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Page 1: Produção ácido lático

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

Page 2: Produção ácido lático

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

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Características

Apresenta Isomeria Óptica D-ácido lático e L-ácido lático (atividade

fisiológica)

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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)

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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

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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

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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)

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Aplicações- Polímeros

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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)

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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

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Obtenção do Ácido Lático

Síntese Química

Fermentação

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Obtenção

Síntese Química

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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

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Obtenção

Fermentação

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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

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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

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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

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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.

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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

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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.

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FASES

A fermentação láctica, assim como a alcoólica, realiza-se em duas fases:

1-GLICÓLISE

2-FERMENTAÇÃO LÁCTICA

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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

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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

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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;

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Lactobacillus delbrueckii Streptococcus lactis

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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.

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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.

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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

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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).

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Controle de Fermentação

Microbiológico:

Químico: Açúcar( inicial e final), acidez, peso de produto obtido (lactato)

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Processo Industrial

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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

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Processo: FASE INDUSTRIAL

Tanque germinador: mesmas características da dorna industrial, porém menor.

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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

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• 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

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• 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

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• 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

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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

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Processo: FASE INDUSTRIAL

Recuperação e purificação

3 processos alternativos Extração Troca ionica esterificaçãp

Processo: FASE INDUSTRIAL

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EXTRAÇÃO COM SOLVENTE ÁCIDO LÁTICO

Obtenção de ácido lático a 50% e 80%Usado para fins alimentícios

Processo: FASE INDUSTRIAL

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COLUNA DE CONCENTRADOR ÁCIDO LÁTICO

TROCA IONICA

Concentração de 50% e 80%Utilizado para plásticos

Processo: FASE INDUSTRIAL

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Processo: FASE INDUSTRIAL

ESTERIFICAÇÃO DESTILAÇÃO HIDRÓLISE

Obtenção de Ácido lático grau USP, 75% e 85%

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Processo: FASE INDUSTRIAL

Esterificação  CH3CHOHCOOH + CH3OH CH3CHOHCOOCH3

+ H2O

Hidrólise por H2O

CH3CHOHCOOCH3 + H2O CH3CHOHCOOH + CH3OH

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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

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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


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