Produção de Ácido Cítrico

Carolina S. C. Martin Octavio Lomonaco

Rafael MarsonTamara Poletti de Melo

INTRODUÇÃO

O ácido cítrico ou citrato de hidrogênio, tem como nome oficial ácido 2-hidroxi-1,2,3-propanotricarboxílico (C6H8O7).

É um ácido orgânico fraco tricarboxílico presente na maioria das frutas, sobretudo

em cítricos como o limão e a laranja.

As propriedades físicas do ácido cítrico estão resumidas na Tabela

Processo Koji

Processo de fermentação em superfície

Processo de fermentação por cultura submersa

Principais métodos de obtenção

O ácido cítrico foi descoberto no oitavo século depois de Cristo pelo alquimista islâmico Abu Musa Jabir ibn Hayyan.

Foi isolado em 1784, pelo químico sueco Carl Wilhelm Scheele, que o cristalizou a partir do suco do limão.

História

A produção comercial deste composto teve início na Inglaterra por volta de 1826, a partir do citrato de cálcio italiano

Em 1880 o ácido cítrico foi sintetizado a partir do glicerol e, mais tarde, a partir da dicloroacetona.

Vários outros métodos de síntese foram estudados, utilizando-se diversos tipos de reações e substâncias, porém limitações técnicas e econômicas comprovaram a inviabilidade desses processos.

Em 1893 cientistas descobriram uma espécie fúngica que acumulava ácido cítrico (Penicillium)

Esse processo industrial não teve êxito devido aos problemas de contaminação e longo período de fermentação.

Em 1916, constatou-se que algumas linhagens de Aspergillus niger excretavam quantidades significativas de ácido cítrico quando cultivadas em um meio adequado.

Esse estudo foi a base para o sucesso da produção industrial desse ácido.

Microorganismos produtores do ácido cítrico

Leveduras: Yarrowia lipolytica estritamente aeróbias dimorfismo consomem alcanos, ácidos graxos, ácidos

orgânicos, proteínas e alguns açúcares (principalmente

glicose)

Microorganismos produtores

Fungos filamentosos: Aspergillus niger e Aspergillus wentii

heterotróficos aeróbios obrigatórios (maioria) produzem enzimas (hidrólise do substrato)

Microorganismos produtores

Apresenta coloração branca amarelada com formação de pêndulos e uma ponta colorida

São importantes agentes decompositores de alimentos

São utilizados na produção de alimentos, e ácidos cítrico, glucônico e gálico

Aspergillus niger

Reino: Fungi Filo: Ascomycota Subfilo: Pezizomycotina Classe: Eurotiomicetos Ordem: Eurotiales Família: Trichocomaceae Genero: Aspergillus

Aspergillus niger

Aspergillus niger

Fungo filamentoso agitação dificil Aeróbio aeração necessário pode se desenvolver em meios líquidos e

sólidos Mesófilo: Temperatura ótima: 35°C -37 °C Acidofilo: pH tolerado: 1,5 – 9,8 Produção de ácido cítrico: Gaden tipo II

Aspergillus niger

Método: Foster e Davis Princípio: é baseado na utilização de um

meio indicador de pH para o crescimento de uma colônia de fungos onde a produção de ácido é avaliada pela relação entre o diâmetro do halo que se forma em torno da colônia e o diâmetro desta.

A melhor linhagem será escolhida e submetida à radiação ultravioleta, com a finalidade de conseguir linhagens mutantes com maior produção de ácido.

Seleção da linhagem

Seleção da linhagem

Bioquímica

Segundo Staner et al. (1976), a formação do Ácido Cítrico por Aspergillus niger é resultado de uma operação defeituosa que ocorre no Ciclo de Krebs, e o metabolismo é relatado em três etapas sequenciais:

1. A quebra de hexoses em piruvato e CO2 na via glicolítica

2. Formação de oxaloacetato através do piruvato e CO2 via “anaplerótica”

3. Acúmulo de ácido cítrico através do Ciclo de Krebs

Acúmulo de Ácido Cítrico depende do meio de cultivo

Superprodução de ácido cítrico requer uma combinação específica de nutrientes:

1. Fontes de carbono -> preferencialmente sacarose, pois o fungo contém uma invertase extracelular que é ativa em pH baixo, porém pode ser glicose ou frutose , a faixa ótima se encontra entre 10-14% de açúcar.

2. Quantidades adequadas de nitrogênio e fosfato -> Dosagem adequada de nitrogênio é essencial para ocorrer o acúmulo de ácido cítrico (uréia, sulfatos, nitrato de amônio, extrato de malte, peptona) .

3. pH do meio de cultura -> pH ótimo menor que 3,0, reduz o risco de contaminação do meio de cultura e inibe a produção de ácidos orgânicos indesejados, tornando a recuperação do produto mais fácil

4. Aeração -> Se aeração é muito baixa, o fungo tende a esporular, comprometendo o aumento da biomassa e a acumulação de ácido cítrico durante a fermentação. Aeração ótima, em torno de 25 % de saturação de O2 dissolvido.

5. Oligoelementos(ou microminerais) -> Zinco, ferro, manganês e cobre e outros metais em quantidades adequadas, desempenham papéis de reguladores das vias bioquímicas

Meio de cultivo para fungos:

Meio de cultivo para o A. niger:

Relação de massa celular de Aspergillus niger e concentração de acido cítrico da composição do meio.Solução de glicose livre de elementos traços com concentrações de sais aumentadas e inoculadas com Aspergillus niger. Depois de 9 dias de crescimento massa celular de Aspergillus niger e concentração de acido cítrico foram medidos. Meio de cultivo: 140 g/l glicose; 1,05 g/l nitrogênio; 2,5 g/l KH2PO4; 0,5 g/l MgSO4x7H2O; 0,01 g/l ferro; 0,0025 g/l zinco; pH = 3.8 (de Shu et al., 1948).

