Processos Bioquímicos Produção de Ácidos Profa: Denise Godoy E-mail: [email protected]...

Processos BioquímicosProdução de Ácidos

Profa: Denise GodoyE-mail: [email protected]

Universidade do Estado do Rio de JaneiroFaculdade de Tecnologia

Campus Regional de Resende

Departamento de Química e Ambiental

Ácido Cítrico

1) Introdução:

- A fermentação cítrica é uma fermentação aeróbica realizada por um bolor que tem por objetivo a produção do ácido cítricoácido cítrico.

- Antigamente, o ácido cítrico era obtido de frutas cítricas por meio de extração química. A partir de 1893, foi isolada a primeira linhagem de bolor que produz o ácido cítrico, o Aspergillus niger.

Processos Superfície

Profundidade (1930 – 7% a 9% ác. cítrico

Fermentação cítrica

C - CH2 - C - CH2 - C

OH OH

O O

OH

COOH

2) Utilização:

O ácido cítrico, bem como o ácido láctico, pode ser usado em acidificação de alimentos – conservantes. Além disso, pode ser aplicado:

- como agente sequestrante, captando O2;

- como flavorizante;

- como antioxidante, associado à vitamina C;

- na indústria farmacêutica(ác. cítrico + NaHCO3 CO2);

- na indústria de cosméticos – ajuste de pH em cremes e xampus;

- na indústria de metais galvanizados;

- na indústria têxtil e de cortume.


3) Agentes Produtores:

Os m-os produtores são os fungos do gênero Aspergillus (bolor), aeróbio estrito (processo em superfície). Uma vez utilizado o processo em profundidade (submerso) há necessidade de aeração e homogeinização.

Aspergillus niger (esporo preto)

Bolores Aspergillus wentie (verde)

O Aspergillus niger ao wentie alta conversão e estabilidade, além de ser melhor produtor do ácido cítrico.

Características:

- heterotróficos para C

- hetero-autróficos para N


(cont.)

- como fonte de S utilizar os sulfatos

- são aeróbios estritos

A conservação do m-o é feita em areia estéril. Utiliza-se a liofilização (caro).

4) Bioquímica:

O ácido cítrico é um produto intermediário no ciclo de Krebs. Os íons ferrosos (Fe2

+) atuam na conversão de ácido cítrico em ácido isocítrico.

Aconitase + Fe2+ + ácido cítrico ácido isocítrico

Portanto, o meio de cultura deve estar preferencialmente ausente de Fe2

+. Mg2+Mn2

+ também devem estar ausentes.


(cont.)

Entretanto, as células inoculadas provenientes da aeração no fermentador vêm acompanhadas do íon Fe2

+, visto que, o objetivo era a produção de biomassa.

5) Matéria-prima:

-Melaço (sacarose).

Se houver íon Fe2+ deve-se promover a decationização ou

deve-se adicionar K4 [ Fe(CN)6], que seqüestra o Fe2+

-Açúcar cristal.

Não precisa pré-tratar, havendo somente a dissolução para deixá-lo na faixa de concentração adequada para o m.o.


6) Processo:

FermentativoFermentativo

6.1) Meio de cultura

100 – 200g/L sacarose (ideal: 140-150g/L)

Caso se tenha de trabalhar com uma concentração superior a 200g/L, chega-se a um máximo na produção de ácido cítrico, de modo que, o m-o não produza mais, diminuindo o rendimento e aumentando o tempo de produção.

Com matéria-prima amilácea, não há necessidade de sacarificação, uma vez que esses m-os degradam o amido.

É necessário adicionar nitrogênio (N) (NH4 NO3 – 2,0 g/L), Fósforo (P) (KH2PO4-1,0g/L), Enxofre (S) (Mg SO4 7H2 = 0,2g/L)


6) Processo: (cont.)


6.2) Condições de cultivo

- pH: 1,6 à 2,5 (pH< 3,0) – maior que 3,0 o ác.cítrico transforma-se em ác. Oxálico.

- Temperatura: 25 à 30°C (T.< 30°C).

- Tensão de O2: processo aeróbico.




6.3) Processo Koji

-Em bandejas

-Tempo: 5 a 8 dias


PreparopH 4 – 5

esterilizaçãoágua 70 – 80 %

Farelo de trigo(amido de batata)

Inoculação(30 – 36 C)Koji

(amilases e proteases)

Fermentação28 C

Bandejas3 a 5 cm de profundidade

5 a 8 dias

Extraçãoágua

Separação




6.4) Processo em superfície

- O m.o. cresce na superfície do meio de cultivo

- Tempo: 7 à 10 dias

Esporos colocados sobre a superfície do mosto [O2]

Mosto

Camada micelial, película

V = h aprox.1,22cmA

- relação V/A (volume do meio/área da bandeja)




6.5) Processo submerso

Matérias-primas: xarope de cana-de-açúcar, de glicose ou de sacarose Xarope de cana-de-açúcar: 30 a 35 % de açúcar invertido (frutose:glicose 1:1) Tratamento do substrato com ferrocianeto: remoção de ferro Processo descontínuo de fermentação

PreparopH 4,0 (inicial)

esterilizaçãoresfriamento 30 CFe ( 0,1 a 0,2 mg/l)

Fonte de carbonoÍons cobre, KH2SO4,

MgSO4.7H2O

Inoculação

FermentaçãoFermentadores

Aeração 0,5 a 1,15 vvm

Fluxo turbulento por trocadores de calor com camisa de vapor

Esporos de A. niger, cultivado em meio

sólido

Ácido Lático

Obtenção do Ácido Láctico

1) Introdução:

1870: Scheele descobriu que o ácido láctico era o principal componente do leite.

