ÁCIDO LÁTICO - ENZIMO

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

PRODUÇÃO DO ÁCIDO LÁTICO
JOSÉ WALTER | RAUL LUCENA
RODRIGO MENDES | SUZANA MARJORIE
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO – UFERSA
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS ANIMAIS
BACHARELADO EM BIOTECNOLOGIA
DISCIPLINA: ENZIMOLOGIA
histórico
- Químico e farmacêutico
- Stralsund / Pomerânia
"Gás Cloro" e 1º preparo de hipocloritos de sódio e cálcio (águas de lavadeira e cloro de piscina)
Cloro: inglês Humphry Davy
Bário: separou a Barita - Humphry Davy
Molibdênio: deu para seu amigo Peter Jacob Hjelm, pois necessitava de uma temperatura elevada
Oxigênio e oxidação: experimentos em 1771 e 1773, antes Priestley e Lavoisier. 
Manganês, tungstênio, ácido nítrico, glicerol, ácido prússico, ...
FONTE: explicatorium.com/biografias/carl-sheele
Carl Wilhelm 
Scheele (1742 - 1786)
características
C3H6O3
Ponto de fusão: 18°C (racêmico) ; 
Ponto de ebulição: 122°C (racêmico)
 Altamente corrosivo
IUPAC: Ácido 2-hidroxipropanóico
Foi o primeiro ácido orgânico produzido industrialmente por fermentação 
FONTE: brasilescola.com.br
Principais formas de utilização
Acidulantes em produtos alimentícios; 
Removedor de sais de cálcio;
Matéria-prima em síntese orgânicas (fabricação de tintas e vernizes);
Em forma de lactato aplicados em indústria farmacêuticas e cosméticos;
Fabricação de polímeros (biodegradáveis, termoplásticos e transparentes);
abordagem em biotecnologia
Peeling
Objetivo: pelar, soltar, ou descascar a pele para a renovar.
 “queimadura” “cicatrização”
Acne, rugas, alterações pigmen-tárias epidérmicas, cicatrizes pós-acneicas, hiperpigmentação.
Ácido lático
Concentração de 30%
Indicado para peles foto-envelhecidas.
FONTE: mercadolibre.com.es
abordagem em biotecnologia
Geração de energia para smartphones
Conversão de suor em eletricidade, alimentando baterias.
Tatuagem com eletrodos
70 microwatts por cm² de pele
Aumento de ácido lático devido a atividades físicas
Enzima do eletrodo puxa os elétrons do ácido lático, os tornando úteis para baterias
FONTE: techtudo.com.br
Produção do ácido lático
Fermentação
Em condições de anaerobiose o glicogênio armazenado nos músculos dos animais pode ser decomposto em glicose. Este processo é denominado glicólise, no qual cada molécula de glicose é convertida em duas moléculas de ácido pirúvico. Normalmente o ácido pirúvico passa às mitocôndrias das células musculares, reage com o oxigênio para formar muitas moléculas de adenosina trifosfato (ATP). Quando o oxigênio é insuficiente para que ocorra a etapa oxidativa do metabolismo da glicose, a maior parte do ácido pirúvico é convertido em ácido lático (GUYTON e HALL, 1998). 
7
Métodos de produção 
SÍNTESE QUÍMICA
Hoje estão obtendo mais acido láctico por hidrolise da lactonitrila, um subproduto de um processo.
8
Métodos de produção 
 FERMENTAÇÃO
Bactérias
Láticas
Princípio Geral fermentação
“Fermentação consiste na continuação da
 obtenção de energia na ausência de oxigênio”
produtos por fermentação
FONTE: dietaesaude.com.br
FONTE: diariodebiologia.com.br
Mecanismo de fermentação
 
