INGENIERIA DE LAS REACCIONES BIOQUIMICAS -2011

PRODUCCIN

BIOTECNOLGICA

DE

CIDO LCTICO.

INTEGRANTES:

CORDOBA, Mara Victoria.

MAMAN, Arminda Noem.

SAFFE, Alejandra.

U.N.S.J

Crdoba- Maman-Saffe

2

Introduccin............................................................................................................. 3

Propiedades..4

Produccin Industrial...6

Metabolismo de hexosas ...................................................................................... 10 Microorganismo elegido ........................................................................................ 11

Caractersticas del Gnero.........11

Conservacin de la cepa ....................................................................................... 12 Cintica de crecimiento ......................................................................................... 13 Composicin del medio de cultivo ......................................................................... 14 Esterilizacin de equipos ...................................................................................... 15 Biorreactor, accesorios y equipos de control ........................................................ 16

Mtodo de cultivo........17

Preparacin del inculo .................................................................................. 17

Cultivo en quimiostato...17

Determinacin de glucosa y cido lctico ............................................................. 18 Fermentacin en sistema continuo ....................................................................... 19 Recuperacin y Purificacin ................................................. .20

Esquema del Proceso de produccin.22

Usos y Especificaciones ....................................................................................... 22 Problema ............................................................................................................... 24 CONCLUSIONES ................................................................................................. 26 Anexos .................................................................................................................. 27 Bibliografia ............................................................................................................ 31

U.N.S.J

Crdoba- Maman-Saffe

3

Introduccin:

El cido lctico es un compuesto orgnico de amplia aplicacin en las industrias

qumica, farmacutica, textiles y debido a sus propiedades benficas se utiliza mucho

en la industria alimentaria (bebidas, conservantes, etc.)

Es uno de los primeros cidos orgnicos descubiertosn 1780 por el qumico sueco

Scheele, quien lo aisl de leche agria, fue reconocido como producto de fermentacin

por Blondeaur en 1847 y tan solo en 1881, Littlelon inicia la fermentacin a escala

industrial.

Industrialmente se fabrica o puede obtenerse como producto metablico de la

fermentacin controlada de cualquier medio que contenga carbohidratos, como del

azcar de las melazas, de la glucosa del maz o de la lactosa del suero de la leche,

etc., y por la accin de diversos microorganismos.

Se presenta bajo tres formas:

- Dextrgira.

- Levgira.

- Racmica.

El cido comercial es de la forma inactiva o racmica, constituida por una mezcla de

las formas dextrgira y levgira, y se vende en solucin con un 22, 44 u 85% de cido

y algunas impurezas orgnicas.

Este cido est muy diseminado en la naturaleza; se presenta como un componente

normal de la sangre y los msculos de los animales.

U.N.S.J

Crdoba- Maman-Saffe

4

Propiedades:

El cido lctico es un componente ternario, formado por tres elementos carbono,

hidrogeno y oxigeno. Es soluble en agua y en disolventes orgnicos misibles con

agua, como el alcohol y la acetona, pero en general, los alcoholes son ms eficaces en

la extraccin del cido lctico.

A continuacin se muestran en la tabla 1 y 2, las ms importantes:

(Fuente: Tesis de grado para materia en ingeniera qumica. Universidad Autnoma de Nuevo Len. Francisco Antonio Dautant Semprum.)

U.N.S.J

Crdoba- Maman-Saffe

5

(Fuente: Tesis de grado para materia en ingeniera qumica. Universidad Autnoma de Nuevo Len. Francisco Antonio Dautant Semprum.)

Tiene un carbono asimtrico lo cual da lugar a actividad ptica. Existen dos ismeros

pticos, el D (-) lctico y L (+) lctico y una forma racmica constituida por fracciones

equimolares de las formas L (+) y D (-). A diferencia del ismero D (-), la configuracin

L (+) es metabolizada por el organismo humano. Tanto las dos formas pticamente

activas como la forma racmica se encuentran en estado lquido, siendo incoloros y

solubles en agua. En estado puro son slidos altamente higroscpicos de punto de

fusin bajo. Ambas formas isomricas del cido lctico pueden ser polimerizadas y se

pueden producir polmeros con diferentes propiedades dependiendo de la

composicin.

