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Produção de ácido cítrico a partir do resíduo da produção de fécula de mandioca

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Heitor Cozero

on 24 June 2013

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Transcript of Produção de ácido cítrico a partir do resíduo da produção de fécula de mandioca

Produção de ácido cítrico a partir do resíduo da produção de fécula de mandioca

O ácido cítrico é um ácido orgânico fraco, utilizado em grande escala por indústrias de alimentos, refrigerantes e produtos farmacêuticos.
Esse uso se dá pela capacidade do íon citrato do ácido propiciar a formação de moléculas que
possuem a capacidade de
sequestrar e inativar íons metabólicos.
Assim, estas moléculas podem controlar efeitos indesejáveis de reações que ocasionam
alterações de cor, aparência, estabilidade, entre outras, prejudicando o produto final.
O ácido cítrico é obtido na indústria graças à fermentação da sacarose realizada por um microorganismo chamado Aspergillus niger.
Método de Obtenção:
Preparação do substrato de melaço;
Fermentação aeróbica da sacarose pelo Aspergillus;
Separação do ácido cítrico do substrato por precipitação, com a adição de cálcio e ácido sulfúrico;
Eliminação das impurezas com carvão ativado ou resinas de troca iônica;
Cristalização do ácido cítrico;
Secagem ou desidratação.
Para que a obtenção do ácido cítrico seja viável comercialmente, vários fatores devem ser levados em consideração no processo fermentativo: constituintes do meio de cultivo, o pH, a aeração, a temperatura e o microorganismo empregado.
Um dos problemas enfrentados na produção de ácido cítrico por bolores é o custo do processo, onde o substrato representa um alto percentual. Na tentativa de diminuir esse custo no processo, tem-se utilizado resíduos industriais como componente do meio de cultivo para microrganismos
Plano de Trabalho e Cronograma
Produção de ácido cítrico utilizando resíduos agroindustriais



As aparas de eucalipto, são uma fonte inesgotável para obtenção de açúcares fermentescíveis, principalmente a xilose, que pode ser empregada como substrato para a obtenção biotecnológica de ácido cítrico. Os materiais lignocelulósicos constituem um recurso renovável amplamente distribuído na natureza.
Celulose
A utilização de celulose é vantajosa devido a sua disponibilidade, viabilidade e custo. Porém nestes hidrolisados estão presentes, além dos açúcares, compostos tóxicos à atividade microbiana
Em escala comercial, uma das principais aplicações da fermentação em estado sólido é a produção de ácido cítrico a partir de farelo de trigo. Esse processo é também conhecido por Koji.
Trigo
Antes da esterilização, o pH do farelo é ajustado para ficar entre 4 e 5 e a concentração final de água no farelo, depois da esterilização, deve ser de 70% a 80%. Quando o farelo estiver numa temperatura em torno de 30°C a 36°C, ele é inoculado em Koji (preparado prévio contendo amilases e proteases), que é feito com uma cepa de Aspergillus niger.
A sacarose, e os melaços de cana e de beterraba (que são economicamente vantajosos, embora a produção de ácido seja ligeiramente menor) são fontes de carbono.
Melaços de cana e de beterraba
O pH do meio de cultura para a produção de ácido cítrico é usualmente de 5 a 6 (faixa inicial), caindo na fase de germinação do esporo rapidamente para a faixa de 1,5 a 2,0, devido à remoção de íons de amônio do meio. Se aumentar ou for ajustado para aproximadamente 3,5 depois da mudança inicial, ocorre a formação de ácido oxálico no micélio que, às vezes, é excretado para o meio e dificulta a purificação do ácido cítrico
Devido ao seu elevado conteúdo de açúcares, o bagaço de maçã se tornou um substrato em potencial para a produção de ácido cítrico.
O bagaço de uva é um dos principais resíduos da indústria produtora de vinhos e também pode ser empregado na produção de ácido cítrico por Aspergillus niger. A casca e a polpa da laranja, os resíduos do processamento do abacaxi, a polpa da jaca, os resíduos do kiwi e o soro do leite também podem ser empregados na produção de ácido cítrico pode por Aspergillus niger.
Manipueira
Resíduo líquido da prensagem da mandioca
Farinha de Mandioca
Extração do Amido
Mandioca Manihot esculenta Crantz
Líquido leitoso de cor amarelo clara
Produção de Farinha Temperada
600 Litros Manipueira diluída por Tonelada de Mandioca
Despejado no solo ou cursos d'agua: Poluição equivalente a produzida por 150 a 250 hab/dia
5% de Matéria Orgânica
60 ppm de Cianeto (CN)
5 mil mg O2/L - Demanda de Oxigênio
Composição da Manipueira
Alta concentração de derivados cianogênicos
Glicosídeos Cianogênicos da raiz desintegrada são carreados por substâncias solúveis e insolúveis em suspensão no resíduo
Ácido Cianídrico:
Injestão ou inalação oferece perigo a saúde
Dose letal: 10 mg HCN/Kg de peso
Casos extremos de envenenamento
Aplicações
Não passa por tratamento para aproveitamento como subproduto
Destino: Lagoas de estabilização - ação de agentes naturais
(fotodecomposição, atividade microbiana)
Aproveitamento
Fertilização do solo:
Torna-o mais rico em nutrientes e em MO, serve como controle de vermes
Pesticida:
Contém substâncias parecidas com de muitos agrotóxicos, só que trazendo
Vinagre:
Uso doméstico e comercial - produção simples, rápida e econômica
Dois processos são utilizados na biossíntese deste ácido, o de superfície e o submerso.
A fermentação submersa é o metodo mais efetivo na recuperação dos ácidos orgânicos do caldo de fermentação. Apresenta altos rendimentos para o ácido cítrico com uma relação de 70 kg de ácido para 100 kg de açúcar.
Preparo do substrato
Seleção de Microrganismos

