Aqueous biphasic systems composed of ionic liquids and polysaccharides

Abstract

Aiming at finding more biocompatible and environmentally-benign separation processes, aqueous biphasic systems composed of ionic liquids can be envisaged as an alternative and advantageous approach for the extraction and purification of the most diverse biomolecules. In this work, the main goal consisted on the study of the ability of polysaccharides, as a benign alternative over inorganic salts typically used, to form aqueous biphasic systems with ionic liquids. To this aim, the phase diagrams and respective compositions of the two phases in equilibrium for ternary systems consisting of several ionic liquids, water, and polysaccharides were determined at 298 K. By the combination of different families of ionic liquids, achieved by a representative variety of cations and anions, with dextrans and maltodextrins, it was possible to infer on the effect of the IL structural characteristics, as well as on the polysaccharides molecular weight through the formation ability of aqueous two-phase systems. Finally, and to ascertain on the potential application of these new systems such as extraction techniques, some of them were also used and evaluated regarding their aptitude to extract amino acids. The use of polysaccharides, namely dextran and maltodextrin, as salting-out molecules to form aqueous biphasic systems with ionic liquids was the main focus of this work. It was demonstrated here, for the first time, that a new class of aqueous biphasic systems composed of ionic liquids and polysaccharides can be formed while contributing to the development of more efficient and sustainable separation and purification techniques. These systems can be also seen as promising routes in the improvement of biotechnological processes which increasingly tend to be decisive in industry.

No âmbito da procura de processos de separação mais biocompatíveis e amigos do ambiente, os sistemas aquosos bifásicos com líquidos iónicos constituem uma abordagem alternativa e vantajosa para a extração e purificação das mais diversas biomoléculas. Neste trabalho pretendeu-se estudar especificamente a capacidade de polissacarídeos, como uma alternativa mais benigna face aos sais normalmente utilizados, para formar sistemas aquosos bifásicos com líquidos iónicos. Para tal, determinaram-se os diagramas de fase e composições das duas fases em equilíbrio para diversos sistemas ternários formados por líquidos iónicos, água e polissacarídeos a 298 K. O estudo destes novos sistemas, combinando diferentes famílias de líquidos iónicos representados por uma variedade alargada de catiões e aniões, com dextranas e maltodextrinas, permitiu avaliar o efeito das características estruturais dos líquidos iónicos, bem como da massa molecular dos polissacarídeos, na capacidade de formação de sistemas de duas fases aquosas. Por fim, e para suportar a sua aplicação como novas técnicas de extração, alguns destes sistemas foram também avaliados no que respeita à sua capacidade para extrair aminoácidos. A utilização de polissacarídeos, nomeadamente de dextrano e maltodextrina, enquanto moléculas indutoras de salting-out para formar sistemas aquosos bifásicos com líquidos iónicos, constituiu o foco principal deste trabalho. Pela primeira vez foi mostrado que existe uma nova classe de sistemas aquosos bifásicos constituídos por líquidos iónicos e polissacarídeos contribuindo assim para o desenvolvimento de técnicas de separação e purificação de uma forma mais eficiente, sustentável e ecológica. Estes sistemas poderão ainda ser vistos como vias promissoras no melhoramento de processos biotecnológicos que tendem a ser cada vez mais decisivos na indústria.