) , flores de chamizo {Chrysothamnus nauseosus) , cardo lechero (Asclepios sp.), solidago {solidago sp.) , plátano amarillo de la India {Cacalia atripilcifolia) caucho palay (Crypstogeia grandiflora) , diente de león ruso (Taraxacum sp. Y Scorzonera sp.), menta de montaña ( Pycnantemum incanum), escordio americano (Teucreum canadense) y campánula americana (Campánula america) . El proceso descrito en la presente extrae y purifica biopolimeros tales como caucho natural a partir de plantas no pertenecientes a Hevea y los biopolimeros extraídos pueden procesarse entonces para una variedad de usos comerciales, por ejemplo, en el caso del caucho natural, los productos incluyendo artículos basados en látex, tales como guantes y dispositivos médicos basados en látex . Como se muestra en la FIGURA 1A, en un proceso 10 de cosecha típica, las plantas se cultivan, se cosechan y se embalan utilizando prácticas agrícolas estándares. Por ejemplo, con las plantas guayule (Partheniu/n argentatum) , se cosechan cada dos años, o en el punto en donde los pesos moleculares del caucho están en niveles suficientes para producir una cantidad suficiente de caucho, es decir, produciendo una cantidad que hace que la cosecha sea rentable e importante, asi como los niveles deseados de la calidad del caucho. La producción de caucho en plantas tales como guayule es altamente dependiente de factores ambientales tales como la temperatura y los niveles de irrigación. Como un resultado, estas condiciones estacionales son variables año con año e influencian directamente el tiempo y la frecuencia del proceso 10 de cosecha . Otros tipos de plantas tendrán diferentes procesos 10 de cosecha y la madurez y la disposición de la planta para la cosecha se determina por un ensayo para cuantificar la concentración de látex antes de la extracción de acuerdo al método descrito en la presente. Por ejemplo, en plantas tales como el guayule, se suspenden partículas de caucho en el citoplasma, y la disponibilidad del agua durante el crecimiento afecta directamente la cantidad del producto final en la extracción del látex. En el caso en donde la planta comienza a deshidratarse, las partículas pueden coagularse in sítu, solidificando irreversiblemente el caucho en la planta, incluso en la re-hidratación de la planta. Por consiguiente, plantas consistentemente irrigadas contienen niveles más altos de látex basado en el citoplasma y generalmente producirán un mejor producto final. Por ejemplo, si la planta contiene 12% en peso (% en peso) de una concentración de caucho de látex, se extrae un látex de alta calidad. Una planta debe contener al menos 1% en peso de látex con el fin de utilizarse en la presente invención. El proceso 10 de cosecha se regula generalmente con base en la altura y el peso de la planta deseada en una escala, asi como el contenido de humedad basado en el análisis de secado. Al utilizar guayule como un ejemplo, el proceso 10 de cosecha no ocurrirá típicamente hasta que las plantas tengan por lo menos un año y hayan alcanzado concentraciones óptimas de látex para operaciones de escala comercial. Después de dos años, las plantas tienen típicamente 30.48-60.96 cm (1-2 pies) de altura y un peso de aproximadamente 2.722 kg (6 libras) en una base de peso húmedo sin la raíz. Con sistemas de raíces intactos, las plantas de guayule pesan aproximadamente 3.175 kg (7 libras) . No existe un límite superior para el proceso 10 de cosecha y la extracción subsiguiente. Las plantas de guayule completamente maduras (las cuales pueden alcanzar 213.36 cm (6 pies) de altura y más de 22.68 kg (50 libras) pueden procesarse también de acuerdo con el método descrito en la presente. Al utilizar el guayule como una especie ejemplo, en una modalidad del proceso 10 de cosecha la planta se cosecha podando o despuntando (cortando el tronco de la planta sobre la base de la raíz) la planta, de manera que sólo las porciones superiores de la planta se cosechan y se procesan subsiguientemente. En otra modalidad del proceso 10 de cosecha, la planta completa se escarba de la tierra y los brotes y raíces se procesan subsiguientemente. En aún otra modalidad del proceso 10 de cosecha, las plantas se procesan parcialmente en el campo en partes más pequeñas para permitir densidades de empacado mejoradas cuando la planta se embala o empacada dentro de carretas, silos, contenedores o camiones para la transportación a la planta de procesamiento. Dependiendo de las condiciones climáticas, las plantas de guayule pueden cosecharse varias veces. Por ejemplo, un cultivo puede irrigarse durante dos años antes de la primera cosecha invernal, luego despuntarse en la primavera y volverse a cosechar en la siguiente primavera. Cuando las plantas de guayule se despuntan durante el proceso 10 de cosecha, las plantas volverán a crecer para otra cosecha en el futuro. En varias modalidades del proceso 10 de cosecha, las hojas se remueven de las plantas en el campo, o se remueven en la instalación de procesamiento. Las plantas pueden deshojarse utilizando esquila mecánica, esquila manual, esquila de poda o con defoliantes químicos sin deshidratación . Por ejemplo, la defoliación puede realizarse utilizando un sistema de banda transportadora basado en gravedad, etapas de lavado y/o presión de aire o agua para remover las hojas. Una modalidad alternativa del proceso 10 de cosecha no incluye la defoliación de las plantas . Después del proceso 10 de cosecha las plantas se envían a una picadora 12, capaz de picar las piezas de la planta en un tamaño o forma relativamente uniforme. La picadora 12 pica las plantas en piezas uniformes para permitir a un sistema 14 separador remover una mayor porción de las hojas, las flores y pequeños tallos y luego preparar los tallos más grandes para operaciones de descortezado y molienda en húmedo para la extracción de caucho de látex. El tamaño del picado de las piezas de la planta es dependiente de una escala deseada, una técnica, un uso y un producto final preferido. Por ejemplo, los tamaños de las piezas pueden variar de más pequeños de 1.27 cm (1/2 pulgada) a más grande de aproximadamente 20.32 cm (8 pulgadas), con un tamaño promedio de 7.62-15.24 cm (3-6 pulgadas) para la extracción maximizada del caucho. Si la planta se pica también finamente, las pérdidas de látex serán mayores debido a la oxidación y deshidratación de un área superficial más elevada de la planta picada expuesta. La picadora 12 puede incluir cualquier tipo de equipo para picado, incluyendo mezcladoras, molinos, picadoras anvil u otros tipos de picadoras. La capacidad de la picadora 12 refleja opcionalmente la escala de fabricación deseada. Por ejemplo, en una escala de laboratorio, una picadora 12 podría procesar aproximadamente 181 g (1/4 de libra) de plantas por hora, mientras en la escala de la planta piloto 226.796-453.592 kg (500-1000 libras) por hora podrían procesarse. En la escala comercial la picadora 12 podría ser capaz de procesar 453.592 kg (1,000 libras) o más de plantas por hora . Siguiendo la etapa de la picadora 12, en una modalidad, las plantas picadas se separan por el sistema 14 separador, para separar hojas, partes de las flores y pequeños tallos del procesamiento. Algunas o todas las hojas pueden incluirse en el procesamiento; sin embargo, las hojas, las partes de la flor y los tallos pequeños pueden producir resultados indeseados, tales como estabilidad disminuida del látex, o decoloración. Por lo tanto, el sistema 14 separador es una etapa opcional. Un ejemplo del sistema 14 separador es un separador de densidad de aire, el cual está comprendido además de una cámara 16 separadora y un sistema de soplado 18, como se muestra en la FIGURA 1A. La etapa de separación remueve la mayoría de las hojas, las partes de la flor y los tallos pequeños de una planta cosechada, madura, la cual varía típicamente entre una concentración de 30-35% en peso ("% en peso") en agua, y no contiene caucho de látex. El % en peso de las hojas, las flores y los tallos pequeños es dependiente de las condiciones de la cosecha, el crecimiento anula de la planta, el tipo de planta y otros factores, y por lo tanto este intervalo es únicamente un intervalo aceptable para remover hojas, partes de la flor y tallos pequeños. El intervalo de % en peso puede establecerse dependiendo de estas otras condiciones, o del producto deseado. Como se muestra en la FIGURA 1A, en una modalidad de la invención, el sistema 14 separador es un separador de densidad de aire capaz de separar las hojas y los tallos pequeños del resto de la planta dentro de la cámara 16 separadora mediante aire forzado a partir del sistema de soplado 18, el cual eleva las hojas más ligeras, las partes de la flor, los tallos pequeños y las impurezas de la corteza más pesada y la pulpa leñosa de la planta picada. Las hojas, las partes de la flor y los tallos pequeños se transportan por aire y se recolectan para reutilización de biomasa, al área 52 de recolección y de reutilización de biomasa . En esta modalidad, el sistema de soplado 18 se ubica corriente abajo de la cámara 16 separadora, de manera que el sistema 14 separador está operando a una presión negativa y el aire entra a través de deflectores en el fondo de la cámara 16 separadora bajo presión al vacio. En esta modalidad, el sistema de soplado 18 es capaz además de forzar suficiente capacidad de aire para elevar las hojas, las partes de la flor, los tallos y las impurezas y en una modalidad puede ajustarse para flujo de aire, dependiendo del tamaño de partícula deseado. Por ejemplo, dentro de la cámara 16 separadora, las piezas ligeras (hojas, partes de la flor y tallos pequeños) pueden separarse por fluidización, deflectores internos y/o flujo, en donde las hojas, las partes de la flor y los tallos pequeños se separan del aire y se descargan en el fondo de la cámara 16 separadora, a través de un alimentador de esclusa de aire giratorio . Una modalidad del sistema 14 separador de densidad de aire para un procesamiento a gran escala es una capacidad elevada fabricada por Carver Inc.-Lummus Corp. (Savannah, GA) , la cual descarga piezas leñosas de mayor tamaño picadas y la descorteza de fondo del sistema 14 separador como materia prima para procesamiento adicional. Por ejemplo, en una modalidad el sistema de soplado 18 se establece en una línea de despegado de presión de volumen en algún punto entre el peso del volumen de la planta y la pulpa descorteza (presión de 5.44-5.89 kg (12-13 libras/pie3) y el peso de las hojas, las partes de la flor y los tallos pequeños (presión de volumen de 1.814-3.629 kg (4-8 libras-pies3) ) . La separación tiene lugar con base en la diferencia en la densidad. Una gran diferencia entre las dos densidades hace más fácil la separación. Pueden utilizarse opcionalmente etapas adicionales del sistema 14 de separación en donde la diferencia es más pequeña, por ejemplo, mediante modificaciones al sistema de soplado 18 establecido con una geometría de flujo de aire correspondiente y una velocidad en sección transversal, basada en los pesos de los materiales, o la escala de la cámara 16 separadora para permitir al material separarse por fluidización de aire. En otra modalidad, el sistema 14 separador comprende una separación por separación mecánica o humana.