•Ácido cítrico – obtido através da fermentação de vários microrganismos

•Espécies de interesse – Alto rendimento

•Aspergillus niger
Aspergillus niger
•Facilidade de manipulação
•Fermenta matérias-primas de baixo custo
•Alto rendimento
•Alto tempo de fermentação – custo elevado
•Seleção empírica – isolamento de habitats naturais
Leveduras
•Alternativa ao Aspergillus niger
•Facilidades operacionais (processo contínuo, reciclo de células)
•Produz altos teores de ácido isocítrico – impede aplicação industrial
O meio (manipueira) é enriquecido com uma fonte de nitrogênio, e uma fonte de carboidrato.
Fontes de nitrogênio:
sulfato de amônio, uréia e peptona. A fermentação cítrica submersa requer uma concentração de fonte de nitrogênio de 0,1 a 0,4 g/L.

Goma, Proteínas, Linamarina, Glicose e outros açúcares, Sais minerais
Fontes de carboidrato:
em geral, apenas os açúcares que são assimilados rapidamente por fungos são utilizados como fonte de carbono na fermentação cítrica (sacarose, frutose, glicose).
Faixa ótima de concentração de sacarose: 10 a 14%, sendo que abaixo de 2,5% não há produção de ácido cítrico.
Produção
Gera resíduos poluentes!!
Menos problemas ao meio ambiente e saúde humana!
Obrigado!
Temperatura: faixa mesófila em temperaturas ótimas entre 20-45°C
pH inicial: faixa entre 5-7

Em laboratório, os ensaios de fermentação submersa (FSm)foram conduzidos em frascos erlenmeyer de 250 mL em estufa bacteriológica a 30ºC.

Utilizou-se erlenmeyer de 2000 mL preparando-se 800 mL de meio BDA inclinado, e incubando-se o fungo Aspergillus niger, por um periodo de 9 dias a uma temperatura de 30°C.
Acrescentou-se aproximadamente 200 mL de água estéril e uma gota de Tween 80, raspando-se vigorosamente, para que os esporos fiquem suspensos. Após essa etapa, a suspensão de esporos foi filtrada em algodão estéril, removendo os micélios do microrganismo.

O meio contendo manipueira enriquecida com os nutrientes foi esterilizado em autoclave a 121°C por 15 min. e foi distribuído em erlenmeyers de 250 mL. Em seguida, tais erlens foram inoculados com 1,5 mL da suspensão com 10^8 esporos/mL e incubados por um período de 144h (6 dias) a uma temperatura de 30°C em estufa.
A avaliação da produção de ácido cítrico durante a fermentação pode ser realizada seguindo o método de Saffran & Denstedt (1948), neste método pequenas quantidades de ácido cítrico são determinadas baseando-se na formação da cor amarela na presença de ácido tricloroacético (TCA), anidrido acético e piridina.
Avaliação da produção
Preparo do Inóculo
Introdução e justificativa
Ácido Cítrico
Resíduo da produção de fécula de mandioca
A produção de ácido cítrico é de grande importância para as indústrias farmacêuticas e alimentícias.
Na indústria de alimentos, é utilizado para:

estimular o flavor natural de frutas
fabricação de bebidas (refrigerantes)
prevenir a cristalização da sacarose em balas
emulsificante em sorvetes
evitar o escurecimento de alguns vinhos brancos
estabilizante em sucos
Apesar de muitos fungos serem capazes de produzir ácido cítrico, são de interesse industrial as espécies que
fornecem altos rendimentos de produção de ácido cítrico
, entre estas o fungo
Aspergillus niger
é amplamente utilizado com este intuito.
O custo do processo constitui um entrave na produção de ácido cítrico, sendo o substrato, um dos principais responsáveis pelo encarecimento.
A solução apresentada tem sido o uso de resíduos industriais como componente de meio de cultivo para micro-organismos
A mandioca (Manihot esculenta crantz) é uma planta da família das Euforbiáceas, uma espécie de origem latino-americana, e sua produção é direcionada ao consumo humano. Cerca de 80 países produzem mandioca.
Brasil

cultivo ocorre em todos os estados
é um dos 9 principais produtos agrícolas do país em termos de área cultivada
6º em valor de produção
mais de 15% da produção mundial
25 milhões de toneladas de raízes produzidas ao ano
Do total de mandioca produzida anualmente, 60% da produção é destinada para a industrialização, sendo que o efluente líquido gerado durante o processo representa um volume em torno de 30% da matéria prima processada.

800.000 toneladas de resíduos líquidos
Presença de glicosídeo característico da planta de mandioca (linamarina) potencialmente hidrolisável a ácido cianídrico.
Níveis de toxidade
Potencial poluidor
Revisão Bibliográfica
Materiais e métodos
Forma de análise dos resultados
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