Glicose Piruvato
 
					
Glicólise
Fermentação
O2
O2
Acetil CoA 
Lactato
Mecanismo de fermentação
O
OH
O
Piruvato
O
OH
OH
CH3CHOHCOO 
NADH+
Lactato desidrogenase
Redução
NAD+
-
Ácido Lático
C3H6O3
H+
Oxidação
+
Lactato
Lactato desidrogenase
Nicotinamida
Adenina
Riboses
Grupos fosfatos
Nucleotídeos
PROCESSO INDUSTRIAL 
Matérias primas
Mosto
Amido hidrolisado ou xarope dextrose
D-glicose, maltose, lactose e sacarose
Soro do queijo
Melaço
Resíduos de elevada DBO
Etc...
Processos fermentativos empregados
Em estado sólido ou semi-sólido;
Em estado líquido;
Processo contínuo; 
Descontínuos;
Descontínuo alimentado;
Dentre outros.
FLUXOGRAMA DE FERMENTAÇÃO POR BATELADA
Inóculo
Tanque germinador
Reator
Filtro
FERMENTAÇÃO
Decantador
Filtro
Concentrador
RECUPERAÇÃO
Extração
Troca iônica
Esterificação
PURIFICAÇÃO
Obtenção por fermentação
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
Inóculo
Tanque germinador
Reator
FERMENTAÇÃO
Também chamada de fase de preparação do "pé-de-cuba". 
Inicia-se em laboratório, inoculando-se o mosto com uma cultura pura de microrganismos, em geral L. bulgaricus para o soro, ou L.delbrueckii, no caso da matéria-prima ser o açúcar de milho e L. pentosus para as lixívias sulfíticas. 
Após a inoculação do microrganismo no meio correspondente estéril, este é colocado para incubação durante 24 h a temperaturas de 43°C ou a 30°C. 
Completadas as 24 h, fazem-se as passagens sucessivas, utilizando o vinho anterior como inoculador do novo meio estéril, de volume dez a vinte vezes maior. 
Esses procedimentos possibilitam a passagem da fase de laboratório para a fase industrial. 
As passagens sucessivas a partir de um meio cultivado para um meio estéril, tem a finalidade de aumentar o número de microrganismos, até que seja possível inocular-se uma dorna de maior volume, já na fase industrial, que é o germinador. 
19
Fase industrial
Tanque germinador:
 