Por ejemplo, el sistema 14 separador puede comprender el esquilado o la manual de las hojas y tallos pequeños en el campo . Las hojas, las partes de la flor y los tallos separados del resto de la planta guayule que utilizan el sistema 14 separador, pueden enviarse a un área 52 de recolección y de reutilización de biomasa (como se muestra en la FIGURA 1A) . Por ejemplo, las hojas y tallos recolectados pueden procesarse por una bio-refinería en una variedad de liginas o resinas, y utilizarse en una variedad de productos, tales como bio-adhesivos , recubrimientos, bio-pesticidas, agentes antifúngicos y agentes anti- termíticos. Las hojas, partes de la flor y tallos pueden procesarse también en celulosa o hemi-celulosa y utilizarse para una variedad de bio-combustibles, tales como etanol y otros bio-productos tales como material aislante. Cualesquiera hojas, partes de la flor y tallos pueden también dispersarse de nuevo en campos agrícolas como abono de paja y hojas o combinarse con otros subproductos del proceso . Cualesquiera piezas más grandes para procesamiento adicional (por ejemplo, corteza, planta picada y pulpa) se descargan a partir del sistema 14 separador y se transportan a la siguiente etapa de procesamiento. Los métodos de transportación incluyen un equipo de transportación conveccional incluyendo pero sin limitarse a tornillos sin fin, bandas transportadoras, a mano, elevadores de cangilones u otros equipos de manejo de sólidos similares. El caucho de látex se ubica en la corteza de los componentes de varas y raíz del guayule picado. Con el fin de incrementar la eficiencia de separación y reducir la cantidad de material sólido procesado en la extracción de látex, como se muestra en la FIGURA 1A, el método puede incluir opcionalmente un sistema 20 de descortezado (o descascarado) siguiendo el sistema 14 separador. El descortezado incrementa la eficiencia del proceso total.

Por ejemplo, si el sistema 20 de descortezado se utiliza, un mayor porcentaje de látex se extrae en etapas de concentración inicial y de separación, disminuyendo la necesidad de un procesamiento extensivo en etapas finales de la invención. En una modalidad, el sistema 20 de descortezado puede comprender lavado a presión alta o chorros de aire para despojar la corteza de la planta. El sistema 20 de descortezado puede también comprender un método mecánico para despojar la corteza de la planta. El sistema 20 de descortezado puede comprender también el descortezado manual, utilizando despojado manual de la corteza de la planta. En esta modalidad, la corteza se transporta entonces a la instalación de procesamiento por el transportador, y cualquier material vegetal residual se transporta lejos para refinación o desecho adicional. En las modalidades adicionales del sistema 20 de descortezado, pueden utilizarse los sistemas de la raíz o los botones de la raíz de la planta, o plantas completas. En una modalidad, el sistema 20 de descortezado puede también realizarse simultáneamente con la etapa del sistema 14 separador. En otras modalidades, el sistema 20 de descortezado puede omitirse. Al igual que las hojas y los tallos, la pulpa leñosa que no contiene caucho derivada del sistema 20 de descortezado puede recolectarse y enviarse al área 52 de recolección y de reutilización de biomasa para uso en procesos secundarios de fabricación. Por ejemplo, la pulpa leñosa recolectada puede procesarse por una bio-refineria en una variedad de liginas o resinas, y utilizarse en una variedad de productos, tales como bio-adhesivos, recubrimientos, bio-pesticidas, agentes antifúngicos y agentes anti-termiticos . La pulpa leñosa puede también procesarse en celulosa o hemi-celulosa y utilizarse para una variedad de bio-combustibles, tales como etanol u otros bio-productos tales como material aislante. La pulpa leñosa puede también dispersarse de nuevo en campos agrícolas como abono de paja y hojas o dispersarse y ararse como una mejora orgánica del suelo. Después del sistema 20 de descortezado o del sistema 14 separador, las plantas se procesan además en un sistema 24 de solución química. El sistema 24 de solución química comprende la adición de una solución basada en agua para emulsionar el material vegetal para formar una suspensión durante la etapa del sistema 22 de molienda, seguida por una etapa de primera prensa 26, y una etapa 28 de lavado. Como se muestra en la FIGURA 1A, después de la etapa 28 de lavado, el sistema 24 de solución química puede comprender además hacer pasar el material vegetal emulsionado a través de una etapa de segunda prensa 30, o las etapas de prensado adicionales (no mostradas) . El sistema 24 de solución química como se describe resultará en un producto sólido que contiene un subproducto de biomasa llamado "bagazo" y la suspensión homogenizada líquida que contiene una solución basada en agua y un látex diluido a partir del material vegetal molido. Además del agua, el sistema 24 de solución química contiene un tampón, tal como hidróxido de amonio (NH4OH) , hidróxido de potasio (KOH) , hidróxido de sodio (NaOH) o bicarbonato de sodio (NaHC03) . Otros tampones pueden también utilizarse, por ejemplo, Tris y Trizma. El sistema 24 de solución química también contiene opcionalmente agentes anti-microbianos, agentes des-espumantes o anti-espuma, agentes blanqueadores y/o estabilizadores dependiendo de la calidad del producto deseado, el color, o requerimientos de pureza o la esterilidad. Además, pueden utilizarse antioxidantes tales como sulfito de sodio (Na2S03) , hidroxitolueno butilado (BHT) , hidroxianisol butilado (BHA) , ascorbato, galato de propilo, difenilamina alquilada, bisfenol A polibutilado, para-fenilendiamina alquilada, fenol estirenado, o bisfenol impedido. Estos agentes anti-microbianos, agentes desespumantes, agentes de blanqueamiento, estabilizadores y/o anti-oxidantes pueden agregarse en varias etapas en el método descrito en la presente, dependiendo también de los requerimientos deseados de calidad, estabilidad, color, pureza o estabilidad del producto. El sistema 24 de la solución química se mantiene en un pH suficientemente básico (por ejemplo, mayor de aproximadamente pH 7.1) pero no tan básico como para volverse cáustico (por ejemplo, menos de aproximadamente pH 12.5) . Cualquier sistema 24 de solución química con un pH de aproximadamente 10.0-12.0 puede utilizarse para estabilidad optimizada y efecto anti-microbiano incrementado. El Ejemplo 1 ilustra un tipo de sistema 24 de solución química. El sistema 22 de molienda comprende un material vegetal triturado en piezas relativamente uniformes en un sistema 24 de solución química como se describe anteriormente. En una modalidad, el sistema 22 de molienda tritura piezas de plantas homogéneas picadas en una suspensión emulsionada con una cantidad controlada de una solución química en diferentes lugares en la molienda para extraer el látex, el cual está contenido en las células del parénquima de la corteza de las plantas. En esta modalidad, el sistema 22 de molienda fracciona forzadamente los materiales vegetales completos o parciales en piezas más pequeñas, rompe las células de la planta, y permite al caucho de látex transferirse a un líquido acuoso para la recuperación y purificación. El sistema 22 de molienda incluye molinos húmedos, como se muestra en el Ejemplo 2, asi como molinos en seco, desfibradoras, trituradoras de bolas y molinos de martillos. Como se muestra en la FIGURA 1A, se sigue entonces la etapa del sistema 22 de molienda por la etapa de primera prensa 26 y la etapa 28 de lavado y la etapa 30 de segunda prensa, un ejemplo el cual se describe en el Ejemplo 2. Por ejemplo, la tecnología utilizada en la etapa del sistema 22 de molienda, la etapa de primera prensa 26, la etapa 28 de lavado y la etapa de segunda prensa 30, puede incluir máquinas comercialmente disponibles, tales como aquellas fabricadas por Brown International (Covina, CA) , Amatech Polycel, Inc. (Columbus, OH), Komline-Sanderson Filters (Ogdensburg, NJ) , Andritz Bird (Austria) y USFilter/Stranco (Bradley, IL) . Adicionalmente , la tecnología utilizada en la etapa del sistema 22 de molienda, la etapa de primera prensa 26, la etapa 28 de lavado y la etapa de segunda prensa 30, pueden monitorearse además, utilizando un equilibrio de material completo para determinar la cantidad, el porcentaje y/o la calidad del látex que entra y sale de cada etapa. Como se muestra en la FIGURA 1A, el siguiente componente del sistema 24 de solución química es la etapa de primera prensa 26. La etapa de primera prensa 26 remueve una mayor porción del caucho de látex a partir del bagazo.

