Ácido glucônico e glucono-δ-lactona

Apresentação em tema: "Ácido glucônico e glucono-δ-lactona"— Transcrição da apresentação:

1 Ácido glucônico e glucono-δ-lactona
D-glucono-δ-lactona e sua forma ácida são os produtos mais simples da desidrogenação da D-glicose. Alsburg (1911) – produção do ácido em cultura de Pseudomonas savastanoi (parasita de oliveiras). Molliard (1922) – 2 formas em A. niger.

2 Microorganismos Fermentação submersa (EUA fúngica).
Fungos dos gêneros Aspergillus e Penicillium. Bactérias dos gêneros Pseudomonas, Víbrio e Gluconobacter. Mais usados: A. niger larga escala, Gluconobacter suboxydans para a produção de glucono-δ-lactona para uso em panificação e produtos efervescentes.

3 Usos e importância comercial
Gluconato de cálcio: fonte preferencial de cálcio para tratamentos de deficiências devido a dietas ou gravidez. Gluconato sódico: agente seqüestrante em soluções neutras e alcalinas, lavagem de vasilhames retornáveis e detergentes, adicionado ao cimento para conferir maior dureza e resistência a água.

4 Usos (cont.) Ácido glucônico (sol 50% em peso): polimento em metais e acidulante em alimentos. Glucono-δ-lactona: panificação e alimentos como acidulante.

5 Fermentação do gluconato de cálcio
Solubilidade do gluconato de cálcio em água a 30ºC é de 4%. Meio de cultura – glicose inicial 13 a 15%. Fonte de cálcio esterilizada separada da glicose – altera a conformação. Fermentação lenta em pH 5,5 e >7 quase instantânea.

6 Agente neutralizador Suspensão de carbonato de cálcio.
Deve ser adicionada aos poucos e em intervalos após a inoculação. Se for adicionado antes da germinação esta não ocorre e se o meio ficar alcalino o micélio morre. Deve ser postergada até a formação de glucono-δ-lactona qsp tamponar a solução

7 Mosto Deve ser composto por D-glicose, diversos sais inorgânicos e água de milho, subproduto da extração do amido do milho Água de milho: fonte de nitrogênio (aminoácidos), vitaminas, ácido lático, e pequenas quantidades de açúcares redutores e polissacarídeos Pressão (2atm) diminui o tempo do processo

8 Separação do produto Filtragem: separação do micélio e outros sólidos em suspensão. Tratamento com carvão ativado para descoloração e nova filtragem. Evaporação para 15 a 20% de concentração de gluconato e resfriamento (pouco acima de 0ºC) para recristalização Centrifugação em centrífuga de cesto perfurado e lavagem com água fria.

9 Fermentação do gluconato de sódio
Muito mais solúvel que o de cálcio. Adição de NaOH automaticamente controlada, neutralizar o ácido assim que se forma. pH após a inoculação não seja inferior a 6,5. Turbomisturador para fluxo de ar (oxigenação do meio) Pressão ~2atm e refrigeração com água

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11 Esterilização feita pela passagem direta de vapor, pela camisa (se houver) ou pela passagem do mosto por um trocador de calor. Conversão completa de 300 g/L de glicose leva 36 horas (esporos germinados A. niger)

12 Separação do produto Filtragem do caldo fermentado.
Concentração a 42-45%. Ajuste do pH para 7,5 com NaOH. Secagem em secador de tambor Produto mais refinado: filtragem com carvão ativado antes da secagem ou depois com posterior recristalização

13 Fermentação do glucono-δ-lactona
Meio com 10% de glicose (água de milho, tb fornece outros nutrientes). Duração 3 dias, sem controle de pH. Rendimento: 40% de glucono-δ-lactona, no entanto o ácido livre pode ser convertido no processo de separação. A. niger, várias espécies de Penicillium e Gluconobacter.