Esteroismeros del cido lctico

U.N.S.J

Crdoba- Maman-Saffe

6

Produccin Industrial:

El cido lctico puede ser obtenido por va qumica o biotecnolgica.

La produccin qumica, est basada en la reaccin de acetaldehdo con cido

cianhdrico (HCN) para dar lactonitrilo, el cual puede ser hidrolizado a cido lctico;

otro tipo de reaccin se basa en la reaccin a alta presin de acetaldehdo con

monxido de carbono y agua en presencia de cido sulfrico como catalizador.

La obtencin por esta ruta incluye mltiples reacciones hasta obtener el producto

final, tales como:

Adicin de cido cianhdrico a acetaldehdo.

Hidrolisis de lactonitrilo.

U.N.S.J

Crdoba- Maman-Saffe

7

Esterificacin del cido y posterior destilacin azeotrpica..

Hidrolisis del ster obtenido.

La sntesis qumica tiene la desventaja que el cido lctico producido es una

mezcla de cido lctico D y L y es pticamente inactivo por lo cual, el 90% del

cido lctico producido en el mundo es elaborado por va biotecnolgica, ya

que por esta ltima va se obtiene cido lctico pticamente puro.

La produccin biotecnolgica est basada en la fermentacin de sustratos ricos

en carbohidratos por bacterias u hongos y tiene la ventaja de formar enantimeros

D (-) o L (+), pticamente activos y depende de:

El tipo de microorganismo utilizado.

La inmovilizacin o recirculacin del microorganismo.

El pH, la temperatura, la fuente de carbono, la fuente de nitrgeno.

El modo de fermentacin empleado y la formacin de subproductos.

La principal desventaja de la produccin biotecnolgica es el alto costo que

ocasionan su aislamiento y purificacin. Los factores limitantes en la produccin de

cido lctico por la va biotecnolgica son principalmente, la baja concentracin de

bacterias lcticas en el sistema y la inhibicin del crecimiento por el producto.

Cuando se utilizan bacterias en la produccin por fermentacin, se busca que

stas sean preferiblemente termfilas, que fermenten rpida y completamente

sustratos baratos, con adicin mnima de nutrientes nitrogenados, que crezcan en

condiciones de valores reducidos de pH (acidfilos), que presenten poca produccin

U.N.S.J

Crdoba- Maman-Saffe

8

de biomasa y una despreciable cantidad de subproductos. Las bacterias que

pueden utilizarse para la produccin de cido lctico son cocos y bacilos Gram

positivos, anaerobios facultativos (crecen en presencia y ausencia de O2 pero

crecen mejor con O2), no esporulados, inmviles y catalasa negativo,

pertenecientes a los gneros Lactobacillus (Lb), Carnobacterium, Leuconostoc

(Leu), Pediococcus (Pd), Streptococcus (Str), Tetragenococcus. Lactococcus (Lc),

Vagococcus. Enterococcus (Ent), Aerococcus y Weissella. La mayora de las

especies pertenecientes a estos gneros tienen alta tolerancia a pH por debajo de

5. Esta tolerancia cida les da ventajas competitivas sobre otras bacterias; la

temperatura ptima de crecimiento vara entre gneros y est en un rango de 20C

a 45C. Las bacterias del cido lctico (LAB) tienen requerimientos nutricionales

complejos debido a su limitada habilidad para sintetizar aminocidos y vitamina B

por lo tanto ellas se encuentran en la naturaleza en ambientes nutricionalmente

ricos. La mayora de LAB producen nicamente una forma isomrica de cido

lctico. Las especies del gnero Lactobacillus por ejemplo, producen adems de

formas isomricas L (+) y, D (-), una mezcla racmica de ambos ismeros.