Después del sistema 22 de molienda, el caucho de látex resultante se suspende en una solución acuosa como una emulsión y se remueve de la suspensión en emulsión de biomasa exprimiendo los líquidos desde la suspensión en la primera prensa 26. La primera prensa 26 puede comprender un tornillo sin fin, una prensa de tornillo, una prensa de banda, una prensa de filtro, un filtro de vacío, una prensa de vejiga u otro tipo de prensa utilizada para exprimir líquidos de las plantas o sólidos químicos. La primera prensa 26 separa las fases líquida y sólida prensando la suspensión líquida a través de un tamiz. La fase líquida, o suspensión líquida homogenizada de látex, pasa a través del tamiz, mientras la fase sólida llamada el bagazo, no pasa a través del tamiz. La primera prensa 26 se optimiza para exprimir apretadamente la cantidad máxima de líquido del bagazo. En una modalidad, la suspensión homogenizada de látex líquido se recolecta en un tanque de recirculación (no mostrado) , un tanque de recolección (no mostrado) o un decantador 32, y el bagazo se mueve a un área de recolección separada, por ejemplo, destilando directamente en un lavador de paletas. La extracción del látex se mide por un ensayo, por ejemplo, utilizando una trituración en húmedo en un sistema cerrado tal como una mezcladora de laboratorio Waring Products (Torrington, CT) . Dependiendo de la cantidad de látex extraído durante la etapa de primera prensa 26, y del rendimiento del látex deseado, la etapa 28 de lavado y la etapa de segunda prensa 30 pueden omitirse. Como se muestra en la FIGURA 1A, siguiendo la etapa de primera prensa 26, con el fin de optimizar la extracción del látex a partir del bagazo, una etapa 28 de lavado puede utilizarse opcionalmente con el fin de remover partículas adicionales de látex atrapadas en el bagazo después de la etapa de primera prensa 26. En al menos una modalidad, la etapa 28 de lavado utiliza un tanque de agua con una bomba reforzadora capaz de presurizar forraje en la maquinaría, permitiendo al agua interactuar con cualquier suspensión homogenizada de látex en fase líquida resultante que se lava a partir del bagazo. Por ejemplo, en esta modalidad, la suspensión homogenizada de látex en fase líquida se bombea a la mezcladora de paletas mediante el uso de solenoides. Generalmente, el método de extracción descrito en la presente contiene de preferencia el número posible más bajo de etapas 28 de lavado (típicamente menos de dos etapas 28 de lavado) con el fin de minimizar el uso de agua a través del sistema. Como se muestra en la FIGURA 1A, en algunas modalidades, en donde la etapa 28 de lavado opcional se incluye, y el bagazo se hace pasar a través de la etapa de segunda prensa 30 para procesamiento adicional, la etapa de segunda prensa 30 puede utilizar un tamiz o un tamaño de filtro más pequeño, en comparación con la etapa de primera prensa 26, dependiendo de los resultados deseados. La etapa de segunda prensa 30 se utiliza para extraer un rendimiento de látex mayor a partir del bagazo. El liquido que contiene el caucho de látex se recolecta por separado en un tanque de recolección o se envía al decantador 32. Durante la etapa de segunda prensa 30, cualquier suspensión homogenizada de látex restante se prensa fuera del bagazo por la segunda prensa 30 y cualquier líquido resultante se separa de nuevo de cualesquier sólidos restantes. La fase líquida se bombea en un tanque de recolección o del decantador 32, mientras el bagazo de fase sólida cae dentro de otra área de recolección. La etapa de la segunda prensa 30 puede seguirse opcionalmente por una etapa de lavado y se repite con etapas de prensado adicionales (no mostradas) . Los ensayos de cuantificación se realizan después de cada etapa de prensado y de nuevo después de la etapa de prensado final (por ejemplo, la etapa de segunda prensa 30) . Después de la etapa de prensado final (por ejemplo, la etapa de segunda prensa 30) , el bagazo se recolecta y se mueve a un área 52 de recolección y de reutilización de biomasa para uso como en el proceso de fabricación secundario incluyendo la extracción de resina, combustible, paneles de partículas de madera y etanol. Por ejemplo, el bagazo puede procesarse por una bio-refinería en una variedad de liginas o resinas y utilizarse en una variedad de productos, tales como bio-adhesivos, recubrimientos, bio-pesticidas, agentes antifúngicos y agentes anti-termíticos . El bagazo puede procesarse también en celulosa y hemi-celulosa y utilizarse para una variedad de bio-combustibles , tales como etanol y otros bio-productos tales como material aislante. Otros productos producidos en esta etapa de fabricación secundaria pueden incluir gránulos de combustible, madera para chimeneas, tejas para techos, materiales para construcción, equipo para campos deportivos y pavimentación. Cualquier bagazo, ya sea intacto o desresinado, puede dispersarse también de nuevo en los campos agrícolas como abono de paja y hojas o venderse comercialmente como abono de paja y hojas. Como se muestra en la FIGURA IB, después de la etapa de prensado final (por ejemplo, la etapa de segunda prensa 30) y la remoción del bagazo al área 52 de recolección y reutilización de la biomasa, el homogeneizado de látex líquido resultante se transfiere opcionalmente en un tanque de recolección (no mostrado) o el decantador 32. Aunque opcional, la etapa del decantador 32 remueve la cantidad máxima de sólidos indeseables en el látex, mientras retiene la cantidad máxima del látex. Al disminuir la cantidad de sólidos indeseables se incrementa la eficiencia reduciendo la obstrucción en las etapas finales (por ejemplo, la etapa de primera prensa 28 y/o la etapa de segunda prensa 30) . Por ejemplo, sin la etapa del decantador 32, los sólidos no removidos del látex pueden acortarse eventualmente operando ciclos y pueden causar tiempo improductivo indeseable y pérdida de látex. Los sólidos indeseables pueden afectar también el almacenamiento y la estabilidad del látex. La transferencia al decantador 32 puede ser ya sea directamente desde la etapa de prensa de husillo final (por ejemplo, la etapa de segunda prensa 30) , a partir de una recirculación o tanque de almacenamiento, directamente desde la primera prensa 26, o a partir de una combinación de estas fuentes (por ejemplo, una combinación del homogeneizado desde la primera prensa 26 y la segunda prensa 30) las cuales se mezclan juntas antes de la decantación . En una modalidad alternativa, el homogeneizado de la etapa de primera prensa 26 se procesa además mientras que el homogeneizado de la etapa de segunda prensa 30 se hace circular de nuevo en la etapa del sistema 22 de molienda como un medio de trituración acuosa, con lo cual cualquier homogeneizado que contiene látex resultante se alterna a través del decantador 32. El decantador 32 puede comprender una centrífuga, tanque u otro separador. El decantador 32 puede incluir cualquier fase física o mecánica separando sistemas utilizados para separar la fase líquida que contiene látex de una fase sólida que contiene productos residuales que consisten de particulados finos sin caucho que no se removieron en las etapas previas. Ejemplos del decantador 32 incluyen decantadores de centrifugación fabricado por Wesphalia (Alemania) , Alfa Laval (Suecia) y Sharples (Reino Unido) . Por ejemplo, en una modalidad, un proceso del decantador 32 basado en centrifugación puede remover aproximadamente 80-85% de los sólidos indeseables sin remover ningún látex, en aproximadamente 30 segundos de centrifugación. Los decantadores 32 de centrifugación proporcionan los beneficios de operación continua y la remoción rápida de sólidos, pero estos no son el único tipo de decantador 32 capaz de realizar esta etapa. En otras modalidades, otros tipos de equipo de decantador 32 pueden utilizarse para decantación, tal como otros sistemas de filtración (por ejemplo, un filtro o una serie de filtros, conducidos por un sistema de banda) u otros procesos. Durante la decantación, el líquido