Mesmas características da dorna industrial, porém menor.
Inóculo
Tanque germinador
Reator
FERMENTAÇÃO
O germinador corresponde a uma dorna menor que a industrial, porém com as mesmas características. 
20
Fase industrial
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 a 43°C durante as 42h do processo
Os tanques devem ser limpos a cada fermentação
Inóculo
Tanque germinador
Fermentador
FERMENTAÇÃO
Os tanques de fermentação são construídos em madeira ou em aço inoxidável. A capacidade média é de 23 mil litros. 
No fundo do tanque, existe um tubo perfurado que permite a injeção de vapor direto. Serve para aquecer e regular a temperatura do mosto ou, ainda, para coagular a lactoalbumina quando se fermenta o soro. 
Os tanques devem ser limpos a cada fermentação, usando-se, para isso, substâncias químicas e água pura. Essa água é escoada pelo fundo do tanque. Podem, ainda, ser equipados com agitadores. 
O processamento é feito mantendo-se a temperatura em 43°C durante toda fermentação. 
21
Fase industrial
A cada 6h, coloca-se uma suspensão de hidróxido de cálcio para o controle de pH.
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%
Inóculo
Tanque germinador
Fermentador
FERMENTAÇÃO
O tempo de fermentação é de 42 h. A cada 6 h de processamento, coloca-se uma suspensão de hidróxido de cálcio para se controlar o valor do pH. 
A acidez livre deve ser mantida abaixo de 0,6%. No final, a acidez livre deve ser reduzida para 0,1% de ácido lático. Pode ser usado, também, o carbonato de cálcio para controle da acidez; nesse caso, todo o necessário pode ser adicionado no início do processo. 
A zona de pH mais favorável é entre 5,0 e 5,8 para as bactérias láticas. Essa faixa é interessante para controlar o crescimento de microrganismos contaminantes. 
Ao final do processo a concentração de acúcares está por volta de 0,2%. 
22
Fase industrial
Para a separação do ácido lático, eleva-se 0 pH até 12, usando-se hidróxido de cálcio.
Fermentação e neutralização
O lactato de cálcio obtido é precipitado e separado por filtração.
C6H12O6 + Ca(OH)2
(2CH3CHOHCOO)Ca2 + 2H2O
Filtro
Decantador
Filtro
Concentrador
RECUPERAÇÃO
Na fase seguinte, eleva-se o pH até um valor 12, usando-se lixívia de cálcio e deixando-se ferver a fogo lento durante 20 a 30 min. 
O lactato de cálcio precipitado é separado por filtração,
podendo ser recuperado sob a forma de ácido lático, utilizando-se para essa separação, o ácido sulfúrico. 
23
Fase industrial
O ácido lático é recuperado por separação com ácido sulfúrico 
Hidrólise por H2SO4
Pode-se adicionar carvão adsorvente para melhorar a cor do produto
(2CH3CHOHCOOH + CaSO4
(2CH3CHOHCOO)Ca2 + H2SO4
Filtro
Decantador
Filtro
Concentrador
RECUPERAÇÃO
O ácido lático separado é posto para reagir com lixívia de cálcio. Para recuperá-lo, filtra-se o lactato de cálcio, lava-se e recristalizá-se ou concentra-se. 
Pode-se adicionar carvão adsorvente, para melhorar a cor do produto, e coadjuvantes de filtração, para facilitar a remoção de pequenas partículas. 
Esses tratamentos possibilitam a obtenção do produto mais ou menos puro. 
24
Fase industrial
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 
Filtro
Decantador
Filtro
Concentrador
RECUPERAÇÃO
Equação global
C6H12O6 2 C3H6O3 + energia
 180 g 180 g =
Rendimento
teórico
 180 g 153 g =
Rendimento
prático
Perda de 27 g
Batelada Convencional:
Tomando por base 85%:
Rendimento prático em literatura: 85 a 90 %
EFICIÊNCIA MÉDIA
Batelada Convencional: 
	Rendimento = 0,83 g/L
	Produtividade = 0,31 g/L/h
Fermentação Extrativa:
 	Rendimento= 0,99 g/L 
	Produtividade= 1,67 g/L/h 
 Recuperação e Purificação 
 Cromatografia de troca iônica: separação das proteínas em função da carga. Através de interações eletrostática as proteínas se ligam em forma reversível a um suporte carregado. 
Aplicação: plásticos biodegradáveis (POLILACTATO) -> 50 a 80%
28
 Recuperação e Purificação 
 Destilação Reativa: é a combinação de reação química e separação por destilação em um único equipamento. (esterificação e hidrólise)
 Ácido láctico + etanol -> lactato de etila + água (esterificação)
 Lactato de etila + água -> ácido láctico + etanol. (hidrólise)
 Este processo permite a recuperação do ácido lático com elevado grau de pureza ( 85 - 88 %) .
29
 Recuperação e Purificação 
 Nanofiltração (NF): promove a separação de substâncias por diferenças de tamanho e carga. 
 Purificação de ácidos orgânicos de baixo peso molecular.
Reciclagem de nutrientes ( açúcares)
Pode ser realizada antes e/ou depois do processo de troca iônica
 Produção de ácido lático sem geração de resíduos 
 
30
 Recuperação e Purificação 
 Extração com solvente: processo de recuperação de soluções aquosas de ácidos orgânicos utilizando uma extração inicial com solvente orgânico seguida de uma segunda extração com água aquecida.
Solventes orgânicos: etanol, enxofre, hidróxido de amônia.
Aplicações industrial: acidulantes, flavorizantes, aromatizantes e emulsificantes
31
PRODUÇÃO DO ÁCIDO LÁTICO
JOSÉ WALTER | RAUL LUCENA
RODRIGO MENDES | SUZANA MARJORIE
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO – UFERSA
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS ANIMAIS
BACHARELADO EM BIOTECNOLOGIA
DISCIPLINA: ENZIMOLOGIA