14 Separação do produto Pode ser separado como lactonas ou obtido como ácido glucônico livre. Cristalização de soluções supersaturadas abaixo de 30ºC (~0ºC): formação de cristais de ácido livre. De 30ºC a 70ºC: cristais de glucono-δ-lactona

15 Solução de ácido glucônico livre
Padrão 50%: tratamento de soluções de gluconato de cálcio com ácido sulfúrico. Aquecimento e precipitação do sulfato de cálcio, filtração e concentração do filtrado, até ~50%. Tratamento com carvão ativado, se estiverem presentes açúcares residuais e polissacarídeos.

16 Ácido láctico Primeiro ácido orgânico produzido industrialmente por fermentação. Vários microorganismos produtores: bactérias (lactobacilos), algas e fungos (Rhizopus oryzae). Hidrolise de lactonitrila Extremamente corrosivo (fermentadores eram de madeira).

17 Histórico - O ácido lático é o nome comum do ácido 2-OH propiônico (CH3-CHOH-COOH), reconhecido como um componente dos leites ácidos. - O farmacêutico Schelle, em 1780, descobriu sua estrutura, isolou-o e identificou-o como sendo o principal constituinte do leite ácido. - O pesquisador Blandeau, em 1847, identificou-o como um produto de fermentação. - Para Pasteur, o ácido lático foi um dos primeiros problemas microbiológicos. - O primeiro a isolar os microrganismos, como cultura pura, foi Lister, em 1877, e a cepa isolada foi de Streptococcus lactis.

18 Histórico (cont.) - Nesta época, Delbruek verificou que temperaturas relativamente altas eram favoráveis à produção do ácido. - A produção industrial do ácido lático passou a ter maior importância após 1881. - Atualmente, é produzido, principalmente, a partir de glicose de milho, melaços e soro de queijos. - O ácido lático, obtido por fermentação, normalmente é sob forma racêmica, existindo, no entanto Lactobacillus que produzem formas opticamente ativas.

19 Microorganismos usados industrialmente
Para a produção do ácido lático, são usadas as bactérias homoláticas do gênero Lactobacillus e Streptococcus. A espécie escolhida depende do carboidrato disponível e da temperatura a ser empregada: - Lactobacillus delbrueckii, L. bulgaricus: temperatura na faixa de °C; - L. casei e Streptococcus lactis: temperatura ao redor de 30°c; - L. pentosis, L. leishmanii: temperatura acima de 30°C. É conveniente para cada caso, estudar a temperatura mais conveniente.

20 Mosto e fermentação Amido hidrolisado ou xarope de dextrose. (D-glicose, maltose, lactose e sacarose) Concentração não deve exceder 12% (lactato de sódio cristaliza no fermentador, difícil de mexer), vegetais crus (vitamina B) e carbonato de cálcio. Agitação lenta (carbonato em suspensão), não é necessária aeração.

21 Duração: 5 a 10 dias processos não controlados.
pH 6,3 a 6,5: neutralização contínua com hidróxido de cálcio, fermentação completa em 72 horas. Açúcar residual interfere na separação, deve ser reduzido para menos de 0,1%. Rendimento da fermentação 93 a 95% em massa de glicose fornecida.

22 Separação do produto Filtração (remoção dos sólidos e bactérias), pode ser necessária filtração adicional. Grau técnico: cálcio precipitado como CaSO4.2H2O e separado por filtração. Recuperação do ácido por evaporação.

23 Uso alimentício (sol. 50%)
Fermentação em meio com alta concentração de açúcar e mínima de proteína. O cálcio é precipitado como CaSO4.2H2O e lavado. O filtrado e a água de lavagem são juntados. Descolorida por carvão ativado e concentrada por evaporação (no mínimo 3x)

24 Se necessário, precipitação de íons ferro ou cobre com ferrocianeto e filtração.
Produto final incolor. Alternativa: evaporação do filtrado do caldo fermentado, separação do lactato de cálcio, lavagem em centrífuga e decomposição com ácido sulfúrico.

25 Fabricação de plásticos
O produto incolor pode ser obtido por esterificação com metanol, depois do caldo fermentado ser filtrado e concentrado.

26 Ácidos láticos no comercio
- Ácido lático bruto, em concentrações de 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%.

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

28 Usos (cont.) 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. Os ésteres são usados principalmente na fabricação de tintas e vernizes, de plastificantes e também como solventes.