homogeneizado que contiene látex (recolectado a partir de cualquiera de las etapas 22-30 descritas previamente) fluye a través del decantador 32, para remover sólidos vegetales toscos de los líquidos en emulsión de látex. El decantador 32 separa materiales sólidos de las fases líquidas (por ejemplo, mediante centrifugación) . En varias modalidades, aditivos opcionales, tales como estabilizadores, agentes antiespuma, o agentes des-espumantes, pueden agregarse al homogeneizado de látex líquido clarificado durante o después de la etapa del decantador 32, con el fin de mejorar las propiedades químicas o físicas específicas de las partículas de látex durante el procesamiento subsiguiente utilizando centrifugación. En las modalidades alternativas de la invención, los compuestos de estabilización no se agregan. Pueden recolectarse sólidos de bagazo a partir del decantador 32 para uso como una materia prima para procesos de fabricación secundarios, incluyendo la extracción de resinas, combustible, paneles de partículas de madera, y etanol. Los sólidos de bagazo que se recolectan en el área 52 de recolección y reutilización de sólidos pueden combinarse con el bagazo, la corteza, las hojas o los tallos recolectados en las etapas previas, utilizados en forma separada como materia prima para procesos secundarios o desecharse. En varias modalidades, el decantador 32 también tiene la capacidad para desecar el líquido. La desecación implica separar agua y otro desecho acuoso del látex al área 43 de recuperación de agua residual, con el fin de concentrar efectivamente la emulsión de caucho de látex. En tal modalidad, una corriente de emulsión de látex concentrada sale del decantador 32, y se transfiere a un recipiente de almacenamiento (no mostrado) para mantener, o enviar directamente a un primer separador 34. Como se muestra en la FIGURA IB (un ejemplo el cual se describe en el Ejemplo 3), siguiendo la etapa del decantador 32, el liquido homogeneizado que contiene látex se alimenta en una serie de separadores, incluyendo el primer separador 34, un primer concentrador 36 de látex, y un segundo concentrador 38 de látex. Las etapas 34-38 se realizan opcionalmente para remover además sólidos finos de la emulsión y concentrar la emulsión de caucho de látex, removiendo agua y otro desecho acuoso al área 54 de recuperación de agua residual. Las partículas sólidas de tamaño más finas que no se removieron por el decantador 32 se remueven por el primer separador 34. La etapa del primer separador 34 evita la obstrucción en el primer concentrador 36 de látex y el segundo concentrador 38 de látex. El primer separador 34 puede consistir de cualquier sistema de separación de fase física o mecánica utilizada para separar una fase ligera que contiene látex y una fase pesada que contiene productos residuales. Dependiendo de la calidad deseada y los requerimientos de producción, después de la etapa del primer separador 34, la fase ligera resultante que contiene látex puede además concentrarse en una o más etapas del concentrador. Por ejemplo, la fase ligera que contiene látex se concentra además en un primer concentrador 36 de látex, y un segundo concentrador 38 de látex, tal como una centrifugadora a alta velocidad Alfa Laval Látex 2000. Sin embargo, se entiende en una modalidad, que se utiliza un concentrador de látex sencillo, mientras en otras modalidades, se utilizan múltiples concentradores de látex para múltiples etapas de concentración. Se entiende también que múltiples etapas de concentración de látex pueden realizarse en un concentrador de látex sencillo. En otra modalidad, dos concentradores de látex se utilizan para realizar tres o más etapas de concentración de látex. Por ejemplo, una segunda y tercera concentraciones se realizan utilizando un segundo concentrador 38 de látex, como se ilustra en el Ejemplo 4. En el primer concentrador 36 de látex y/o el segundo concentrador 38 de látex la fase ligera puede mezclarse con una solución química adicional, como se describe más específicamente en el Ejemplo 3. En varias modalidades, la fase ligera que contiene látex puede almacenarse en uno o más tanques intermedios (no mostrados en la FIGURA 1A o FIGURA IB) entre la etapa del primer separador 34, la etapa del primer concentrador 36 de látex y/o la etapa del segundo concentrador 38 de látex. En varias modalidades, cualquiera o el primer concentrador 36 de látex y/o el segundo concentrador 38 de látex tienen una característica de descarga, para liberar sólidos acumulados con el fin de evitar obstrucción. El primer concentrador 36 de látex comprende cualquier sistema de separación de fase física o mecánica utilizado para remover agua y concentrar la emulsión de látex, tal como por centrifugación a alta velocidad. En una modalidad, el primer concentrador 36 de látex es una centrifugadora a alta velocidad hecha a la medida hecha específicamente para una concentración de látex, tal como concentradores de látex de una centrifugadora a alta velocidad por Alfa Laval y Westphalia. Pueden agregarse soluciones químicas durante esta etapa para mejorar la calidad del látex. Por ejemplo, en el primer concentrador 36 de látex, la emulsión de caucho de látex puede diluirse con una solución química para ayudar a remover proteínas solubles y otras impurezas y para remover agua adicional, y luego concentrar por separación centrífuga. Como se muestra en la FIGURA IB, el agua residual y las impurezas a partir del primer concentrador 36 de látex se transfieren al área 54 de recuperación y reutilización de agua residual. Después de dejar el primer concentrador 36 de látex el caucho de látex concentrado se transfiere opcionalmente para almacenamiento (no mostrado) y se analiza para concentración y calidad del producto. Si el producto se concentra lo suficiente, y las proteínas solubles y otras impurezas se han removido apropiadamente, después del primer concentrador 36 de látex con base en ensayos de látex como se muestra en el Ejemplo 7, se transferirá al sistema 50 de almacenamiento de producto final para el envío a los clientes. En el caso en donde se requiere la concentración y/o la purificación adicional, el producto se enviará al segundo concentrador 38 de látex. Al igual que el primer concentrador 36 de látex, el segundo concentrador 38 de látex también comprende cualquier sistema de separación de fase física o mecánica utilizado para remover agua y concentrar la emulsión de látex, tal como por centrifugación a alta velocidad. En una modalidad, el segundo concentrador 38 de látex es también una centrifugadora a alta velocidad hecha a la medida hecha específicamente para una concentración de látex, tal como concentradores de látex de la centrifugadora a alta velocidad por Alfa Laval y Westphalia. Pueden agregarse soluciones químicas durante esta etapa para mejorar la calidad del látex. Por ejemplo, en el segundo concentrador 38 de látex, la emulsión de caucho de látex puede diluirse con una solución química para ayudar a remover proteínas solubles y otras impurezas y para remover agua adicional, y luego concentrar por separación centrífuga. Como se muestra en la FIGURA IB, el agua residual y las impurezas del segundo concentrador 38 de látex se transfieren entonces al área 54 de recuperación y reutilización de agua residual. El rendimiento de emulsión se mide utilizando el contenido de sólidos total de látex en Mg/ml estándar, secado gravimétricamente, y pesado como se describe en detalle adicional en el Ejemplo 3. Después de dejar el segundo concentrador 38 de látex el caucho de látex concentrado se transfiere entonces para almacenamiento (no mostrado) y se analiza para la concentración y la calidad del producto. Si el producto se concentra lo suficiente, y las proteínas solubles y otras impurezas se han removido apropiadamente, después el segundo concentrador de látex a alta velocidad se transferirá para almacenamiento del producto final para envío a los clientes en varios paquetes. Después de la concentración del látex, el producto de látex