DISCIPLINA: BIOQUÍMICA INDUSTRIAL
LUCIANA S. GULHOTE RA:270245JAQUELINE PIRES RUIZ RA: 283479WANIA AP. CHRISTINELLI RA:270288
YARA MARTINS RA:283444
Produção de Ácido Láctico
Novembro 2009
Prof. Patrícia
Introdução
Primeiro ácido orgânico a ser fabricado industrialmente por fermentação em 1880
Atualmente, é produzido, principalmente, a partir de glicose de milho, melaços, soro e de queijos.
Subproduto "tóxico" gerado no decorrer do ciclo de ressíntese do ATP no organismo
Características
Apresenta Isomeria Óptica D-ácido lático e L-ácido lático (atividade
fisiológica)
Aplicações
Como acidulante em produtos alimentícios
Na forma de lactatos são usados na indústria farmacêutica e de cosméticos
Fabricação de polímeros (biodegradáveis, termoplásticos e transparentes)
Aplicações- Alimentos
Usado como acidulante
Fabricação de extratos, essências, sucos de frutas, e refrigerantes
É empregado, ainda, na conservação de carnes, de vegetais e de peixe
Aplicações-Polímeros
São biodegradáveis e termoplásticos
Transparentes e sua decomposição pode ser ajustada pela composição e peso molecular
Apresentam propriedades semelhantes aos derivados de petróleo
Aplicações-Polímeros
MedicinaUsado em suturas e implantes ortopédicos Polímeros bioreabsorvíveis: requererem um menor
tempo para sua completa degradação, implicando menor probabilidade de reações adversas.
São metabolizados e posteriormente eliminado na forma de CO2 e H2O
Síntese de poli (L-ácido láctico-co-ácido glicólico), (PLGA)
Aplicações- Polímeros
Indústria de Alimentos
Obtenção de vegetais fermentados: pickles, azeitonas, forragem para gado.
Leuconostoc, Streptococcus lactis, S. diacetilactis e L. cremoris: são usados como fontes de flavorizantes na indústria de lacticínios e são responsáveis pelas diferentes características conferidas à manteiga, queijos e iogurtes (produçãode diacetil)
Indústria de Alimentos: Aspectos Negativos
Produção de acidez e aromas indesejáveis (diacetil) em: vinhos, sucos, cervejas e outras bebidas destiladas (Pediococcus perniciosus e P. damnosus, encontrados na cerveja)
Síntese de biopolímeros por Leuconostoc mesenteroides, consome sacarose na indústria açucareira, reduzindo o rendimento e provocando o entupimento de filtros, bombas e tubulações
Obtenção do Ácido Lático
Síntese Química
Fermentação
Obtenção
Síntese Química
Obtenção: Síntese Química
Adição de ácido cianídricoCH3CHO + HCN CH3CHOHCN (Lactonitrila)Hidrólise por ácido súlfuricoCH3CHOHCN + H2O + ½ H2SO4
CH3CHOHCOOH (Ác. Lático) + ½ (NH4)2SO4 Esterificação CH3CHOHCOOH + CH3OH CH3CHOHCOOCH3 (Metil Lactato) + H2OHidrólise por águaCH3CHOHCOOCH3 + H2O CH3CHOHCOOH + CH3OH
Obtenção
Fermentação
Fermentação
DEFINIÇÃOFermentação láctica é o processo metabólico no
qual carboidratos e compostos relacionados são parcialmente oxidados, resultando em liberação de energia e compostos orgânicos, principalmente ácido láctico
Matérias primas empregadas na fermentação
Soro de queijoMelaçoGlicose de milho Resíduos da indústria de papel e polpa de
celuloseSubstratos: glicose, lactose, sacaroseamiláceos (milho, batata e mandioca) - pré-
hidrólise enzimática
Obtenção: Fermentação
Bactérias Ácido Lácticas Anaeróbias aero tolerante que crescem prontamente
na superfície de um meio sólido exposto ao ar
Podem ser classificada em dois tipos, de acordo com a quantidade de produtos orgânicos formados:
HOMOLÁCTICA
HETEROLÁCTICA
Bactérias e Produtos Formados
1. Bactérias Homolácticas : Produzem somente ácido láctico como produto da fermentação
Rendimento: 2 mol ATP/mol de glicoseGêneros :Pediococcus, Streptococcus, Lactococcus
e Vagococcus, assim como alguns Lactobacillus, e são muito importantes para a formação de acidez em laticínios.
Bactérias e Produtos Formados
2. Bactérias Heterolácticas :Produzem vários produtos na fermentação(lactato, dióxido de carbono e etanol )
São mais importantes do que as homolácticas
na produção de componentes de aroma e sabor, tais como o acetilaldeído e o diacetil
Rendimento energético: 1 mol ATP / mol de glicose
Bactérias e Produtos Formados
Heterofermentadores são Leuconostoc, Oenococcus, Weissela, Carnobacterium, Lactosphaera e alguns Lactobacillus.
Formação de diacetil a partir de citrato na indústria de alimentos é fundamental para a formação de odor
Exemplo: na fabricação de manteiga.
FASES
A fermentação láctica, assim como a alcoólica, realiza-se em duas fases:
1-GLICÓLISE
2-FERMENTAÇÃO LÁCTICA
Fases da Fermentação
Glicólise-Ocorre em 2 estágios-No total, possui um rendimento de 2 ATP por
molécula de glicose
Reação GlobalGlicose + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi → 2 Piruvato
+ 2 NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O
Fases da Fermentação
Fermentação Láctica Após a glicólise, a redução do piruvato é catalisada
pela enzima lactato-desidrogenase. O equilíbrio global dessa reação favorece fortemente a formação de lactato
Principais Microorganismos Empregados Industrialmente
- Para a produção do ácido lático, são as bactérias homoláticas do gênero Lactobacillus e Streptococcus.