Para la produccin industrial de cido lctico son de mayor importancia las

bacterias lcticas homofermentativas, aquellas que slo producen cido lctico. Los

mayores productores de cido lctico pertenecen a las familias Streptococcaceae

(gneros Streptococcus, Lactococcus, Leuconostoc, Pediococcus, Aerobacter y

Gemella) y Lactobacillaceae (gnero Lactobacillus).

Las Bacterias Heterofermentativas no se utilizan industrialmente porque producen

adems del cido lctico, otros cidos voltiles (cido actico), glicerol y dixido de

carbono (CO2).

U.N.S.J

Crdoba- Maman-Saffe

9

Los Hongos tampoco son utilizados, puesto que en trabajos realizados a escala

industrial reportan bajos rendimientos y los productos obtenidos no poseen la calidad

deseada, lo que ha originado que el uso de hongos en estos procesos sea casi nulo.

(Fuente: Tesis de grado para materia en ingeniera qumica. Universidad Autnoma de Nuevo Len.

Francisco Antonio Dautant Semprum.)

El presente trabajo de investigacin tiene como objetivo la produccin de

cido lctico utilizando bacterias del gnero Lactobacillus.

U.N.S.J

Crdoba- Maman-Saffe

10

Metabolismo de hexosas:

La fermentacin de hexosas se realiza por tres vas:

La estequiometria clsica de la fermentacin homolctica es la siguiente:

C6H12O6+2ADP+2Pi---->2CH3 -CHOH -COOH+2ATP (l) (va anaerbica)

En la produccin biotecnolgica de cido lctico con bacterias del gnero

Lactobacillus, se utilizan como sustratos, sacarosa proveniente de azcar de caa y

remolacha azucarera, lactosa proveniente de lactosuero y dextrosa procedente de

almidn hidrolizado; la sacarosa refinada y glucosa son los ms utilizado pero debido a

que el azcar puro es de alto costo se han venido investigando otros sustratos para

disminuir los costos de produccin. Materiales celulsicos, licores sulfticos, granos

daados, sustratos amilceos disponibles en la forma de desechos agrcolas y

porciones comestibles de granos y tubrculos sirven como materia prima para su

produccin.

U.N.S.J

Crdoba- Maman-Saffe

11

Sin embargo, la produccin de cido lctico de estas fuentes renovables requiere

de los siguientes pasos:

I. hidrlisis del sustrato hasta azcares fermentables;

II. fermentacin de azcares a cido lctico;

III. separacin de biomasa y partculas slidas del medio de

fermentacin;

IV. purificacin del cido lctico obtenido.

Microorganismo elegido:

Para la produccin de cido lctico se eligi estudiar la cepa Lactobacillus

plantarum L10 cultivado en un sistema continuo, utilizando un medio de fermentacin

de composicin adecuado para facilitar el proceso de aislamiento y purificacin del

producto.

La cepa Lactobacillus plantarum L10 es homolctica y puede degradar solo

hexosas.

Caractersticas del gnero:

El gnero Lactobacillus est comprendida por bacterias en forma bacilar de 0,5

1,2 x 1,0 10,0 m, comnmente se asocian en cadenas cortas, microaerfilas

(requieren una baja y estricta concentracin de O2), catalasa y citocromo negativos.

Excepcionalmente pueden poseer motilidad, se mueven ayudados por flagelos

peritricos.

U.N.S.J

Crdoba- Maman-Saffe

12

Los lactobacilos son auxtrofos quimioorganotrficos (la energa llega al organismo

de modo indirecto, proviene de la oxidacin de materia orgnica, suministra energa

qumica), necesitan medios complejos para su crecimiento, degradan la sacarosa para

producir lactato. La temperatura ptima de crecimiento de los lactobacilos est entre 30

40 C. Su hbitat natural es variado pudindolos encontrar en el aparato

gastrointestinal de mamferos y aves, incluyendo alimentos de origen vegetal y animal.