resultante está listo para el uso del procesamiento en el caso en donde tiene un intervalo de pH de aproximadamente un pH 8.0 a un pH 11.0 y un contenido de caucho seco ("DRC") de más del 40% con base en las técnicas de ensayo estándares, por ejemplo, como se describe en el Ejemplo 3. Para usos de procesamiento generales, tal como la producción de guantes, el DRC del producto de látex se considera aceptable cuando la relación de peso a volumen es igual a, o mayor de 40%. Por ejemplo, una alícuota de 100 mi de látex líquido que resulta en 40 g de un caucho seco cuando el secado puede tener un DRC del 40%. Si la emulsión de látex requiere una concentración adicional, el material se concentrará además utilizando centrifugación, o se transferirá como forraje para las etapas 40-46 de descremado del proceso. El sistema de descremado comprende las etapas 40-46 de descremado, como se muestra en la FIGURA IB, una modalidad de la cual se describe además en el Ejemplo 5. El sistema de descremado sirve como una función similar al sistema de concentración descrito en las etapas 34-38. Ambos sistemas son etapas de concentración adicionales las cuales incrementan la concentración de látex sin afectar la concentración de componentes solubles en la fase acuosa del látex. Ambos sistemas incrementan el volumen del látex mientras se disminuye el volumen acuoso, y ambos sistemas requieren varias diluciones las cuales limpian con agua solutos y re-concentran el látex. Sin embargo, separaciones eficientes con centrifugadoras llegan a ser imprácticas después que los componentes solubles y los estabilizadores coloidales disminuyen debajo de ciertos niveles. En un cierto nivel, el látex está tan "limpio" que coagula bajo fuerza centrifuga, haciendo necesaria la adición de agentes tensioactivos poderosos o una concentración de fuerza sin esfuerzo cortante. El proceso de descremado permite lavados adicionales y la re-concentración utilizando gravedad normal, si es necesario, después que la centrifugación se vuelve impráctica. En un ejemplo del sistema, las etapas 40-46 de descremado, se realizan en una serie de recipientes de acero inoxidable cilindricos, de fondo en forma de cono, con paredes rectas, verticales de 6,056.659 litros (1600 galones). En otras modalidades, pueden utilizarse otros tipos de recipientes. Como se muestra en la FIGURA IB, el sistema 40 de mezcla de solución descremada está comprendido de equipo para preparar lotes de solución que se agregan al tanque 42 de mezclado de crema, seguido por un primer sistema 44 de asentamiento de crema y un segundo sistema 46 de asentamiento de crema. Los sistemas de asentamiento de crema opcionales, adicionales y las etapas del tanque 42 de mezclado de crema (no mostradas en la FIGURA IB) pueden realizarse opcionalmente dependiendo de los resultados deseados. Después del sistema de asentamiento final, la capa del sobrenadante de látex restante se transfiere a un área 48 del tanque del producto de látex, en donde se realiza la prueba en el producto final para déterminar el intervalo de pH y el contenido de caucho seco. La solución en el sistema 40 de mezcla de solución de crema está comprendida de un coagulante, varios estabilizadores y un antioxidante. El sistema 40 de mezcla de solución de crema permite a la emulsión de caucho de látex separar la fase con el agua hasta que alcance la concentración deseada (por ejemplo, 50-60% en peso de una concentración de caucho de látex en agua) y también remueve proteínas e impurezas indeseables. Los contenidos del sistema 40 de mezcla de solución de crema se bombean al tanque de mezclado de crema mediante varios métodos, por ejemplo, por transferencia en lotes. El tanque 42 de mezclado de crema es un recipiente para una concentración adicional de látex. En una modalidad el tanque 42 de mezclado de crema es un recipiente agitado con calentamiento y enfriamiento para controlar la temperatura. En una modalidad, la temperatura se mantiene entre 20-30°C. De acuerdo con otras modalidades, el descremado ocurrirá a temperaturas fuera de este intervalo o sin controles de temperatura. En una modalidad, los contenidos del sistema 40 de mezclado de solución de crema y el producto de la etapa del segundo concentrador 38 de látex se combinan en el tanque 42 de mezclado de crema. En esta modalidad, los contenidos combinados del tanque 42 de mezclado de crema se agitan entonces para mezclado profundo, y la temperatura se ajusta dentro del intervalo de 20-30°C. Como se muestra en la FIGURA IB, después de la agitación en el tanque 42 de mezclado de crema, los contenidos se transfieren entonces a un primer sistema 44 de asentamiento de crema. En una modalidad, el primer sistema 44 de asentamiento de crema comprende uno o más tanques no agitados aislados, aislados para mantener una temperatura de contenido interno de 20-30°C. En otras modalidades, el primer sistema 44 de asentamiento de crema ocurre a una temperatura fuera de este intervalo, o sin controles de temperatura. La duración del primer sistema 44 de asentamiento de crema es dependiente del volumen de los tanques, y otros factores ambientales. El primer sistema 44 de asentamiento de crema se completa después que la fase acuosa en el fondo (típicamente de color café) se separa de la fase de caucho de látex superior (típicamente de color verdoso) . La capa acuosa se decanta al área 54 de recuperación y reutilización de agua residual. La capa superior que contiene una fase de caucho de látex se transfiere de nuevo al tanque 42 de mezcla de crema en donde la fase de caucho de látex se mezcla de nuevo con un sistema 40 de mezcla de solución cremosa adicional comprendido de un coagulante, varios estabilizadores y un antioxidante.

Como se muestra en la FIGURA IB, después el segundo periodo de agitación en el tanque 42 de mezclado de crema, los contenidos se transfieren entonces a un segundo sistema 46 de asentamiento de crema, el cual comprende también uno o más tanques no agitados aislados, aislados para mantener una temperatura de contenido interno de 20-30°C. En una modalidad, el segundo sistema 46 de asentamiento de crema comprende uno o más tanques no agitados aislados, aislados para mantener una temperatura de contenido interno de 20-30°C. En otras modalidades, el segundo sistema 46 de asentamiento de crema ocurre a una temperatura fuera de este intervalo, o sin controles de temperatura . La duración del segundo sistema 46 de asentamiento de crema es dependiente también del volumen de los tanques y otros factores ambientales. De nuevo, el segundo sistema 46 de asentamiento de crema separa la emulsión de caucho de látex del agua y remueve proteínas e impurezas indeseables. Como en lo anterior, la capa acuosa se decanta al área 54 de recuperación y de reutilización de agua residual. La capa superior que contiene una fase de caucho de látex se transfiere al área 48 de tanque del producto de látex para prueba, y luego se transfiere finalmente para el almacenamiento del producto final. Las propiedades físicas y la composición del producto de látex pueden monitorearse en una o más etapas en el proceso, como se describe anteriormente (por ejemplo, después de la segunda prensa 30, después de la etapa del decantador 32, después de la primera etapa 34 del separador, después de la concentración, después del descremado o en otras etapas en el proceso) . Un método de experimentación se muestra en el Ejemplo 7. Generalmente, cualquier látex extraído para usos industrial o médico, incluyendo aquel de la presente descripción se examina para conformidad con las especificaciones estándares de la Sociedad Americana de Pruebas y Materiales ("ASTM") para D1076-02 estándar, como se muestra en la Tabla 1 posterior. Específicamente, la Tabla 1 muestra la Especificación Estándar D1076-02 para Látex Natural Descremado y Centrifugado, Conservado con Amoniaco, Concentrado en Caucho. En una modalidad, el látex extraído se conforma con D1076-02 de Tipo 1. En otra modalidad, el látex se conforma con D1076-02 del Tipo 3.

