Producción de ácido láctico por lactobacillus casei a partir de lactosuero

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CONTENIDO

1.        INTRODUCCIÓN        3

1.1.        Ácido láctico.        3

1.1.1.        Propiedades químicas        4

1.1.2.        Propiedades físicas        4

1.2.        Fermentación láctica        5

1.2.1.        Proceso        5

1.2.2.        Microorganismos utilizados en la producción de ácido láctico        6

2.        Información del mercado        8

3.        MICROORGANISMO (Lactobacillus Delbrueckii subsp. Bulgaricus)        11

3.1        Propiedades del microorganismo        11

3.2        Características del microorganismo        11

3.3        Condiciones de crecimiento        12

4.        Termodinámica        12

4.1        Factores que afectan el crecimiento y la biodegradación        12

5.        CINETICA DE REACCION        13

5.1        Justificación de Diseño        13

5.2        Expresión de velocidad de reacción        15

5.2.1        Cultivo Batch.        16

5.2.2        Parámetros de crecimiento        20

5.2.2.1        Velocidad especifica máxima y constante del sustrato        21

5.2.2.2        Rendimiento de la Biomasa        23

6. DIMENSIONAMIENTO        24

6.1        Tiempo de Reacción        24

6.2        Volumen del reactor        24

6.3        Diámetro y altura del reactor        25

6.4        Parámetros adicionales        27

7.        REQUERIMIENTO ENERGETICO        30

8.        ESTERILIZACIÓN        31

9.        SENSORES PARA EL CONTROL EN EL BIORREACTOR        35

9.1        Sensor de ph digital cps171d        35

9.2 Sensor De Densidad Celular Asd12-N        35

9.3        Sensor de oxigeno do2-sensor applisens        36

9.4        Sensor de temperatura bs18b20        36

10. PROCESO DE AGUAS ABAJO………………………………………………………………

Bibliografía        37

1. INTRODUCCIÓN

1. Ácido láctico.

El ácido láctico se llama ácido 2-hidroxipropanoico y es uno de los ácidos hidroxicarboxílicos más comunes (Garcia, Arrázola, & Durango, 2010), está formado por tres carbonos: un terminal átomo de carbono es parte de un grupo ácido o carboxilo; el otro El átomo de carbono terminal es parte de un metilo o hidrocarburo grupo; y un átomo de carbono central que tiene un alcohol del grupo carbono (Narayanan, Roychoudhury, & Srivastava, 2004), formando un carbono asimétrico que le da su actividad óptica. Hay dos isómeros ópticos, ácido láctico D (-) y ácido láctico L (+) (Figura 1) y una forma racémica que consta de partes equimolares de las formas L (+) y D (-). (Gopal, Altaf, Naveena, Venkateshwar, & E., 2008); (Vijayakumar, Aravindan, & Viruthagiric, 2008). El isómero D (-) es dañino para el metabolismo humano y puede causar acidosis y descalcificación. (Panesar, Kennedy, Gandh, & Bunko, 2007) El ácido láctico L (+) está clasificado por la FDA como una sustancia GRAS que generalmente se reconoce como segura para su uso como aditivo alimentario (Vijayakumar et al. 2008) (Rojan, Anisha, Madhavan, & Pandey, 2009). Esto de acuerdo a (Garcia et al. 2010 y Narayanan et al. 2004)

Figura 1 Estructuras isoméricas del ácido láctico, adaptado de (Narayanan et al. 2004. P. 2)

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El ácido láctico es un ácido orgánico que se valora por su aplicación en las industrias alimentaria, farmacéutica y química y por su potencial como materia prima para la producción de polímeros biodegradables. Esto se puede lograr por medios químicos o biotecnológicos. La producción química se basa en la reacción de acetaldehído con ácido hidrocianico (HCN) a lactonitrilo, que puede hidrolizarse a ácido láctico. Otro tipo de reacción se basa en la reacción a alta presión de acetaldehído con monóxido de carbono y agua en presencia de ácido sulfúrico como catalizador. La síntesis química tiene la desventaja de que el ácido láctico producido es una mezcla de ácido láctico D y L ópticamente inactivo, razón por la cual el 90% del ácido láctico producido en todo el mundo es producido por biotecnología (Serna & Rodriguez, 2005). Por lo tanto, la producción biotecnológica de ácido láctico ha adquirido una gran importancia industrial con respecto a la síntesis química, ya que utiliza materias primas renovables y respeta el medio ambiente. Esto de acuerdo a (Garcia et al. 2010).

La producción biotecnológica de ácido láctico puede ser llevada a cabo por varios microorganismos clasificados como bacterias, hongos, levaduras, cianobacterias y algas. Cada biocatalizador ha logrado una o más mejoras sobre los demás, como una gama más amplia de sustratos, rendimiento y productividad mejorada, requisitos nutricionales reducidos o pureza óptica mejorada del ácido láctico. El uso de cepas mixtas en la fermentación puede proporcionar combinaciones útiles de vías metabólicas para el uso de materiales complejos y, por lo tanto, mejorar la producción de ácido láctico. Los enfoques de ingeniería genética han sido explotados para mejorar el rendimiento del ácido láctico y la pureza óptica por varios productores de microorganismos. De acuerdo a (Rahman, Tashiro, & Sonomoto, 2013)

1. Propiedades químicas

El ácido láctico es un ácido orgánico débil, el grupo de ácido carboxílico presente en la molécula dona un ion de hidrógeno en presencia de bases (bases orgánicas o inorgánicas. Esto es soluble en agua y miscible en solventes orgánicos, pero insoluble en otros solventes orgánicos, tiene igualmente baja volatilidad. Las formas ópticamente activas y racémicas están en formas líquidas, incoloras y solubles en agua, en su estado puro son partículas sólidas muy higroscópicas con un bajo punto de fusión. (Serna et al. 2005)

Las diversas reacciones características de un alcohol a la cual el ácido láctico (o sus ésteres o amidas) pueden sufrir xantación con bisulfuro de carbono, esterificación con ácidos orgánicos y deshidrogenación u oxigenación para formar ácido pirúvico o sus derivados. Entre otras propiedades se encuentra que las reacciones ácidas del ácido láctico son aquellas que forman sales, estas también sufren esterificación con varios alcoholes. (Narayanan et al. 2004)

1. Propiedades físicas

Las propiedades del ácido láctico son mostradas en la tabla 1.

Tabla 1. Propiedades físicas del ácido láctico. Adaptado de (Narayanan et al. 2004 y Serna et al. 2005)

En estado puro son sólidos altamente higroscópicos de punto de fusión bajo, el cual es difícil de determinar debido a la extrema dificultad de producirlo anhidro; es por esta razón que se manejan rangos en el punto de fusión y punto de ebullición.

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