Conservacin de la cepa:

La cepa Lactobacillus plantarum L10 se conserva a una temperatura de 80 C en

una cmara de congelacin profunda, para evitar la contaminacin y el envejecimiento

del cultivo. El medio de conservacin est compuesto de 2/3 partes de suspensin de

bacterias lcticas en medio MRS (medio de agar para evidenciar el crecimiento de

lactobacilus) y de 1/3 parte de glicerol como crioprotector. Las clulas en suspensin

se colectaron en la fase exponencial de su crecimiento.

U.N.S.J

Crdoba- Maman-Saffe

13

Cintica de crecimiento:

La constante de velocidad especfica de crecimiento (Ec.1) para cada microorganismo

a partir del modelo exponencial propuesto por Shuler y Kargi, (Ec. 2).

Donde X0: clulas iniciales /mL (Inicio de la fase exponencial de crecimiento,

0 h)

X1: clulas finales/mL (Z h de fermentacin);

t: Diferencia de tiempo en h;

: Velocidad especfica de crecimiento en h-1.

Ecuacin de formacin de acido lctico:

Ecuacin de consumo de sustrato:

Ecuacin de Monod

Ecuacin para la biomasa:

Ecuacin de Monod

U.N.S.J

Crdoba- Maman-Saffe

14

Composicin del medio de cultivo:

El medio de cultivo esta compuestos de glucosa como fuente de carbono, extracto

de levadura como fuente compleja de nitrgeno y sales: KH2PO4; (NH4)2HPO4; citrato

de amonio; MgSO4. 7H2O y MnSO4. 4H2O. El pH del medio es 5,8.

La concentracin ptima del medio de cultivo en (g/l) para Lactobacillus plantarum

L10 corresponde al medio II de la siguiente tabla.

Tabla4.

(Fuente: Produccin de acido lctico por Lactobacillus plantarum L10 Autores: Waldir Estela, Mojmr Rychtera, Karel

Melzoch, Elena Quillama y Erida Egoavil. Ao: 2007-publicacion. Rev. peru. biol. 14(2): 271-275 (Diciembre, 2007).

Los medios con ms de 40 g/L de glucosa se deben esterilizar por separado tanto la

fuente de carbono como la fuente de aminocidos (extracto de levadura), a fin de

proteger de la posible reaccin de Maillard (glucosilacin no enzimtica de protenas).

U.N.S.J

Crdoba- Maman-Saffe

15

Para facilitar el proceso de aislamiento y purificacin del producto final, segn estudios

realizados y publicados en Rev. peru. biol. 14(2): 271-275 (Diciembre 2007), se debe

disminuir el contenido de sales en la composicin de los medios de cultivo y por otra

parte minimiza el contenido de glucosa residual en el producto final. Lo cual se puede

observer en la taba 4 al comparar las concentraciones de medio I y II, por lo que

resulta ms adecuado el medio II.

Esterilizacin de equipos:

Para eliminar el riesgo de contaminacin deben esterilizase los medios de cultivo,

el biorreactor y otros accesorios (tubos capilares, mangueras, embudos, caeras,

vlvulas, etc.).

Para nuestro caso en particular se puede realizar una ptima esterilizacin en

autoclave a presin de 0,1 MPa, y 120 C, durante 20 minutos para volmenes

pequeos y para los volmenes grandes incluyendo el bioreactor durante 45 minutos.

Segn los datos publicados en Rev. peru. biol. 14(2): 271-275 (Diciembre, 2007)

Facultad de Ciencias Biolgicas UNMSM *.

U.N.S.J

Crdoba- Maman-Saffe

16

Biorreactor, accesorios y equipos de control:

El biorreactor elegido consiste en un tanque agitado para clulas inmovilizadas,

conectado a una unidad de medicin y regulacin. El cul debe estar provisto tambin

de un agitador de turbina con empaquetaduras mecnicas hermticas debido a que

con este tipo de reactor se consigue:

Mantener las clulas uniformemente distribuidas en todo el volumen de

cultivo a fin de prevenir la sedimentacin o la flotacin.

Mantener constante y homognea la temperatura y el pH.

Minimizar los gradientes de concentracin de nutrientes.