Tabla 1 En otras modalidades, el látex extraído se conforma a especificaciones incluidas en los valores estándares de ASTM para látex de caucho natural, incluyendo sólidos totales, un contenido de caucho seco, alcalinidad, viscosidad, contenido de sedimentos, contenido de coágulos, número de KOH, pH, estabilidad, niveles de cobre y de manganeso, densidad, ácidos grasos volátiles y similares como se muestra en la Tabla 2 posteriormente. En otras modalidades, las propiedades y características específicas del látex extraído difieren de aquellas listadas en las especificaciones de ASTM D1076-02. Por ejemplo, esto puede deberse a las diferencias de propiedad inherente entre la fuente de látex derivada de Hevea, hacia la cual se dirigen los valores estándares, a valores de una fuente de látex no derivada de Hevea .

Tabla 2 La pureza del producto de látex final se prueba determinando la concentración de la proteina en la fase acuosa del látex, mediante técnicas estándares tales como el análisis de proteina de látex ASTM D5712 y el análisis de proteina antigénica Hevea ASTM 6499. La pureza total o los requerimientos de composición son dependientes del uso del producto de látex final; sin embargo, generalmente, una evaluación comparativa estándar para el producto final incluye la conformación general a los estándares ASTM D1076-02 o un porcentaje de contenido de caucho seco arriba del 40% en peso de concentración de caucho de látex en agua . El látex de grado de especificación de ASTM puede almacenarse en el sistema 50 de almacenamiento de producto final en tanques agitados a 4aC durante un periodo indefinido de tiempo. Los estabilizadores u otros agentes pueden agregarse dependiendo de los requerimientos de rendimiento del producto corriente abajo. El látex puede empacarse en recipiente individuales para envío, o transportarse a granel en camiones refrigerados, camión-tanques, barcazas, vagones y similares. Aplicaciones típicas del método descrito en la presente incluyen guantes quirúrgicos o para análisis, adhesivo médico, productos de látex para el cuidado de heridas, catéteres u otro equipo médico o dispositivos en donde se requiere una solución clínicamente probada para serios riesgos de salud presentados por el látex de caucho tropical.

Ejemplo 1: Sistema y Molienda de una Solución Química de Antioxidante de Amoniaco Una solución de antioxidante de amoniaco basado en agua ("AAO") , que contiene 695 mL/L de hidróxido de amoniaco (NH4OH) y 1 g/L del sulfito de sodio (Na2S03) del agente de blanqueamiento anti-microbiano se mezcla con agua por inyección. El AAO se almacena en un pH de 10.5 en tanques de 189.271 litros (50 galones), o se procesa alternativamente mediante el sistema sin almacenamiento, en un pH de 10.0. El AAO se bombea en el sistema 22 de molienda mediante el uso de solenoides, y se combina con materiales de la planta guayule en un molino en húmedo. Los materiales vegetales se emulsionan para formar una suspensión. El sistema 22 de molienda comprende un molino en húmedo, y más específicamente, un triturador MP-30 Schutte-Buffalo Pulverizer Co. (Búfalo, NY) , el cual acepta material vegetal, transportado a una tolva del MP-30 y corta las plantas en piezas relativamente uniformes de 7.62-15.24 cm (3-6 pulgadas). El sistema 22 de molienda además comprende una banda transportadora, la cual transfiere las piezas molidas de guayule a un molino de martillos Schutte-Buffalo 1320 para molienda con martillos.

Ejemplo 2: Sistema de Molienda y Etapas de Prensado Después de las etapas del sistema 22 de molienda, descritas en el Ejemplo 1, se prensan materiales de la planta guayule en una etapa de primera prensa 26, que comprende un tornillo sin fin y una prensa de husillo Brown International, la cual prensa la suspensión liquida a través de un tamiz para separar la fase liquida del AAO/homogeneizado de látex diluido de la fase sólida. El bagazo de la fase sólida no pasa a través del tamiz. La suspensión de AAO liquido/homogeneizado de látex diluido se recolecta en un tanque de recirculación, y el bagazo cae directamente dentro de una lavadora de paletas Compak Systems, CS Processing Engineering Ltd. (Lincoln, England) . Cualesquiera partículas restantes de látex se lavan del bagazo en la lavadora de paletas Compak Systems por una corriente presurizada de agua a partir de un tanque de agua. Más específicamente, el tanque de agua utilizado en la etapa 28 de lavado tiene una bomba de reforzadora unida a una fuente de solenoide de presión elevada, la cual interactúa con el material homogenizado, y bombea el AAO/homogeneizado de látex a la lavadora de paletas Compak Systems . Después de la etapa 28 de lavado, los materiales vegetales de guayule se prensan entonces en una etapa de segunda prensa 30, que comprende hacer pasar la suspensión de AAO/homogeneizado de látex diluido en otra prensa de husillo, en donde el liquido se separa de nuevo de cualesquiera sólidos restantes. El AAO/homogeneizado de látex diluido resultante se bombea en un tanque de recirculación, mientras el bagazo cae dentro de un tornillo sin fin Com-Pak International. Finalmente, el AAO liquido/homogeneizado de látex diluido en el tanque de recirculación se bombea dentro del decantador 32 Alfa Laval (Suecia) , en donde el homogeneizado de látex a partir de la etapa de primera prensa 26 y las etapas de segunda prensa 30 se mezclan juntas antes del procesamiento adicional. El bagazo de la etapa de la primera prensa 26 y la etapa de la segunda prensa 30 se combinan también en el área 52 de recolección y reutilización de biomasa, y se procesan además para otros usos secundarios. Los agentes de floculación polimérica, estabilizadores y agentes anti-espuma se agregan al AAO líquido/homogeneizado de látex diluido en el decantador 32, para estabilidad incrementada y para espumado disminuido. Ejemplo 3: Separación y Concentración Después de las etapas de prensado y decantación, como se describe en el Ejemplo 2, el homogeneizado de látex se mide para determinar el porcentaje del látex presente (deseablemente alrededor de 0.01% a 1% después de la decantación) y se transfiere a partir del decantador 32 al primer separador 34, en una centrifugadora Alfa Laval PX-510 de alta velocidad, y se centrifuga durante aproximadamente 15 segundos o menos. El primer separador 34 separa el homogeneizado de látex en una fase ligera que contiene látex, y una fase pesada que contiene productos residuales. La fase pesada se remueve al área 54 de recuperación de agua residual, en donde los productos residuales se reciclan para uso como un medio de trituración o para limpieza adicional utilizando tratamientos de purificación de agua estándares. Después del primer separador 34, el homogeneizado de látex se mide para determinar el porcentaje de látex presente. De preferencia éste es aproximadamente 1% después de la etapa del primer separador 34. Después de separarse, en el primer separador 34, la fase ligera que contiene látex se bombea en un tanque intermedio (no mostrado en la FIGURA IB) y se mezcla con AAO, a través de un tanque de AAO (no mostrado en la FIGURA IB), fluyendo directamente en el tanque intermedio. La fase ligera se bombea entonces en el primer concentrador 36 de látex, un Alfa Laval Látex 2000 a alta velocidad optimizado para látex de guayule, con el fin de concentrar además el látex. Cantidades en exceso de la fase ligera que contiene látex que pasa a través del sistema se repiten, bombeando la fase ligera a otro tanque intermedio, en donde se mezcla con AAO adicional, a través de un tanque de AAO fluyendo directamente dentro del tanque intermedio (no mostrado en la FIGURA IB) . El homogeneizado de látex se examina entonces para determinar el porcentaje de látex presente, deseablemente alrededor del 10% o más en este punto. El homogeneizado se hace fluir entonces a través del segundo concentrador 38 de látex, un Alfa Laval Látex 2000 a alta velocidad optimizado por látex de guayule. Después de esta etapa del segundo concentrador 38 de látex, el pH se prueba y se determina. Resultados típicos para la etapa del segundo concentrador 38 de látex son un producto de látex con un pH final de aproximadamente 10.5. El contenido de caucho seco se determina entonces gravimétricamente , en donde una alícuota de volumen conocido del látex líquido se seca para remover sustancialmente todo el contenido de humedad y se pesa, y se hace una determinación en cuanto a que si el material requiere procesamiento adicional con el sistema de descremado, como se describe posteriormente. Después de la etapa del segundo concentrador 38 de látex, el porcentaje de látex presente es deseablemente alrededor del 40% a 50% o más .