1874: Blondeau observou que o ácido láctico podia ser obtido por via fermentativa.

1877: Lister isolou o m.o. capaz de produzir o ácido láctico.

1881: Início da produção industrial (fermentação).

Fermentação lática

H3C – C – C

OH OH

O

Características do Ácido Láctico

- é um ácido fraco, porém confere uma certa acidez que persiste por um dado tempo;

- é um sólido cristalino de baixo ponto de fusão;

- possui um agradável sabor azedo;

- possui tendência a formar ésteres intermoleculares;

- é resistente ao calor;

- seus sais são altamente solúveis;

- miscível em água, álcool e éter;

- é higroscópico absorvedor de água;

- polimeriza-se com facilidade.


2) Agentes:

Bactérias do gênero Lactobacillus

Características do gênero:

- não patogênicas;

- não esporulam;

- são bastonetes, gram (+) (parede mais espessa de peptideoglicana) e imóveis;

- são microaeróficos (precisam de pequena quantidade de O2);

- são mesófilos e termófilos;

- existe preferência em se trabalhar com os termófilos, visto que a maioria dos contaminantes é mesófila;

- são exigentes e precisam de sais minerais em seu meio de cultura.

3) Tipos de fermentação/ processos:

Linhagens produtoras de ácido láctico:

- Bactérias homofermentadoras - degradam glicose através da via glicolítica.

L. delbrueckir (sacarose e glicose)

L. bulgaricus (glicose)

L. cosei

L. leishimanni (lactose)

Streptococus lactis


3) Tipos de fermentação/ processos: (cont.)


- Bactérias homofermentadoras

• São muito importantes e tem grande interesse na fabricação do ácido lático.

• Os primeiros estágios da via metabólica da fermentação lática são os mesmos da fermentação alcoólica, ou mais especificamente a via de Embden-Meyerhof ou via glicolítica.

• O intermediário importante para a formação do ácido lático é o ácido pirúvico. No final da via glicolítica, o ácido pirúvico, sob a ação da enzima lactato desidrogenase dá origem ao ácido lático.




-Bactérias heterofermentadoras – degradam glicose através da via oxidativa das pentoses fosfato.

L. acidophillus (yakult)

L. brevis

L. fermenti

Leuconostoc mesenteroides




-Bactérias heterofermentadoras

•A fermentação da glicose por essas bactérias resultam em vários produtos.

•Os compostos intermediários importantes na via heterofermentativa são o ácido piruvico e o aldeído acético.

O rendimento líquido em ATP: 2 moles / mol de glicose pela via homofermentativa e apenas 1 mol / mol de glicose pela via heterofermentativa.


4) Produção de ácido láctico como processo unitário:

- A lactose é utilizado como substrato desde 1936, mas pode, também, ser utilizado o soro de leite, que apresenta cerca de 5,0% em lactose.

- O leite desnatado ou as sobras podem ser utilizados, desde que se faça uma precipitação da caseína com o auxílio de um ácido mineral, ou mesmo do ácido lático, que será recuperado ao final do processo.

- Outra matéria-prima é o leitelho, que é o soro do leite das queijarias. Pode-se produzir, ainda, a partir da glicose do milho, melaço de cana, batatas.


5) Ácidos láticos encontrados no comércio:

- Ácido lático bruto, em concentrações de 24 e 80%;

- Ácido lático para plásticos, em concentrações de 50 e 80%;

- Ácido lático para fins farmacêuticos, grau USP, de 75 e 85%;

-Ácido lático para fins alimentícios, de 50 e 80%.

As normas são elaboradas de acordo com as exigências para cada caso. Assim sendo, especificam-se também a cor, o aroma, o sabor e o teor de cinzas.


6) A utilização do ácido lático:

• É usado em alimentos, em fermentações, produtos farmacêuticos, cosméticos e também na indústria química.

• Na alimentação, é usado como acidulante em produtos de confeitaria, na fabricação de extratos, essências, sucos de frutas, refrigerantes e outros. É empregado, ainda, na conservação de carnes, de vegetais e de pescado.

• Na indústria têxtil é usado como mordente para estampar a lã. Emprega-se, ainda, no preparo de couros e pele.


6) A utilização do ácido lático: (cont.)

• Na fabricação de plástico, utiliza-se o ácido lático transparente, de qualidade superior.

• Os derivados do ácido lático têm também muitas utilizações:

- Os lactatos são usados na indústria farmacêutica, de cosméticos e na alimentícia;

- Seus ésteres são de dois tipos: esterificados na hidroxila do carbono b-(CH3-CHOR-COOH) ou, então, na carboxila (CH3-CHOH-COOR), sendo que neste último, quando o radical possuir menos de quatro átomos de carbonos, os ésteres serão substâncias solúveis em água.


6) A utilização do ácido lático: (cont.)

• Os ésteres são usados principalmente na fabricação de tintas e vernizes, de plastificantes e também como solventes.


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