Aconitase sofre inibição: - pH < 3,0- Baixas concentrações de

Fe(<5,0 mg/L), pois Fe é cofator da aconitase

Isocitrato desidrogenase sofre inibição:-Ácido Cítrico-Ferrocianato

Reações anapleróticas para regeneração do oxaloacetato:

Aconitase inibida

Fosfofrutoquinase

Piruvato carboxilaseAconitase

• O Ácido Cítrico inibe a fosfofrutoquinase , o que leva o organismo a degradar proteínas produzindo NH4+ , que contrabalanceia o efeito inibidor do Ác. Cítrico sobre a fosfofrutoquinase, acarretando no acúmulo de Ácido Cítrico no organismo.

Transporte de citrato para fora da mitocôndria:

pH baixo favorece o transporte do citossol para a membrana externa do fungo

Processos

Processos de Produção

Processo Koji de FermentaçãoProcesso de Fermentação em Superfície

Fermentação por Cultura Submersa

• Processo Koji:

• Aumento da produção: Adição de 3%-7% de massa filtrada de fermentação de ácido glutâmico.

• Processo de Fermentação em Superfície

• Substrato: sacarose (melaço de cana ou de beterraba)• pHi=5-6 pHf=1,5-2,0• Tempo de fermentação = 7 a 10 dias

• Fermentação por Cultura Submersa

Separação do Produto Filtração em Percoladores 2 Filtração: resíduos de anti-espumante, micélio

e oxalato Adição de Ca(OH)2 ppt de citrato de cálcio Filtração do Citrato de Cálcio Massa  Ca3(C6H5O7)2 + H2SO4CaSO4 Sobrenadante : ácido cítrico purificado com

carvão ativado e desmineralizado através de colunas de troca iônica, cristalinizado e centrifugado.

Outro meio: Filtração do caldo fermentado com uso de solventes orgânicos.

Mercado

2.1 milhões ton/ano (US$ 2/kg a US$ 0,70 – 0,80/kg)

Crescimento anual da demanda: 3.5 – 4.0% Empresas produtoras: ADM, Cargill, Tate &

Lyle, DSM, Junbunzlauer, Israel’s Gadot Biochemical Industries, China’s Anhui BBCA Biochemical

A China se destaca tendo sido responsável por 63% da capacidade produtiva anual estimada, seguida pela Europa Ocidental e EUA, que ficaram com 12% dessa quantia.

Aplicação

Cerca de 70% da produção deste ácido é utilizada pela indústria de alimentos, 12% pela indústria farmacêutica e 18% por outras indústrias.

Na produção de refresco em pó, onde é utilizado na composição de sabores artificiais e no controle do pH;

Na indústria de doces e geleias, onde é utiliza- do para fornecer acidez e controlar o pH na gelificação.

Industria de Alimentos

Na indústria de confeitos. Onde controla a inversão de açúcar, otimizando as caracterís- ticas de fixação do gel, fornecendo acidez e realçando o sabor.

Laticínios: atua como estabilizante de laticínios em geral, queijos e requeijões; 

Refrigerantes: realça os sabores, alta solubilidade, agradável sabor ácido, propriedade sequestrante que elimina íons metálicos que causam alterações de cor;

Agente oxidante: Previne o escurecimento enzimático de produtos (Conservas, frutas, vegetais, etc).

Carnes: utilizado na salmoura para acelerar o processo de cura de carnes, fixação da cor e preservação durante a estocagem;

Peixes e Frutos do Mar: previne o aparecimento de manchas, sabores e odores estranhos, quando congelados ou enlatados;

Agente flavorizante: torna o alimento mais agradável ao paladar, mascarando alguns gostos (bebidas não carbonatadas).

Conservante:Previne o crescimento de microorganismo e bactérias em desenvolvimento, alem de reduzir o processamento térmico

Na fabricação de produtos efervescentes, onde é componente essencial na reação com os bicarbonatos.

Inibe a oxidação de metais da vitamina C Em xaropes, ele estabiliza seus princípios

ativos Possui ação expectorante.

Industria Farmacêutica

Na indústria têxtil é utilizado como alvejante, auxiliando na estabilização dos peróxidos;

Na indústria veterinária nas formulações de antibióticos e vermífugos;

Na agricultura em adubos foliares e formulação de defensivos;

Pode ser empregado como agente sequestrante em galvanoplastia, em curtumes e na reativação de poços de petróleo;

Outras industrias

Na indústria de cosméticos é usado para  regular o pH de loções adstringentes;

Sequestrante, em cremes de lavagem (“rinse”) e fixadores de cabelo;

Em colônias, desodorantes, loções e cremes reduzem a oxidação de componentes aromáticos e escurecimento indesejável, além de estabilizar emulsões;

Bibliografia

Biotechnological production of citric acid ;Belén MaxI; José Manuel SalgadoI; Noelia RodríguezI; Sandra CortésI; Attilio ConvertiII; José Manuel DomínguezI, *

http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1517-83822010000400005#f2

http://bd.eel.usp.br/tde_arquivos/2/TDE-2006-05-23T065408Z-6/Publico/BID05002.pdf

http://www.jbc.org/content/31/1/15.full.pdf

https://pt.scribd.com/doc/19258338/Producao-de-acido-citrico

http://www.eq.ufrj.br/biose/nukleo/aulas/Microbiol/eqb353_aula_17.pdf

http://aspergillusblog.blogspot.com.br/

http://de.wikipedia.org/wiki/Citronens%C3%A4ure#Herstellung_aus_Zitrusfr.C3.BCchten