Ejemplo 4: Concentración de Tres Pasadas En algunas modalidades de la presente descripción, más de dos concentraciones, también llamadas "pasadas" se realizan a través del concentrador de látex. En una modalidad, se realiza una tercera concentración. En un ejemplo, esta tercera concentración, también referida en la presente como la "tercera pasada" se hace con un segundo concentrador 38 de látex, un Alfa Laval Látex 2000 a alta velocidad optimizado para látex de guayule. En este ejemplo, el látex se recolecta y una dilución adicional de 16:1 de AAO y el agente tensioactivo se agrega a la fase ligera a partir de la segunda concentración (o segunda pasada) en un tanque, y 32:1 en otro, el cual se diluye previamente en 5:1. En este ejemplo, el subnadante de látex a partir de la tercera pasada fue mucho más translúcido en color que la segunda pasada. La fase ligera de la tercera pasada resultó en aproximadamente 55% del contenido de sólidos totales. De acuerdo con este ejemplo, mantener una dilución de 16:1 de látex es preferible en la conducción de una tercera pasada.

Ejemplo 5: Descremado Después de las etapas descritas en el Ejemplo 3, la prueba puede indicar que el producto requiere una concentración adicional. La fase ligera que contiene látex se bombea en un tanque 42 de mezclado de crema de 397.468 litros (105 galones) , y se mezcla con una mezcla de solución cremosa, que contiene 0.1% de alginato de sodio del sistema 40 de mezclado de solución de crema. Después de esta etapa de mezclado, los contenidos se transfieren al primer sistema 44 de asentamiento de crema, y el asentamiento se deja en un tanque no agitado aislado, aislado para mantener una temperatura de contenido interno de 20-30°C. Después del asentamiento, la capa de residuo acuoso del subnadante se drena al área 54 de recuperación y de reutilización de agua residual. La capa de sobrenadante de látex restante se transfiere de nuevo al tanque 42 de mezclado de crema, en donde el tanque 42 de mezclado de crema, se vuelve a llenar con una solución de alginato de sodio al 0.1% y se mezcla. Después de esta etapa de mezclado, los contenidos se transfieren al segundo sistema 46 de asentamiento de crema, y el asentamiento se deja en un tanque no agitado aislado para mantener una temperatura de contenido interno de 20-30°C. Después del asentamiento, la capa residual acuosa del subnadante se drena de nuevo al área 54 de recuperación y reutilización de agua residual. Estas etapas se repiten para lavar las proteínas solubles a partir del látex, tantas veces como se requiera. En el caso en donde el tanque 42 de mezclado de crema se vuelva a llenar seis veces para concentrar, además el látex, y remover los subnadantes, resulta un producto de látex con un pH final de aproximadamente 10.5. En varias modalidades, los procesos descritos en la presente se monitorean por un sistema de control (no mostrado en la FIGURA 1A o FIGURA IB) , un ejemplo de las cuales se describe en el Ejemplo 6. En varias modalidades, este sistema control regulará y/o monitoreará la temperatura, condiciones del proceso, volumen agua o entrada y salida química, salida del producto y/o recolección de residuos, mediante una serie de bombas, computadoras, y medidores de flujo, como se requiere por el sistema específico.

Ejemplo 6: Sistema Control Un ejemplo del sistema control para el proceso descrito en la presente es por un Centro de Control Motor ("MCC") vinculado con un Centro Lógico Programado ("PLC") . El PLC controla el inicio y la detención de la maquinaria, aunque las máquinas son capaces de ser controladas manualmente también. Medidores múltiples Yokogawa (Japón) se vinculan con el PLC. Las ubicaciones para medidores de pH incluyen tanques de solución, tanques de recolección y en el tanque de recirculación para la lavadora de paletas. Se bombea hidróxido de amonio directamente a las ubicaciones de los medidores de pH, utilizando una bomba de medición. Se controla un flujo de hidróxido de amonio con el uso de solenoides vinculados al PLC. Las lineas que conectan los tanques de hidróxido de amonio se conectan también con el tanque intermedio final antes del descremado, con el fin de controlar el pH final, y esta linea se controla ya sea manual o automáticamente por el PLC. Seis medidores de flujo se presentan dentro del sistema. Éstos incluyen dos medidores de flujo de turbina Omega (Stamford, CT) FTB792 para monitorear y ajustar el flujo. Los medidores de flujo de turbina Omega FTB792 se colocan en la unión de linea de solenoide-hidróxido de amonio/agua R/0 y la unión de la linea del sulfito de sodio/R/O. En el punto de unión, el hidróxido de amonio y el sulfito de sodio se mezclan con agua para inyección. Un medidor de flujo Omega FPR 132 de turbina adicional regula la salida de agua para la mezcla y proporciona información precisa en la cantidad del liquido presente en el sistema en todo el proceso. Además, el sistema también contiene tres medidores de flujo adicionales, más específicamente los caudalímetros Endress Hauser (Suiza) PROline Promag 50/53p para monitorear los homogeneizados . El sistema contiene además múltiples bombas, incluyendo múltiples bombas de entrada de velocidad variable, vinculadas con el PLC, y todas las bombas de salida de velocidad sencilla. Adicionalmente, el sistema de agua en todo el proceso tiene un flujo acuoso elevado que utiliza un sistema de presión elevada Advanced Water Systems (Santa Cruz, CA) R/0, con un flujo de aproximadamente 45.425-52.996 litros (12-14 galones) /minuto . El agua se suaviza cuando sea necesario con ácido sulfúrico, con el fin de mantener el flujo acuoso óptimo .

Ejemplo 7: Estándares del Ensayo Después de las etapas descritas en los Ejemplos 1-4, el análisis de proteínas de látex ASTM se realiza de acuerdo con el protocolo de ASTM D5712, y se compara con los estándares ASTM D1076-02. El compuesto de látex derivado de guayule se mide para determinar la composición final de cada parámetro ASTM. Como se muestra en la FIGURA IB, la pureza del producto de látex final se prueba determinando la concentración de la proteina en la fase acuosa del látex en varios lotes, indicando aproximadamente 48-54% del contenido de caucho total, aproximadamente 47-53% del contenido de caucho seco, y la alcalinidad total (KOH como % de látex) de aproximadamente 0.10 a 0.40%. El producto de látex derivado de guayule cumple o excede los estándares de AST , y está listo para empacado, almacenamiento o fabricación secundaria adicional en los productos derivados . Se manifiesta además que el proceso descrito en la presente puede modificarse para incluir etapas adicionales tales como procesos de floculación, una variedad de sistemas de bombeo tales como bombas de desplazamiento positivas, una variedad de trituradores, centrifugadoras, tecnología de tamiz vibrante, prensas de husillo, bombas de vacío, sistemas de separación de diesel, modificaciones de las formulaciones de descremado químico y similares. Así mismo, un número de etapas descritas en el proceso puede omitirse o re-ordenarse con base en el producto deseado y las características individuales de los materiales vegetales. Varias modalidades de la invención se describen anteriormente en la Descripción Detallada. Aunque estas descripciones describen directamente las modalidades anteriores, se entiende que aquellos expertos en la técnica pueden concebir modificaciones y/o variaciones para las modalidades especificas mostradas y descritas en la presente. Cualesquiera modificaciones o variaciones que caen dentro del alcance de esta descripción se pretenden para estar incluidas en la presente también. A menos que se observe específicamente, es la intención de los inventores que las palabras y frases en la especificación y las reivindicaciones se les dé los significados ordinarios y acostumbrados por aquellos de experiencia en la o las técnicas aplicables. La descripción anterior de una modalidad preferida y el mejor modo de la invención conocido por el solicitante en el momento de presentar la solicitud se ha presentado y se pretende para el propósito de ilustración y descripción. No se pretende ser exhaustiva ni limita la invención a la forma precisa descrita y muchas modificaciones y variaciones son posibles en vista de las enseñanzas anteriores. Se eligió y describió la modalidad con el fin de explicar mejor los principios de la invención y su aplicación práctica y para permitir a otros expertos en la técnica utilizar mejor la invención en las diversas modalidades y con varias modificaciones como se ajustan al uso contemplado particular. Por lo tanto, se pretende que la invención no se limite a las modalidades particulares descritas para llevar a cabo la invención.

