PRODUCCIÓN RESPONSABLE DE ÁCIDO LÁCTICO PARA MITIGAR EL IMPACTO AMBIENTAL
Camila DuranTrabajo3 de Noviembre de 2019
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PRODUCCIÓN RESPONSABLE DE ÁCIDO LÁCTICO PARA MITIGAR EL IMPACTO AMBIENTAL.
AMAYA.C; ARANGO. A; BUENO.L, CAMARGO.C, DURÁN, C. (2018)
RESUMEN
El ácido láctico ya es considerado un bioproducto del mercado mundial. Lo anterior se debe a que este es un ácido orgánico valorado por su aplicación en las industrias de alimentos, farmacéuticas, químicas y su potencial como materia prima para la producción de polímeros biodegradables. El mercado está en crecimiento constante y el hecho de que sus productos sean afines con leyes ambientales, renovables y biodegradables, aseguran que dicho crecimiento se mantenga durante los próximos años. En décadas recientes las investigaciones están direccionadas a optimizar la producción del ácido con la idea de lograr mayor productividad, rendimientos y bajo costo (de oliveira et al. 2018; Garcia et al. 2010). En este artículo se analiza la producción de ácido láctico….
ABSTRACT
The lactic acid is an already consolidated bioproduct in the global market. It is an organic acid valued due to the potential it has in the food, pharmaceutical, chemical and cosmetic industries and as a raw material in the production of biodegradable polymers. The market is in constant growth, and the fact that its products are related to environmental laws, renewable and biodegradable, asures this growth for the next couple of years. Now a days, investigations are directed towards the optimization of the production of lactic acid to get the greatest productivity, performance and low costs (de oliveira et al. 2018;Garcia et al. 2010). In this article, we analyze the production of lactic acid…
INTRODUCCIÓN
Los residuos orgánicos urbanos constituyen cerca del 70% del volumen total de desechos generados, por tal motivo es primordial buscar una salida integral que contribuya al manejo adecuado de estos. A su vez, se lleva a que estos residuos puedan ser utilizados para generar productos que compitan en el mercado, minimizando un gran número de impactos ambientales que conlleva a la sostenibilidad de los recursos naturales.
El ácido láctico se puede obtener de dos maneras, por síntesis química o por fermentación de hidratos de carbono.
El 90,0 % de la producción mundial de ácido láctico es por medio de la fermentación. Uno de los principales intereses científicos y de las industrias relacionadas con el ácido láctico es la reducción de costos de materias primas y el mejoramiento de la producción de este por medio de la fermentación. Por consiguiente, se ha sustituido la fermentación de azúcares refinados por productos o residuos alimenticios agroindustriales[a].
Por otra parte, se han realizado numerosas investigaciones acerca de procesos biotecnológicos para la producción de ácido láctico, con el objetivo de optimizar el proceso tanto técnico como económico, involucrando bacterias lácticas (LAB), algunos hongos filamentosos como fuentes microbianas principales de ácido láctico y diferentes cepas.
MARCO TEÓRICO
ÁCIDO LÁCTICO
También conocido como ácido 2-hidroxipropanoico su fórmula empírica es C3H6O3, es un líquido incoloro, ligeramente amarillento y viscoso. Presenta la capacidad de atraer agua de su ambiente por lo cual es conocido por ser un compuesto higroscópico. (Suriderp, 1995; Parés et al., 1997).
La producción del ácido láctico inicio hace aproximadamente 100 años atrás y al día de hoy sus investigaciones se presentan muy activas, esto se debe a las múltiples aplicaciones y usos industriales en diferentes campos. En el sector de alimentos es muy usado; actúa como acidulante, neutralizante de pH, inhibidor bacteriano y también es un agente conservante de alimentos. (Suriderp, 1995; Parés et al., 1997).
Por otro lado, en la farmacéutica y cosmética se utiliza como humectante y previene infecciones cutáneas. En pequeñas dosis actúa como hidratante y astringente, y a grandes dosis produce un efecto "peeling" de renovación celular.
