Producción de ácido lactico

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CINÉTICA DE LA FERMENTACIÓN DE ÁCIDO LÁCTICO EN GLUCOSA Y MAÍZ POR LACTOBACILLUS AMYLOPHILUS[pic 2]

    1MONTAÑEZ, Manuel

        1 Cinética química. Grupo C, Facultad de ingenierías y  

                               arquitectura, Programa de ingeniería química, Universidad de Pamplona.

RESUMEN: la cinética es la rama de la fisicoquímica que estudia la velocidad de una reacción en específico, los factores que la alteran y el mecanismo por el cual los reactivos se transforman en productos, se estudió un modelo logístico del crecimiento de biomasa y la producción de ácido láctico en el proceso de fermentación de glucosa y maíz con diferentes valores de pH ( 5.4 y 7.8), para luego obtener una conversión del 100% de ácido láctico y un rendimiento del 93.2% a partir de la fermentación de la glucosa con pH optimo entre 6 y 6.5, mientras que la fermentación del maíz gastó más tiempo que la de glucosa, se obtuvo un rendimiento del 7.5%  luego de la hidrolisis en la fermentación del maíz y la adición del hidróxido de amonio para graduar el pH se obtuvo una mejora en el rendimiento del 90%, luego se creó un modelado cinético que predice la velocidad de reacción, la concentración obtenida de ácido láctico y otras variables cinéticas trabajadas en el proceso de fermentación, dadas estas variables se pudo concluir que el modelo cinético presenta datos muy similares a los obtenidos en el proceso base usado para crear el modelo cinético  

Palabras Claves: Fermentación, cinética, maíz, glucosa, lactobacillus amylophilus

ABSTRACT: kinetics is the branch of physicochemistry that studies the speed of a specific reaction, the factors that alter it and the mechanism by which the reactants are transformed into products, a logistic model of biomass growth and acid production was studied lactic in the process of fermentation of glucose and corn with different values ​​of pH between 5.4 and 7.8%, to then obtain a conversion of 100% lactic acid and a yield of 93.2% from the fermentation of glucose with an optimum pH between 6 and 6.5, while the fermentation of the corn spent more time than the fermentation of the glucose, a yield of 7.5% was obtained, although after the hydrolysis in the fermentation of the corn and the addition of the ammonium hydroxide to adjust the pH obtained an improvement in performance of 90%, then created a kinetic modeling that predicts the reaction rate, the concentration obtained from lactic acid and other kinetic variables. cas worked in the fermentation process, given these variables it was possible to conclude that the kinetic model presents data very similar to those obtained in the base process used to create the kinetic model

Key Words: Fermentation, kinetics, corn, glucose, lactobacillus amylophilus

1. Introducción

Cinética química

La cinética química es el estudio de los parámetros que afectan las tasas de reacciones químicas. Con este conocimiento, se pueden elegir las condiciones de reacción adecuadas para la promoción de un proceso particular; de hecho, cuando se producen reacciones competitivas, un estudio del mecanismo de reacción identificará los pasos de control de la velocidad.

Asegurando así que las reacciones deseadas son las preferidas.(C. Heald and A. C. K. Smith 1974)  

Los lactobacilos son bacilos grampositivos, que no forman esporas, con un contenido de G + C en el ADN generalmente inferior al 50% en moles. Son estrictamente fermentativos, aero-tolerantes o anaeróbicos, acidúricos o acidófilos y tienen requerimientos nutricionales complejos (por ejemplo, para carbohidratos, aminoácidos, péptidos, ésteres de ácidos grasos, sales, derivados de ácidos nucleicos y vitaminas). No sintetizan porforinoides y, por lo tanto, están desprovistos de actividades dependientes. Las cepas de algunas especies pueden usar porforinoides del ambiente y exhibir actividades de catalasa, reducción de nitritos o incluso citocromos, La pseudo-catalasa se forma en cepas de Lb. mali Con la glucosa como fuente de carbono, los lactobacilos pueden ser homofermentativos, que producen más del 85% de ácido láctico, o heterofermentativos, que producen ácido láctico, CO2, etanol (y / o ácido acético) en cantidades equimolares. En presencia de oxígeno u otros oxidantes, se pueden producir mayores cantidades de acetato a expensas de lactato o etanol, por lo que se gana un mol adicional de A TP a través de la reacción de acetato-quinasa. Por lo tanto, pueden ocurrir variaciones en los productos finales metabólicos. Varios compuestos (por ejemplo, citrato, malato, tartrato, quinolato, nitrato, nitrito, etc.) pueden metabolizarse y usarse como fuente de energía (Sharpe 1981)