Claims (39)

1. NOVEDAD DE LA INVENCION Habiendo descrito la presente invención se considera como novedad y por lo tanto se reclama como propiedad lo descrito en las siguientes reivindicaciones
2. REIVINDICACIONES 1. Un método para extraer un biopolímero a partir de un material vegetal sin Hevea, caracterizado porque comprende: la trituración de un material vegetal; la molienda del material vegetal en una solución química, por lo cual la molienda resulta en un producto molido comprendido de un bagazo sólido y un homogeneizado líquido, en donde el homogeneizado líquido incluye un material vegetal molido, un tampón y agua; filtrar el bagazo sólido a partir del homogeneizado líquido; separar el homogeneizado líquido en una fase ligera y una fase pesada; purificar la fase ligera, en donde se remueven las proteínas solubles; y concentrar la fase ligera, en donde la concentración de la fase ligera produce un biopolímero utilizable . 2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material vegetal es guayule.
3. 3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el biopolimero es un látex de caucho.
4. 4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende cosechar el material vegetal.
5. 5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende descortezar el material vegetal.
6. 6. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además picar el material vegetal en piezas.
7. 7. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además separar las hojas, las partes de la flor y los tallos del material vegetal que contiene un biopolimero.
8. 8. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la solución química incluye agua y un tampón.
9. 9. El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la solución química incluye además uno o más agentes seleccionados del grupo que consiste de: un estabilizador, un agente floculante polimérico, un agente anti-microbiano, un agente desespumante, un agente de blanqueamiento y un anti-oxidante .
10. 10. El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el tampón se selecciona de un grupo que consiste de: hidróxido de amonio, hidróxido de potasio, hidróxido de sodio, bicarbonato de sodio, Tris y Trizma.
11. 11. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el antioxidante se selecciona del grupo que consiste de: sulfito de sodio, hidroxitolueno butilado, hidroxianisol butilado, ascorbato, galato de propilo, difenilamina alquilada, bisfenol A polibutilado, para-fenilendiamina alquilada, fenol estirenado y bisfenol impedido.
12. 12. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además lavar el bagazo, por lo que se remueven las partículas biopoliméricas adicionales a partir del bagazo.
13. 13. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque filtrar el bagazo incluye utilizar un tamiz para separar el homogeneizado líquido del bagazo.
14. 14. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además utilizar el bagazo en un proceso de fabricación secundario.
15. 15. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el proceso de fabricación secundario se selecciona de un grupo que consiste de: una extracción de resinas, una extracción de ligina, un procesamiento de celulosa y un procesamiento de hemicelulosa .
16. 16. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el proceso de fabricación secundario produce un producto seleccionado del grupo que consiste de: una resina, una ligina, un adhesivo, un pesticida, un agente anti-fúngico, un etanol, un panel de partículas de madera, un material aislante, un abono de paja y hojas, una mejora orgánica de suelo, gránulos de combustible, madera para chimeneas, lozas para techo, material de construcción, equipo para campos deportivos y pavimentación .
17. 17. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además decantar el homogeneizado líquido, en donde se remueve el bagazo sólido adicional.
18. 18. El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el decantado incluye una centrifugación.
19. 19. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además remover agua a partir del homogeneizado liquido.
20. 20. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además remover la fase pesada a un área de recuperación de agua residual .
21. 21. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la purificación de la fase liquida incluye mezclarla con un antioxidante de amoniaco .
22. 22. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además descremar la fase ligera utilizando una solución cremosa comprendida de un coagulante, un anti-oxidante y un estabilizador, en donde el descremado de la fase ligera incluye concentrar el látex de caucho y remover los subnadantes de la fase ligera.
23. 23. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el biopolimero utilizable es un látex de caucho.
24. 24. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material vegetal incluye más de un porcentaje del biopolimero.
25. 25. El método de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque el látex se conforma a especificaciones de la Sociedad Americana para el Ensayo de Materiales para un estándar seleccionado del grupo que consiste de una Especificación Estándar D1076-02 para un Látex Natural Descremado y Centrifugado, Conservado en Amoniaco, Concentrado para Caucho del Tipo 1; y la Especificación Estándar D1076-02 para un Látex Natural Descremado y Centrifugado, Conservado en Amoniaco, Concentrado para Caucho del Tipo 3.
26. 26. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además almacenar el biopolimero.
27. 27. Un aparato para extraer un biopolimero a partir de un material vegetal sin Hevea, caracterizado porque comprende: un molino de martillos, en donde el molino de martillos es capaz de mezclar un material vegetal triturado con un tampón y agua para formar un producto molido comprendido de un bagazo y un homogeneizado liquido; un sistema de filtración de prensa de husillo, acoplado fluidamente al molino de martillos, en donde el sistema de filtración de la prensa de husillo es capaz de separar el producto molido en el bagazo y el homogeneizado liquido; un tanque de almacenamiento de homogeneizado, acoplado fluidamente al sistema de filtración de prensa de husillo, en donde el tanque de almacenamiento de homogeneizado es capaz de almacenar un homogeneizado líquido comprendido de material vegetal molido, el tampón y el agua; un sistema de separación de fase, acoplado fluidamente al tanque de almacenamiento de homogeneizado, en donde el sistema de separación de fase es capaz de separar el homogeneizado líquido en una fase ligera y una fase pesada; y un tanque de almacenamiento de biopolímero, acoplado fluidamente al sistema de separación de fase, en donde el tanque de almacenamiento de biopolímero es capaz de almacenar un biopolímero líquido.
28. 28. El aparato de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque el material vegetal es guayule.
29. 29. El aparato de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque el biopolímero es látex de caucho.
30. 30. El aparato de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque comprende además una picadora de material vegetal, en donde la picadora es capaz de cortar el material vegetal en piezas.
31. 31. El aparato de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque comprende además un sistema de descortezado, en donde el sistema de descortezado es capaz de remover corteza del material vegetal .
32. 32. El aparato de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque comprende además un separador de material vegetal, en donde el separador es capaz de remover las hojas, partes de la flor y tallos a partir del material vegetal que contiene un biopolimero.
33. 33. El aparato de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque comprende un concentrador biopolimérico acoplado fluidamente al sistema de separación de fase, en donde el concentrador biopolimérico es capaz de producir un biopolimero utilizable de la fase ligera.
34. 34. El aparato de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado porque comprende además un sistema de descremado acoplado fluidamente al concentrador biopolimérico, en donde el sistema de descremado es capaz de concentrar el biopolimero y remover los subnadantes de la fase ligera.
35. 35. Un método para extraer látex de caucho de un material de la planta guayule, caracterizado porque comprende : triturar el guayule; moler el guayule con una solución química incluyendo agua y un tampón, por lo que la molienda resulta en un producto molido comprendido de un bagazo y un homogeneizado liquido, en donde el homogeneizado liquido incluye guayule molido, el tampón y el agua; filtrar el bagazo del producto molido; separar el homogeneizado liquido en una fase ligera y una fase pesada; purificar la fase ligera, en donde las proteínas solubles se remueven; y concentrar la fase ligera; en donde la concentración de la fase ligera produce un látex de caucho utilizable .
36. 36. El método de conformidad con la reivindicación 35, caracterizado porque la solución química incluye además uno o más agentes seleccionados del grupo que consiste de: un estabilizador, un agente flocúlate polimérico, un agente antimicrobiano, un agente desespumante, un agente de blanqueamiento y un antioxidante .
37. 37. El método de conformidad con la reivindicación 35, caracterizado además porque comprende decantar el homogeneizado líquido, en donde se remueve el bagazo sólido adicional.
38. 38. El método de conformidad con la reivindicación 35, caracterizado además porque comprende descremar la fase ligera utilizando una solución cremosa incluyendo un coagulante, un antioxidante y un estabilizador, y en donde el descremado de la fase ligera incluye concentrar el látex de caucho y remover los subnadantes de la fase ligera.
39. 39. El método de conformidad con la reivindicación 35, caracterizado porque el látex se conforma a especificaciones de la Sociedad Americana de Pruebas y Materiales para un estándar seleccionado del grupo que consiste de: una Especificación Estándar D1076-02 para un Látex Natural Descremado y Centrifugado, Conservado con Amoniaco, Concentrado en Caucho del Tipo 1; y la Especificación Estándar D1076-02 para Látex Natural Descremado y Centrifugado, Conservado con Amoniaco, Concentrado en Caucho, Tipo 3.