Processos Bioquímicos 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: denisegodoy@uerj.br

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. 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 COOH O O C - CH2 - C - CH2 - C OH OH OH

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 (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.

Fermentação cítrica (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.

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 transforma-se 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

(amilases e proteases) Preparo pH 4 – 5 esterilização água 70 – 80 % Farelo de trigo (amido de batata) Inoculação (30 – 36 C) Koji (amilases e proteases) 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] Camada micelial, película - relação V/A (volume do meio/área da bandeja) 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

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) Fonte de carbono Íons cobre, KH2SO4, MgSO4.7H2O Inoculação Fermentação Fermentadores 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

Fermentação lática Obtenção do Ácido Láctico 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 (lactose) Streptococus lactis

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 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.

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 (CH3-CHOH-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.