ENGENHARIA BIOQUÍMICA - ÁCIDOS ORGÂNICOS

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Ácidos Orgânicos
Annelise Cabral
Bruna Hellen Franco
Geisa Ramos Freitas
Michel Henrique Raimundo
Introdução 
Os ácidos orgânicos como o ácido lático, itacônico, hialurônico, cítrico entre outros, são produzidos em grande escala e oferecem grande potencial para um futuro desenvolvimento. 
Esses ácidos são muito recentes, já que os processos de produção só começaram a ser desenvolvidos nos últimos cem anos.
Ácido Lático
 Isômeros D-ácido lático e L- ácido láctico
 Funções
 - Acidulante
 - Anti-oxidante
 - Estabilizante
 - Agente de limpeza 
 - Conservante 
 Aplicação
 -Indústrias têxtil, química, farmacêutica e de alimentos
Figura 1: Isômeros
Fonte: http://www.soq.com.br/conteudos/em/isomeria/p5.php
Síntese e Produção
 Síntese Química 
- Mistura racêmica de ácido láctico D, L
- Alto custo da produção
 Fermentação
- Isômeros destrógiro ou levógiro
- bactérias homoláticas do gênero Lactobacillus 
Fermentação
 Seleção da fermentação
 - Propriedades cinéticas de cada cepa microbiana
 - Substrato 
 - Aspectos econômicos do processo
 Otimização do processo 
 - Controle das condições operacionais
 - Temperatura
 - Acidez do meio
 - Agitação
 
Fermentação (Lactobacillus delbrueckii)
 Inóculo 
 - Faixa de temperatura de 45 a 55°C
 - 5% do volume do meio de fermentação
 Mosto
 - Amido hidrolisado ou xarope de dextrose
 - Concentração de até 12%
 pH de 6,3 a 6,5
 Período de fermentação de 5 a 10 dias
 Separação do produto
 - Filtração
Aspectos de mercado
 Produção anual de 800.00 toneladas em 2013
 Principais empresas produtoras
 - PURAC
 - HINDAN JINDAN
 - CARGILL
 
Acido orgânico presente na maioria das frutas 
 Características
Ácido orgânico fraco
Encontrado nos citrinos
 Funções
Acidulante
Redução de pH
Estabilizante 
Desincrustador
Antioxidante 
Ação quelante
 Aplicação
Indústrias de alimentos, farmacêutica etc.
Ácido cítrico
Produção 
 Matérias primas: Substrato
Sacarose, melaço, caldo de cana, entre outros.
 Microorganismos
Bactérias, leveduras e fungos. (Aspergillus niger)
Tabela 1: Microorganismos capazes de produzir ácido cítrico.
Fonte: SANTOS, 2005
Produção 
 Fermentação
Processos em superfície; (8 a 12 dias)
Processo submerso; (5 a 10 dias)
Processo Koji; (5 a 8 dias)
Produção 
Processo submerso
Inóculo; 
Fonte de carbono, nitrogênio e fósforo;
Temperatura de 30°C;
pH <2;
O mosto é esterilizado;
Aeração contínua;
Período de fermentação 5 a 10 dias;
Separação do produto
Filtração;
Cristalizado por evaporação.
Sistema descontínuo. 
Aspectos de mercado
 Produção anual de 1,7 milhões de toneladas em 2014.
 Principais empresas produtoras
Gadot Biochemical Industries (Israel)
Anhui BBCA Biochemical (China)
CARGILL (Uberlândia, MG)
Ácido Itacônico
 Aspergillus terreus e Aspergillus niger 
 Funções
 - Síntese de polímeros;
 - Aditivos para óleos;
 - Super-absorventes;
 - Nanofibras;
 - Resinas sintéticas;
 Aplicação
 -Indústrias têxtil, química e farmacológica;
Síntese e Produção
 Síntese Química 
 - Via glicose para piruvato
 - Biossíntese ocorre na última etapa do processo
 Fermentação
 - Glicose utilizado como substrato no meio de cultura
 - Fungos filamentoso terrus e niger do gênero Aspergillus
Síntese e Produção
Figura 2: Cinética de produção de Al e biomassa, consumo de substrato e pH para fermentação submersa empregando A. terréus NRRL 1960.
Fonte: RAMIREZ, 2015
Fermentação
 Seleção da fermentação
 - Propriedades cinéticas de cada cepa microbiana
 - Substrato 
 - Aspectos econômicos do processo
 Otimização do processo 
 - Controle das condições operacionais
 - Temperatura
 - Acidez do meio
 - Agitação
 
