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Produção de Ácido Cítrico
Carolina S. C. Martin Octavio Lomonaco
Rafael MarsonTamara Poletti de Melo
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INTRODUÇÃO
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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.
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As propriedades físicas do ácido cítrico estão resumidas na Tabela
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Processo Koji
Processo de fermentação em superfície
Processo de fermentação por cultura submersa
Principais métodos de obtenção
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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
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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.
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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.
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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.
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Microorganismos produtores do ácido cítrico
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Leveduras: Yarrowia lipolytica estritamente aeróbias dimorfismo consomem alcanos, ácidos graxos, ácidos
orgânicos, proteínas e alguns açúcares (principalmente
glicose)
Microorganismos produtores
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Fungos filamentosos: Aspergillus niger e Aspergillus wentii
heterotróficos aeróbios obrigatórios (maioria) produzem enzimas (hidrólise do substrato)
Microorganismos produtores
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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
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Reino: Fungi Filo: Ascomycota Subfilo: Pezizomycotina Classe: Eurotiomicetos Ordem: Eurotiales Família: Trichocomaceae Genero: Aspergillus
Aspergillus niger
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Aspergillus niger
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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
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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
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Seleção da linhagem
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Bioquímica
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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
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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
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Meio de cultivo para fungos:
Meio de cultivo para o A. niger:
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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).
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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
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Reações anapleróticas para regeneração do oxaloacetato:
Aconitase inibida
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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.
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Transporte de citrato para fora da mitocôndria:
pH baixo favorece o transporte do citossol para a membrana externa do fungo
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Processos
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Processos de Produção
Processo Koji de FermentaçãoProcesso de Fermentação em Superfície
Fermentação por Cultura Submersa
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• Processo Koji:
• Aumento da produção: Adição de 3%-7% de massa filtrada de fermentação de ácido glutâmico.
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• 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
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• Fermentação por Cultura Submersa
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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.
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Mercado
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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
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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.
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Aplicação
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Cerca de 70% da produção deste ácido é utilizada pela indústria de alimentos, 12% pela indústria farmacêutica e 18% por outras indústrias.
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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
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Na indústria de confeitos. Onde controla a inversão de açúcar, otimizando as caracterís- ticas de fixação do gel, fornecendo acidez e realçando o sabor.
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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
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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
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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
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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;
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Bibliografia
![Page 46: Carolina S. C. Martin Octavio Lomonaco Rafael Marson Tamara Poletti de Melo](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062512/552fc180497959413d8f1cea/html5/thumbnails/46.jpg)
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http://aspergillusblog.blogspot.com.br/
http://de.wikipedia.org/wiki/Citronens%C3%A4ure#Herstellung_aus_Zitrusfr.C3.BCchten