También es usado como materia prima para producir ácido poli láctico, un polímero biodegradable que representa gran interés en la medicina. En la industria química se utiliza para la fabricación de detergentes.
Cuando se utiliza la vía biotecnológica para la producción de ácido láctico se forman enantiómeros, D(-) láctico es perjudicial para el metabolismo humano mientras que el L(+) láctico es clasificado como seguro para uso en alimentos. (Parés et al., 1997)
PRODUCCIÓN
El ácido láctico puede producirse por dos vías. Por la ruta química existen dos reacciones por las cuales se puede formar este producto; en la primera se utiliza como reactivo acetaldehído y ácido cianhídrico y posteriormente, se hidroliza el producto para formar ácido láctico. La segunda reacción se genera a alta presión empleando como reactivo acetaldehído con monóxido de carbono y agua, utilizando ácido sulfúrico como catalizador. La vía química es utilizada en un 10% de la producción mundial, este pequeño porcentaje se da porque el producto es una mezcla entre D(-) y L(+) ácido láctico el cual es ópticamente inactivo, lo que presenta una gran desventaja para este método. (Hofvendahl y Hhan-Hägerdal, 2000).
Por otro lado, se encuentra la ruta biotecnológica, la cual es la más común y utilizada, siendo esta más sostenible y de igual forma amigable con el ambiente, pues se basa en la fermentación de sustratos por bacterias u hongos, el producto de este proceso es la formación de dos isómeros ópticos D(-) láctico y L(+) láctico ópticamente activos. (Chang et al., 1999). [pic 1]
Los isómeros puros son más valiosos que la mezcla racémica porque cada isómero independiente tiene un papel industrial específico. Hay una preferencia en el uso de L-LA en las industrias alimentaria y farmacéutica, ya que puede ser completamente metabolizado por el cuerpo humano debido a la presencia de L-lactato deshidrogenasa. Por otra parte, en el campo de química verde, tanto L-LA cómo D-LA pueden usarse en la producción de acetaldehído, propilenglicol, ácido propiónico, ácido acrílico, 2,3-pentadiona y, principalmente, como monómeros en la producción de ácido poliláctico (PLA).
La productividad por este método depende del sustrato usado, el microrganismo, el modo y las condiciones de operación.
Cuando se va a elegir el microorganismo se debe preferir termófilos con fermentación rápida y que requieran de sustratos económicos de igual modo que presentan baja producción de biomasa y subproductos (Akerberg et al., 1998).
MICROORGANISMOS USADOS EN LA PRODUCCIÓN DE ÁCIDO LÁCTICO
El objetivo número 12 del desarrollo sostenible habla sobre la producción y consumo responsables. Por tal razón es que se encuentran en auge las investigaciones sobre bioprocesos para la producción de ácido láctico, ya que, a diferencia de los procesos químicos, estos son más amigables con el medio ambiente. Sin embargo, no basta con utilizar microorganismos para que se hable de producción responsable. También es fundamental encontrar aquel microorganismo que de mejores resultados en la producción de dicho ácido. Dado lo anterior se realiza una búsqueda bibliográfica que permita identificar el microorganismo óptimo para este bioproceso.
Después de realizada la búsqueda bibliográfica, se encontraron dos grupos de microorganismos para la producción de ácido láctico por vía biotecnológica. Estos, en su mayoría, hacen referencia a bacterias ácido-lácticas y a algunos hongos, tal como se evidencia en la tabla 1.
Basados en los artículos descritos en la Tabla 1, se puede observar que la mayor cantidad de estudios se centran en la utilización de bacterias del género Lactobacillus debido a que son termófilas, fermentan de forma rápida y tienen la factibilidad de usar una gran variedad de sustratos económicos, con bajas cantidades de fuentes de nitrógeno y en ambientes ligeramente ácidos. Además, generan pocos subproductos (García, et al., 2010).
