Liquid-liquid extraction of clavulanic acid employing two-phase aqueous mixed micellar systems

O ácido clavulânico é um potente inibidor de β-lactamases utilizado como terapêutico em associação à amoxicilina. O processo industrial de obtenção envolve o cultivo bacteriano em processo descontínuo, enquanto que a sua purificação é realizada, principalmente, por processos de extração líquido-líquido com solventes orgânicos e etapas cromatográficas. Assim, métodos alternativos como a purificação empregando sistemas micelares de duas fases aquosas (SMDFA), os quais oferecem um ambiente hidrofóbico e hidrofílico que possibilita seletividade na partição de biomoléculas de acordo com sua hidrofobicidade, são de grande interesse. Neste trabalho estudou-se a viabilidade da utilização de sistema micelar misto (não-iônico/aniônico) de duas fases aquosas formados pelos tensoativos não-iônico Triton X-114 e aniônico AOT na extração do ácido clavulânico proveniente de cultivo submerso de Streptomyces clavuligerus em processo descontínuo. A estabilidade do ácido clavulânico em relação ao pH, sais e suas concentrações, temperatura e aos tensoativos foi investigada visando limitar as regiões a serem estudadas nas extrações. Determinou-se ainda o ponto névoa dos sistemas Triton X-114/Tampão e Triton X-114/AOT/Tampão em diferentes condições, bem como, estudos de migração da biomolécula para as fases e do tempo necessário para o equilíbrio do sistema. A partir destas investigações iniciais, foram definidos os níveis das variáveis: concentração de AOT (0,50, 0,75 e 1,00 mM), Triton X-114 (1, 3 e 5% m/m), NaCl (0, 0,05 e 0,10 M) e temperatura (24, 26 e 28°C), cujas influências sobre o coeficiente de partição (KAC) e recuperação da biomolécula na fase diluída (nAC) foram investigadas através de um planejamento fatorial. A análise estatística e o modelo matemático obtido a partir dos resultados para KAC revelou ser possível obterem-se KAC≈ 1,65 e nAC≈ 71,58%. No entanto, a análise estatística empregando nAC como resposta apontou condições experimentais desprovidas de significado físico-químico. Em experimentos seriados realizados com Triton X-114 3% m/m, Tampão Mcllavine pH 6,5 e adição gradual de AOT, um aumento da concentração deste tensoativo levou a maiores KAC e Balanço de massa (BMAC)≈ 85%. Desta forma é possível concluir que o sistema micelar misto de duas fases aquosas proporciona baixa perda da biomolécula e partição para a fase diluída, que é uma vantagem devido a menores problemas em uma etapa subsequente de purificação.Clavulanic acid is a potent inhibitor of β-lactamases that is used as a therapeutic in conjunction with amoxicillin. Its industrial process of production involves bacterial growing in a batch process, while its purification is carried out mainly by process of liquid-liquid extraction with organic solvents and chromatographic steps. Thus, alternative methods like the purification employing two-phase aqueous micellar systems, which offer both hydrophobic and hydrophilic environments to solute species and allow selectivity in partitioning depending on the hydrophobicity of biomolecules, are of great concern. This work studied the feasibility of using two-phase aqueous mixed (nonionic/anionic) micellar systems formed by nonionic surfactant Triton X-114 and anionic surfactant AOT to extract clavulanic acid from broths fermented by Streptomyces clavuligerus in batch process. The stability of clavulanic acid at different values of pH, salts and their concentration, temperature and in the presence of different surfactants was investigated so as to limit the areas to be submitted to further studies. The cloud-point of the systems Triton X-114/Buffer and Triton X-114/AOT/Buffer was also determined under different conditions, and studies were performed on partitioning the biomolecule between the phases and the time needed to balance of the system. From these initial investigations the following levels of the variables were defined: concentration of AOT (0.50, 0.75, and 1.00 mM), Triton X-114 (1, 3 and 5% w/w), NaCl (0, 0.05 and 0.10 M) and temperature (24, 26 and 28°C), whose influences on the partition coefficient (KCA) and yield in the top phase (nCA) were investigated using factorial design. Statistical analysis and the mathematical model derived from the results allowed obtaining KCA≈ 1.65 e nCA≈ 71.58%. However, the statistical analysis using the response nCA indicated experimental conditions devoid of any physico-chemical meaning. In serial experiments performed with Triton X-114 3% w/w, Mcllvaine buffer at 6.5 pH and gradual addition of AOT, an increase in the concentration of anionic surfactant led to higher KCA and mass balance (BMCA≈ 85%). Thus, is possible conclude that the two-phase aqueous mixed micellar system provides low loss and partition to dilute phase, which is an advantage because it implies less problems in a subsequent step of purification