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TECNOLOGIA DA FERMENTAÇÃO FERMENTAÇÃO CÍTRICA 2 SUMÁRIO FERMENTAÇÃO CÍTRICA ..................................................................................................................... 4 PRODUÇÃO DE ÁCIDO CÍTRICO .......................................................................................................... 4 MICRORGANISMOS PRODUTORES DE ÁCIDO CÍTRICO ....................................................................... 5 MATÉRIAS-PRIMAS ............................................................................................................................ 6 PRODUÇÃO INDUSTRIAL DO ÁCIDO CÍTRICO ...................................................................................... 7 REFERÊNCIAS ..................................................................................................................................... 7 3 INTRODUÇÃO A fermentação cítrica é um processo utilizado para produção do ácido cítrico, um composto orgânico amplamente utilizado em indústrias alimentícias como acidulante e conservante. O ácido cítrico tem importância global, sendo utilizado nas indústrias do mundo. Nessa unidade de aprendizagem vamos conhecer mais sobre os métodos de produção do ácido cítrico, os microrganismos envolvidos na produção, as enzimas de conversão e as rotas metabólicas. Bons estudos! 4 FERMENTAÇÃO CÍTRICA O ácido cítrico é um dos produtos de fermentação mais produzidos no mundo. Ele é utilizado por indústrias farmacêuticas e alimentícias como acidulante e conservante, sendo o principal constituinte das frutas cítricas e um intermediário metabólico do nosso organismo, utilizado em grandes quantidades e sua produção em escala industrial teve o custo reduzido devido a produção por vias fermentativas. A descoberta da fermentação do ácido cítrico ocorreu em 1893 por um pesquisador chamado Wehmer, que observou a presença do ácido cítrico como subproduto do oxalato de cálcio produzido por Penicillium glaucum. PRODUÇÃO DE ÁCIDO CÍTRICO A produção de ácido cítrico ocorre no ciclo de Krebs ou no ciclo do ácido cítrico, como mostrado no diagrama da Figura 1. É um processo aeróbio, ou seja, dependente de oxigênio. O início é dado pela molécula de acetato que é oxidado a 2 moléculas de dióxido de carbono. Através de reações o acetato forma uma molécula de citrato. As enzimas responsáveis por catalisar as reações em fungos são a aconitase e isocitrato desidrogenase. Existem formas de controlar a produção através de inibidores e ativadores de reação, por exemplo, a adição de ferro (Fe2+) diminui o acúmulo de citrato e aumenta o acúmulo de isocitrato, pois aumenta a atividade da aconitase. Já o fluoroacetato inibe a aconitase e promove um acúmulo de citrato no meio. Figura 1. Estrutura química do ácido cítrico. 5 MICRORGANISMOS PRODUTORES DE ÁCIDO CÍTRICO O ácido cítrico é um produto primário do metabolismo, sendo assim ele não é facilmente excretável em grandes quantidades em condições naturais. Para que ocorra uma excreção, algumas alterações metabólicas devem ser feitas através de mutações genéticas nos microrganismos. Por isso somente alguns fungos e leveduras são capazes de produzir ácido cítrico em grandes quantidades. O fungo mais conhecido é o Aspergillus niger e algumas espécies de levedura do gênero Candida. A produção de ácido cítrico por Aspergillus niger ocorre em pH de 2 a 3, uma condição que favorece a produção devido ao controle de microrganismos contaminantes. As leveduras podem ser de fácil manipulação, apresentam maiores tolerâncias a altas concentrações de substrato, demonstram maior taxa de conversão do substrato em produto final Figura 2. Esquema do ciclo de Krebs onde é formado o ácido cítrico. Fonte: https://escolaeducacao.com.br/ciclo-de-krebs/ciclokrebs/ 6 e são facilmente controladas no processo por serem seres unicelulares. Na tabela abaixo podemos observar os microrganismos produtores de ácido cítrico: Tabela 1. Microrganismos produtores de ácido cítrico em escala industrial. Fonte: (GREWAL & KALRA, 1995) Fungos Leveduras Bactérias Aspergillus niger Candida lipolytica Bacillus lincheniformis Aspergillus wentii Candida tropicalis Arthrobacter paraffinens Aspergillus carbonarius Cândida oleophila Corynebacterium ssp. Aspergillus aculeatus Candida guilliermondii Aspergillus awamori Candida citroformans Penicillium janthinellum Hansenula anamola MATÉRIAS-PRIMAS Para a produção comercial do ácido cítrico, diversas fontes de carboidratos têm sido usadas, como féculas de tubérculos, melaços, cascas de frutas etc. O melaço de beterraba tem se mostrado o mais eficiente no rendimento da produção de ácido cítrico quando comparado ao melaço de cana, que pode apresentar traços de metais em sua composição que retardam a produção. Quando se utiliza leveduras para a fermentação os carboidratos mais utilizados são a glicose, acetato, álcoois, ácidos graxos e óleos naturais. 7 PRODUÇÃO INDUSTRIAL DO ÁCIDO CÍTRICO O processo mais utilizado é o processo submerso, onde o mosto contendo os nutrientes necessários para o crescimento do microrganismo, são colocados em um tanque fermentador com oxigenação, pH e temperatura controlados. Nesse processo o micélio do fungo fica submerso e disperso em toda fase líquida do mosto. Os substratos podem ser melaços anteriormente citados, sacarose e glicose. O fungo metaboliza a glicose, que vai passar pela via glicolítica até chegar no ciclo de Krebs, onde o ácido é produzido e a fermentação pode ser interrompida pela adição de inibidores das enzimas conversoras do ácido cítrico. Geralmente as indústrias produzem na forma de batelada em tanques com agitação. Existem processos que utilizam a fermentação de superfície, mas esse tipo de processo não atende as altas demandas das indústrias. O ácido cítrico é mais um dos subprodutos da fermentação da glicose que apresenta grande importância econômica para o mundo, movendo indústrias farmacêuticas, alimentícias e sanitizantes. REFERÊNCIAS AQUARONE, E.; LIMA U.A.; BORZANI, W. Alimentos e bebidas produzidos por fermentação. São Paulo: Edgard Blücher, 2001 CRUZ, A. G., OLIVEIRA, C. A. F. Química, Bioquímica, Análise Sensorial e Nutrição no Processamento de Leite e Derivados. São Paulo: Elsevier, 2016. DAMODARAN, S.; PARKIN, K. L. Química de Alimentos de Fennema. Porto Alegre: Artmed, 22019. (Recurso online). TORTORA, G. J.; FUNKE, B. R.; CASE, C. C. Microbiologia. 8ª ed. São Paulo: Artmed, 2005. (Recurso online).
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