Suministrar oxgeno a una velocidad tal que satisfaga el consumo (baja en

este caso)

El diseo debe ser tal que permita mantener el cultivo puro; una vez que

todo el sistema ha sido esterilizado y posteriormente sembrado con el

microorganismo deseado.

El reactor debe poseer tambin una unidad de regulacin, para lo cul se puede

utilizar tres bombas peristlticas, dos de ellas para regular el pH, y la tercera para la

alimentacin con algn sustrato o agente antiespumante. El pH por ejemplo se regula

on line con soluciones de NaOH y H2SO4 al 20 %v/v (*).Para la aireacin del medio

de fermentacin, el biorreactor debe poseer un conducto para dirigir el aire estril hacia

su interior. La temperatura tambin se debe controlar, por ejemplo mediante una sonda

que se sumerge en el medio de cultivo dentro del biorreactor (*). Es recomendable que

todos los procesos de cultivo se monitoreen con un software que a la vez coleccione

los datos en una computadora conectada a la unidad de medicin del biorreactor.

(*)Este sistema de control y monitoreo expuesto se basa en el descripto en Rev. peru. biol. 14(2): 271-275

(Diciembre, 2007) Facultad de Ciencias Biolgicas.

U.N.S.J

Crdoba- Maman-Saffe

17

METODOS DE CULTIVO:

Preparacin del inculo:

La propagacin de las bacterias lcticas se lleva a cabo en cultivo esttico a 37 C

durante 1012 horas, luego de ello se inocula aspticamente en el biorreactor. El

inculo se prepara en dos vasos Erlenmeyer de 250 ml conteniendo en cada uno 100

ml de medio de cultivo MRS.

Cultivo continuo en quimiostato:

Se realizan 6 ensayos a diferentes tasas de dilucin (D). Todos los cultivos se

inician como cultivo batch usando el medio V, luego de un determinado tiempo, cuando

los cultivos alcanzan la fase exponencial de crecimiento se comienza a suministrar el

medio 6 y a evacuar la misma cantidad del medio fermentado. Todo el proceso se

lleva a cabo a 37 C, pH 5,8 y a velocidad de agitacin de 500 r.p.m.

U.N.S.J

Crdoba- Maman-Saffe

18

Para la determinacin de los coeficientes de rendimiento y productividad

volumtrica se alcanza el equilibrio, el que se considera cuando los valores de

concentracin de acido lctico, glucosa y biomasa no se modifican significativamente.

Fuente: Rev. Per. biol. 14(2): 271-275 (Diciembre, 2007) Facultad de Ciencias Biolgicas.

Determinacin de glucosa y cido lctico:

La concentracin de glucosa y lactato de sodio se determinan por HPLC. Las

muestras se colectaron cada dos horas. Con las muestras se determina la

concentracin de biomasa seca, glucosa y lactato, que es convertido a su

equivalente en acido lctico. El volumen mnimo de muestra colectada es de 10 ml.

Para realizar el anlisis es necesario que las muestras colectadas estn libres de

clulas y otros compuestos en suspensin. El equipo utilizado esta provisto de un

detector de ndice de refraccin. El HPLC est conectado adems a una

computadora para la adquisicin de datos.

U.N.S.J

Crdoba- Maman-Saffe

19

Para la evaluacin de los datos obtenidos, se utiliza el programa

Chromatography Station for Windows (CSW). Las concentraciones de glucosa y

lactato se calculan finalmente utilizando las curvas de calibracin de cada

compuesto, las cuales han sido determinados previamente en el laboratorio.

Fermentacin en sistema continuo :

La corriente de producto posee la misma composicin que el lquido presente en

el reactor; esto es posible mediante el uso de clulas microbianas inmovilizadas en

carragenato, alginato, polietilenamida, poliuretano, aceites, frutas, etc.