Por otra parte, se encontró que los artículos citados sobre la producción de ácido láctico mediante hongos se centran en los hongos filamentosos del género Rhizopus debido a sus características amilolíticas, es decir que son capaces de hidrolizar el almidón en azúcares reducibles y a que requieren bajas cantidades en nutrientes (Ying Zhang, et al., 2007)
Tabla 1. Microorganismos y sustratos.
Cepa | Sustrato | Condiciones de fermentación | Homofermentativa | Heterofermentativa | Tipo de proceso | Pretratamiento sustrato | Autor |
Lactobacillus plantarum L10 | Glucosa | Temperatura: 37°C | x | Batch y continuo | No necesita | Estela et al.,2013 | |
Lactobacillus delbrueckii | Cascarilla de arroz | Temperatura 40° C | x | NR | Pretratamiento químico con NaOH al 2 y 3% | Proaños, & Piñeros ,2014 | |
Lactococcus lactis | Jugo de caña de azúcar variedad CC85-92 cosechada sin quema (caña verde) | Temperatura: 32° C | x | Batch | No necesita | Rodríguez & Serna,2004 | |
Melazas | Temperatura: 37°C | Continuo | No necesita | Ohashi et al., 1999 | |||
Jugo de caña limpio, Jugo de caña verde, Jugo de cogollos y hojas | Fermentación anaerobia Temperatura: 32°C | Batch | |||||
Lactobacillus bulgaricus NRRL-B548 | Mucílago de café | Temperatura: 45°C | NR | Los mucílagos son filtrados y recolctados en bolsas plásticas y esterilizados en autoclave a 15 psig y conservados a 4 °C | Arias et al.,2009 | ||
Lactobacillus helveticus ATCC 801 | Lactosuero suplementado | Temperatura: 40°C | x | Continuo y Batch | tratamiento termino, se suplemento con extracto de levadura y peptona tripsica | Urribarri et al., 2004 | |
Lactobacillus casei | Desechos de piña | Temperatura: 37 C | x | NR | Este desecho primeramente se prensó para obtener jugo y posteriormente se sometió a tratamiento térmico (75°C/5 min) para su estabilización | Araya et al., 2010 | |
Lactosuero suplementado | Temperatura: 37 C | x | Discontinuo | El Lactosuero fue pasteurizado a 90ºC por 15min y desproteínizado por filtración. Se suplementó con Lactosa y Sulfato de amonio, ajustando el pH a 6,5 utilizando carbonato de sodio 2,5 N y adicionando 5 g L-1 de hexametafosfato para 500 mL de lactosuero. | Garcia et al., 2013 | ||
Lactobacillus plantarum | Suero de leche descremada | Temperatura: 30°C | x | NR | El suero es desproteiniciado, por el tratamiento térmico, luego se lleva hasta un pH de 6,2 y se calienta hasta la ebullición para coagular la mayor parte de las proteínas | ARRÁZOLA | |
Co cultivo de Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus y Streptococcus thermophilus, | Lactosuero | Temperatura: entre 40-42°C Velocidad de agitación: 150 rpm. | x | NR | Este suero se sometió a desproteinización, posteriormente se enfrió a 20 °C para que finalmente fuera pre filtrado, centrifugado y filtrado a vacío. El suero fue caracterizado antes y después de la desproteinización midiendo el índice de acidez, contenido de lactosa, proteína, humedad y cenizas. El suero desproteinizado se esterilizó. | VILLALBA C., MARCELA3 | |
Lactobacillus delbrueckii | Melaza | Temperatura: 39 C | x | Discontinuo | No requiere | Morales et al., | |
sacarosa | Discontinuo | ||||||
glucosa | Discontinuo | ||||||
fructosa | Discontinuo | ||||||
Bacterias lácticas aisladas de lodos | Lodos de aguas residuales | Temperatura: 37°C | NR | NR | Nakasaki et al., 1999 | ||
Rhizopus Oryzae | Almidon de maiz | Temperatura: 30 C | x | Discontinuo | NR | Bulut et al. 2004 |
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