- A espécie escolhida depende do carboidrato disponível e da temperatura a ser empregada:
o Lactobacillus delbrueckii: temperatura na faixa de 45 - 50°C;
o Streptococcus lactis: temperatura ao redor de 30°C;
Lactobacillus delbrueckii Streptococcus lactis
Meio Fermentativo
o Principais substratos: glicose, lactose e sacarose.
o Podem ser obtidos também a partir de soro do queijo, melaço, glicose de milho e de resíduos das indústrias de papel e polpa de celulose.
o A concentração de açúcares é ajustada na faixa de 5 a 20% de acordo com o microrganismo e a matéria-prima.
Queijo
Bactérias: lactobacillus, Streptococcus, em culturas puras ou mistas.
Produzem ácido láctico e outras substâncias que contribuem para o aroma, para O aumento da acidez que provoca a coagulação das proteínas do leite.
Iogurte
O catabolismo da lactose pelo Streptococcus thermophilus e Lactobacillus resulta principalmente na produção de ácido láctico
Equação: C12H22O11 + H2O --> 4 C3H6O3 lactose ácido láctico
Tempo de Fermentação
o A fermentação se completa média é de 5 a 7 dias
o A média é de 85 a 90% em relação ao açúcar consumido (fermentado).
Controle de Fermentação
Microbiológico:
Químico: Açúcar( inicial e final), acidez, peso de produto obtido (lactato)
Processo Industrial
Processo: FASE LABORATORIAL
Preparação do “PÉ DE CUBA”.Inocula-se o mosto com uma cultura pura.Feita em um meio estéril.Incubação: 24h a 43°C ou 30°C
Processo: FASE INDUSTRIAL
Tanque germinador: mesmas características da dorna industrial, porém menor.
Os tanques de fermentação são construídos em madeira ou em aço inoxidável.
No fundo do tanque, existe um tubo perfurado que permite a injeção de vapor direto para aquecer e/ou regular a temperatura.
Manter 43°C durante as 42h do processo
Os tanques devem ser limpos a cada fermentação.
Processo: FASE INDUSTRIAL
• A cada 6 h, coloca-se uma suspensão de hidróxido de cálcio para o controle de pH (acidez < 0,6%).
• pH mais favorável entre 5,0 e 5,8: Controla o crescimento de microrganismos contaminantes.
• Ao final do processo a concentração de açúcares está por volta de 0,2%.
Processo: FASE INDUSTRIAL
• Para a separação do Ácido Lático, eleva-se o pH até 12, usando-se lixívia de cálcio;
• Fermentação e Neutralização C6H12O6 + Ca(OH)2 (2CH3CHOHCOO-)Ca2+ +
2H2O
• O lactato de cálcio obtido é precipitado é separado por filtração;
Processo: FASE INDUSTRIAL
• O ácido lático é recuperado por separação com ácido sulfúrico;
• Hidrólise por H2SO4 2(CH3CHOHCOO-)Ca2+ + H2SO4 2CH3CHOHCOOH +
CaSO4
• Pode-se adicionar carvão adsorvente, para melhorar a cor do produto .
Processo: FASE INDUSTRIAL
O ácido lático separado é posto para reagir com lixívia de cálcio.
Recuperação: filtra-se o lactato de cálcio, lava-se e concentra-se.
• Pode-se adicionar carvão adsorvente, para melhorar a cor do produto .
Processo: FASE INDUSTRIAL
Processo: FASE INDUSTRIAL
Recuperação e purificação
3 processos alternativos Extração Troca ionica esterificaçãp
Processo: FASE INDUSTRIAL
EXTRAÇÃO COM SOLVENTE ÁCIDO LÁTICO
Obtenção de ácido lático a 50% e 80%Usado para fins alimentícios
Processo: FASE INDUSTRIAL
COLUNA DE CONCENTRADOR ÁCIDO LÁTICO
TROCA IONICA
Concentração de 50% e 80%Utilizado para plásticos
Processo: FASE INDUSTRIAL
Processo: FASE INDUSTRIAL
ESTERIFICAÇÃO DESTILAÇÃO HIDRÓLISE
Obtenção de Ácido lático grau USP, 75% e 85%
Processo: FASE INDUSTRIAL
Esterificação CH3CHOHCOOH + CH3OH CH3CHOHCOOCH3
+ H2O
Hidrólise por H2O
CH3CHOHCOOCH3 + H2O CH3CHOHCOOH + CH3OH
Fermentação Extrativa
A produtividade e o rendimento podem ser aumentados com a retirada do ácido lático do meio reacional:
Fermentação Extrativa:rendimento = 0,99 g/L produtividade =
1,67 g/L/h
Batelada Convencional:rendimento = 0,83 g/L produtividade =
0,31 g/L/h
Referências
LIMA, U. A.; AQUARONE, E.; BORZANI,W. Biotecnologia: Tecnologia das fermentações. V.1, Editora Edgard Blucher Ltda., São Paulo, 1975, 286p.
ROITMAN, I.; TRAVASSOS, L. R.; AZEVEDO, J. L. Tratado de microbiologia. V.1, Editora Manole Ltda., São Paulo, 1988, 186p.
http://www.unicamp.br/fea/lsfm/cursos/ta918_13.html
Top Related