Se ha demostrado que el hongo Rhizopus oryzae es capaz de metabolizar el almidón y producir ácido láctico en un proceso de una etapa.  Sin embargo, en las fermentaciones industriales se prefiere el uso de varias especies de Lactohacillus debido a su mayor rendimiento de conversión y su mayor Tasa de metabolismo. Estos cultivos bacterianos son capaces de producir ácido láctico con un rendimiento teórico de más de 80 % basado en el peso del sustrato utilizado. La biosíntesis de ácido láctico por varias especies de Lactobacillus ha sido discutida por Nakamura y Croelel. En el presente estudio se utilizó Lactobacillus amylophihs para producir lactato de amonio a partir de maíz mediante procesos de fermentación. Este anaerobio homofermentativo, faci- lerativo, posee enzimas amilolíticas, lo que le permite convertir directamente el maíz en ácido láctico sin la necesidad de una etapa de prehidrólisis. El ácido producido por el microorganismo es el ácido láctico L- (+) que tiene la configuración correcta desde el punto de vista nutricional. valor para los animales. Se ha demostrado que la configuración del ácido láctico influye significativamente en el metabolismo animal. "Se analizó la cinética de la biosíntesis del ácido láctico, lo que dio como resultado el desarrollo de un modelo matemático para la expresión de la formación del producto y la utilización del sustrato. La fermentación de la glucosa.

Se realizaron fermentaciones de glucosa para simplificar el proceso de modelado y las etapas analíticas subsiguientes. La etapa de hidrólisis durante la fermentación del maíz afecta la tasa aparente de formación del producto y la utilización del sustrato, lo que complica el desarrollo de El modelo y la evaluación de la cinética de fermentación. También se evaluó el efecto del pH en el comportamiento del cultivo y las tasas de biosíntesis del producto y la utilización del sustrato.(Mercier et al. 1992)

El ácido láctico se puede convertir en un poliéster porque contiene un grupo hidroxilo y un grupo car-boxy1. El polilactato es fuerte, altamente transparente, termoplástico, fabricable y se produce fácilmente a partir de ácido láctico. Este polímero se hidroliza a ácido láctico, que se metaboliza a dióxido de carbono y agua por las bacterias en el suelo. El dióxido de carbono se convierte en azúcar por la fotosíntesis, que es la fuente de carbono para el ácido láctico fermentado. Por esa razón, el ácido láctico es un material potencial de polímeros ambientalmente benignos. Si el ácido láctico se puede producir a bajo costo por fermentación, habrá una gran demanda como materia prima para plásticos biodegradables.

 La producción de ácido láctico por síntesis química tiene la desventaja de que el producto obtenido es una mezcla de ácido D y L-láctico. El ácido L-láctico de alta pureza óptica se polimeriza a polímero de alto cristal que es adecuado para fibra y película orientada. Además, como material ópticamente activo, se espera que el ácido L-láctico sea útil para la producción de cristales líquidos. Por lo tanto, es muy importante producir ácido L-láctico de alta pureza óptica por fermentación. Se ha producido ácido L-láctico con una pureza óptica de entre el 40% y el 100% utilizando Streptococcus faecalis (6), Lactobacillus helvetics, Lactobacillus amylophilus , Lactobacillus delbruekii y otras bacterias. Sin embargo, se sabe que los requisitos nutricionales de las bacterias del ácido láctico son generalmente altos  Para la producción de ácido láctico fuera de la industria alimentaria, las bacterias del ácido láctico no deben utilizarse necesariamente, ya que en muchos de estos casos no es necesario considerar el sabor y el sabor. Se ha informado la producción industrial de ácido L-láctico utilizando Rhizopus oryzae . Sin embargo, el tiempo de fermentación requerido para usar estas células fúngicas fue muy largo, y la pureza óptica del ácido láctico producido no se mencionó en estos informes. En el presente estudio, se cultivaron cinco cepas de Bacillus en medios simples para producir ácido láctico, y la pureza óptima del ácido L-láctico producido se determinó por HPLC. (Ohara and Yahata 1996)

En el presente estudio, el hidrolizado de almidón de trigo de una harina de trigo integral que contiene salvado y gluten se usó como sustrato. Este sustrato puede suministrar suficientes nutrientes para algunos organismos. Shamala et al. creció L. plantarum en almidones con salvado de trigo hidrolizado como suministro de nutrientes ", mientras que Javanainen et al. Produce ácido láctico a partir de harina de cebada sin nutrientes adicionales. La adición de extracto de levadura se investigó en el presente estudio para determinar(Hofvendahl and Hahn-Hägerdal 1997)

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