Fermentação (Aspergillus terrus)
 Inóculo 
 - Faixa de temperatura de 35 a 40°C
 - Termoestático
 Mosto
 - Casca de arroz ou melado de cana;
 - Concentração de até 11,49 g/L;
 pH de 1,55 a 5,8
 Período de fermentação de 8 a 10 dias á 28°C
 Separação do produto
 - Filtração
Fermentação (Aspergillus terreus)
Figura 3: Crescimento apical de A. terréus em diferentes substratos.
Fonte: RAMIREZ, 2015
Aspectos de mercado
 Produção anual de 80.000 toneladas em 2015
 US$ 2/Kg 
 Principais empresas produtoras
 - PFIZER FOOD SCIENCE, New York;
 - CARGILL, Eddyville;
 -IWATA CHEMICALS, Kyogyo;
 -TIANLI BIOLOGICAL FERMENTATION FACTOR, Yunnan;
Ácido Hialurônico
 Polissacarídeo de alta massa molar constituído de unidades dissacarídicas de ácido D- glicurônico e N- acetilglicosamina.
 Funções:
 Propriedades hidrofílicas e viscoelásticas. 
 Lubrificação
 Hidratação e manutenção da estrutura 
tecidual.
 Liberação controlada de fármacos
 Aplicações: 
- Indústria cosmética, Medicina Estética e Fármacos 
Figura 4: Estrutura do Ácido Hialurônico
Estudo de caso: Produção de Ácido Hialurônico e Ácidos Orgânicos por Streptococcus zooepidemicus
Figura 5: Síntese e formação de biocamada de AH
Materiais e Métodos
Microrganismo, Inóculo e Fermentação
 Streptococcus zooepidemicus ATCC 39920
 Meio contendo sacarose, extrato de levedura, glutamina, glutamato e ácido oxálico. 
 Bioreator de bancada em batelada: Bio-Tec (Tecnal).
 pH 8,0, 37°C, 100 rpm e 0,5 vvm por 24h.
 Brain Heart Infusion (BHI).
 Amostras foram retiradas a cada 2 horas, durante 24 h.
- Do sobrenadante foi avaliada a concentração de ácido hialurônico.
Materiais e Métodos
Figura 6: Bioreator da marca Tecnal.
Fonte: Chong & Blank, 1998
Figura 7: Preparação do inóculo por Breain Heart Infusion.
Fonte: Chong & Blank, 1998
Métodos Analíticos
 Crescimento celular foi determinado por turbidimetria.
 Quantificação dos ácidos orgânicos:
- Amostras do sobrenadante foram filtradas em membranas Millipore
- Análise cromatográfica em cromatógrafo a líquido de alta eficiência (CLAE)
- Avaliação por Colunas cromatográficas:
Coluna Aminex HPX – 87H de ácidos orgânicos.
Coluna OHpak SB- 806M HQ 80 × 300mm (Shodex, Japan) para AH.
- 
RESULTADOS E DISCUSSÃO 
Figura 8: Cinética de crescimento celular (azul) e produção de ácido hialurônico (vermelho) por Streptococcus zooepidemicus.
Fonte: PAN, Nicole. Simpósio Nacional de Bioprocessos e Simpósio de Hidrólise Enzimática de Biomassa. 2015
RESULTADOS E DISCUSSÃO 
- Fase de latência até 4 horas de cultivo. A velocidade específica de crescimento microbiano, durante a fase exponencial foi de 0,491 g.L-1 .h-1 , obtendo 4,918 g.L-1 de biomassa após 18 horas de cultivo. 
A produção de ácido hialurônico acompanhou o crescimento celular atingindo 0,899 g.L-1 em 22 horas
- Aumento de 48% na produção do polímero, quando comparada a obtida por Pan (2014)
- Melhor mistura e aeração do biorreator 
- O pH foi controlado em 8,0 gerando um estresse alcalino à bactéria.
- A célula produz a cápsula de AH como mecanismo de proteção
- O microrganismo se mostrou eficaz na produção de ácido hialurônico em meio contendo sacarose e extrato de levedura acrescido de glutamina, glutamato e ácido oxálico. 
RESULTADOS E DISCUSSÃO 
Figura 9: Produção de ácido lático (azul) e acético (vermelho) por Streptococcus zooepidemicus em biorreator.
Fonte: PAN, Nicole. Simpósio Nacional de Bioprocessos e Simpósio de Hidrólise Enzimática de Biomassa. 2015
RESULTADOS E DISCUSSÃO 
- As maiores produções de ácido lático, e de ácido acético foram obtidas em 24 horas. 
- A maior produção obtida foi de ácido lático.
- Ácido fórmico e etanol não foram produzidos durante o cultivo.
Conclusão
Visto que os projetos de pesquisas estão em grande ascensão em toda a comunidade científica mundial na área biotecnológica, principalmente no que diz respeito à estudos que envolvem em sua essência ácidos orgânicos, dando sustentabilidade ao trabalho
descrito e intensificando a importância da abordagem deste tema e da incessante busca de mais conhecimentos relacionados a esse assunto.
Referências 
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