Quimica

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Producción de Ácido Cítrico

El ácido cítrico es un constituyente natural de los frutos cítricos. Hasta 1920, la mayor exigencia del mismo era satisfecha primeramente por la extracción a partir de limones, y el país que tenía la mayor producción era Italia.

Luego, comenzó a investigarse su obtención a través de la fermentación de medios azucarados por hongos, especialmente Aspergillus. Enépocas más cercanas, el desarrollo de esta fermentación oxidativa creció enormemente y hoy satisface la producción de todo el consumo mundial de bebidas gasificadas.

Microorganismos empleados

Los organismos que se utilizan actualmente en la industria son los hongos del género Aspergillus (A. Niger y A. Wentii). Las cepas empleadas se reproducen sólo por vía agámica.

En la superficie delos medios de cultivo líquidos en reposo forman un micelio espeso. En medio agitado, con aireación adecuada, crece en forma sumergida en forma de esferitas (peletas) constituidas por hifas enrolladas sobre sí mismas. Para una buena fermentación, la peleta no debe tener un diámetro superior a 1-1.5mm, y su concentración, variar entre 120.000 y 240.000/litro.

Estos tipos de hongos se aíslannormalmente a partir del suelo, aunque están muy difundidos en otros hábitats naturales.

Quimismo

El ácido cítrico es un compuesto intermediario del Ciclo de Krebs. Según este ciclo, cada mol de ácido cítrico se forma por condensación de los ácidos acético y oxalacético, y este último proviene de la oxidación del ácido cítrico. En otras palabras, puede decirse que la formación de cada mol deácido cítrico implica la destricción de otro mol del mismo ácido.

Sin embargo, las cepas de Aspergillus utilizaas en la industria permiten acumular ácido cítrico brindando rendimientos superiores al 80% del azúcar consumido. Esto significa, obviamente, que en estas cepas el proceso de demolición es menos intenso que el de formación. En efecto, se ha demostrado la existencia de poca aconitasa, laenzima que transporma el ácido cítrico en ácido cis-aconítico y que, por otro lado, estas cepas puede fijar CO2 al ácido pirúvico, formando ácido osal-acético, y no depender del ácido oxal-acético proveniente de la utilización del ácido cítrico.

De acuerdo a esto, el esquema de formación es el siguiente: un mol de hexosa es transformado en dos moles de ácido purúvico (glicolisis), una de lascuales es oxidada a ácido acético y CO2. Este CO2 se fija a la otra molécula de ácido pirúvico formando ácido oxal-acético. Luego, como en el ciclo de Krebs normal, los ácidos acético y oxalacético se condensan. En el Cuadro 1 se compara el Ciclo de Krebs de A. Niger productor de ácido cítrico , con un ciclo normal.

Cuadro 1: Esquematización del Ciclo de Krebs normal (izquierda) y del Ciclode Krebs en cepas de A. Niger productoras de ácido cítrico


Debe evitarse en lo posible la formación de ácido oxálico, producto del quimismo que aparece especialmente cuando el pH del medio se halla por encima de 2, aunque no para todas las cepas. Este ácido se forma a partir de los ácidos isocítrico y málico, ambos intermediarios del Ciclo de Krebs.

Ac. Isocítrico _____ ac. Succínico +ac. Glioxálico

Ac. Oxálico

Ac. Málico ______ ac. Acético + ac. glioxálico

Ac. Oxálico

Materias primas

Fuentes de C: muchas sustancias orgánicas pueden ser fermentadas con producción de ácido cítrico. Sin embargo, los mayores rendimientos se obtienen usando sacarosa y fructosa. La glucosa puede dar buenos rendimientos, próximos a los de sacarosa, pero en condiciones detrabajo más difíciles.

Industrialmente se fermentan soluciones de sacarosa de una concentración comprendida entre 12 y 20%, obtenidas por disolución directa o por adecuada dilución de melazas de caña de azúcar o remolacha.

Fuente de N: en los medios sintéticos se agregan sales nitrogenadas, generalmente NO3NH4 (0.15-0.25%). Usando melaza normalmente no es necesario agregar sustancias...
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