Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Faculdade de Tecnologia
Campus Regional de Resende
Departamento de Química e Ambiental
Processos Bioquímicos
Produção de Ácidos
Profa: Denise Godoy
E-mail: [email protected]
Ácido Cítrico
Fermentação cítrica
1) Introdução:
-
A fermentação cítrica é uma fermentação aeróbica
realizada por um bolor que tem por objetivo a produção do
ácido cítrico.
COOH
O
O
C - CH2 - C - CH2 - C
OH
OH
OH
-
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
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.
Fermentação cítrica
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
Fermentação cítrica
(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 (Fe +) atuam na conversão de ácido
cítrico em ácido isocítrico.
2
Aconitase + Fe + + ácido cítrico
2
ácido isocítrico
Portanto, o meio de cultura deve estar preferencialmente ausente
de Fe +. Mg +Mn + também devem estar ausentes.
2
2
2
Fermentação cítrica
(cont.)
Entretanto, as células inoculadas provenientes da aeração
no fermentador vêm acompanhadas do íon Fe +, visto que, o
objetivo era a produção de biomassa.
2
5) Matéria-prima:
-Melaço (sacarose).
Se houver íon Fe + deve-se promover a decationização ou
deve-se adicionar K4 [ Fe(CN)6], que seqüestra o Fe +
2
2
-Açúcar cristal.
Não precisa pré-tratar, havendo somente a dissolução
para deixá-lo na faixa de concentração adequada para o m.o.
Fermentação cítrica
6) Processo:
Fermentativo
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)
Fermentação cítrica
6) Processo: (cont.)
Fermentativo
6.2) Condições de cultivo
- pH: 1,6 à 2,5 (pH< 3,0) – maior que 3,0 o ác.cítrico transformase em ác. Oxálico.
- Temperatura: 25 à 30°C (T.< 30°C).
- Tensão de O2: processo aeróbico.
Fermentação cítrica
6) Processo: (cont.)
Fermentativo
6.3) Processo Koji
-Em bandejas
-Tempo: 5 a 8 dias
Farelo de trigo
(amido de batata)
Koji
(amilases e proteases)
Preparo
pH 4 – 5
esterilização
água 70 – 80 %
Inoculação
(30 – 36 C)
Fermentação
28 C
Bandejas
3 a 5 cm de profundidade
5 a 8 dias
Extração
água
Separação
Fermentação cítrica
6) Processo: (cont.)
Fermentativo
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]
- relação V/A
(volume do
meio/área da
bandeja)
Camada micelial,
película
Mosto
V = h aprox.1,22cm
A
Fermentação cítrica
6) Processo: (cont.)
Fermentativo
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
Fonte de carbono
Íons cobre,
KH2SO4,
MgSO4.7H2O
Esporos de A. niger,
cultivado em meio
sólido
Preparo
pH 4,0 (inicial)
esterilização
resfriamento 30 C
Fe ( 0,1 a 0,2 mg/l)
Inoculação
Fermentação
Fermentadores
Aeração 0,5 a 1,15 vvm
Fluxo turbulento
por trocadores de
calor com camisa
de vapor
Ácido Lático
Fermentação lática
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).
O
H3C – C – C
OH
OH
Fermentação lática
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.
Fermentação lática
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
Streptococus lactis
(lactose)
Fermentação lática
3) Tipos de fermentação/ processos: (cont.)
Linhagens produtoras de ácido láctico:
- 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.
Fermentação lática
3) Tipos de fermentação/ processos: (cont.)
Linhagens produtoras de ácido láctico:
-Bactérias heterofermentadoras – degradam glicose através da via
oxidativa das pentoses fosfato.
L. acidophillus (yakult)
L. brevis
L. fermenti
Leuconostoc mesenteroides
Fermentação lática
3) Tipos de fermentação/ processos: (cont.)
Linhagens produtoras de ácido láctico:
-Bactérias heterofermentadoras
•A fermentação da glicose por essas bactérias resultam em vários
produtos.
•Os
compostos
intermediários
importantes
na
heterofermentativa são o ácido piruvico e o aldeído acético.
via
O rendimento líquido em ATP: 2 moles / mol de glicose pela via
homofermentativa e apenas 1 mol / mol de glicose pela via
heterofermentativa.
Fermentação lática
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.
Fermentação lática
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.
Fermentação lática
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.
Fermentação lática
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 (CH3CHOH-COOR), sendo que neste último, quando o radical possuir
menos de quatro átomos de carbonos, os ésteres serão substâncias
solúveis em água.
Fermentação lática
6) A utilização do ácido lático: (cont.)
• Os ésteres são usados principalmente na fabricação de tintas e
vernizes, de plastificantes e também como solventes.