La efectividad del proceso biotecnolgico de produccin del cido lctico puede ser

medida como la concentracin de cido lctico producido, el rendimiento en cido

lctico basado en el sustrato consumido y como la velocidad de produccin de cido

lctico. La separacin continua del cido lctico del medio de fermentacin, permite

obtener las ms altas concentraciones del mismo. Por otro lado, la inmovilizacin de

las clulas no siempre incrementa el rendimiento y la productividad en cido lctico. La

fermentacin en continuo da en la mayora de los casos mayores concentraciones y

mayores rendimientos, comparado con la fermentacin en discontinuo. Altas o iguales

concentraciones de cido lctico se consiguen adems manteniendo constante el pH a

5,8 durante la fermentacin. La temperatura de fermentacin tambin tiene influencia

en la produccin de cido lctico.

U.N.S.J

Crdoba- Maman-Saffe

20

Recuperacin y Purificacin:

La separacin, pre concentracin y purificacin del cido lctico obtenido de los

medios de fermentacin es difcil debido a la alta afinidad del cido por el agua y a su

baja volatilidad. Los tratamientos posteriores depender de la pureza deseada e

incluyen:

Tratamiento con carbn activado.

Purificacin con resinas de intercambio inico

Extraccin con solventes o esterificacin con metanol seguido por destilacin e

hidrlisis.

Sin embargo, con el fin de limitar los residuos generados en el proceso, se han

desarrollado otros mtodos de recuperacin y purificacin que incluyen clarificacin de

medios de fermentacin por microfiltracin con flujo cruzado, tratamiento con resinas,

concentracin de sales de lactato por electrodilisis, conversin de sales de lactato en

cido libre por electrodilisis con membrana bipolar y tratamientos de intercambio

inico.

Comparado con tcnicas de adsorcin, precipitacin o filtracin por membranas, el

mtodo de extraccin por solventes con componentes organofosforados, aminas

terciarias o amonios cuaternarios; es ms selectivo y favorece la eficiencia del proceso

y la pureza del producto obtenido, sin embargo los solventes orgnicos plantean dos

problemas: son txicos para los microorganismos y el pH optimo de la extraccin y de

la fermentacin no coinciden, por lo que se ha propuesto el uso de membranas

polimricas de Triacetato de celulosa con sales de amonio cuaternario como fase

mvil y o-nitrofeniloctil eter como plastificante, para la separacin in situ de cido

lctico.

U.N.S.J

Crdoba- Maman-Saffe

21

En cuanto a la electrodilisis, es un proceso que ha sido diseado para separar,

purificar y concentrar sales de cidos de medios de fermentacin; la electrodilisis

convencional, es una tecnologa de separacin por membrana en la cual los iones son

transportados a travs de una membrana de intercambio inico de una solucin a otra,

bajo la influencia de un potencial elctrico. Esta puede utilizarse simultneamente a la

fermentacin empleando un sistema de recirculacin. El mtodo permite separar el

cido a medida que se produce, eliminando la necesidad de agregar agentes

neutralizantes. Con este mismo mtodo, lograron aumentar la productividad 1,5 veces,

comparado con la electrodilisis convencional.

Para este caso en particular, la recuperacin del producto consiste el realizar una

filtracin a la corriente de salida del reactor para recuperar las clulas inmovilizadas

que puedan haber escapado del reactor. Luego se realiza una concentracin por

microfiltracin. Por ltimo se utiliza una electrodilisis para realizar la concentracin

final y purificacin del acido lctico.

U.N.S.J

Crdoba- Maman-Saffe

22

Esquema del proceso de produccin:

Usos y Especificaciones:

El cido lctico y sus derivados como sales y steres son ampliamente utilizados

en la industria alimenticia, qumica, farmacutica, del plstico, textil, la agricultura,

alimentacin animal entre otros.

En la industria alimenticia se usa como acidulante y conservante. Las industrias

qumicas lo utilizan como solubilizador y como agente controlador de pH. En las

curtiembres es utilizado para remojar los cueros. En la produccin de pinturas y

resinas, puede ser utilizado como solvente biodegradable.

U.N.S.J

Crdoba- Maman-Saffe

23

En la industria farmacutica, sus sales de hierro y calcio tienen un importante uso

en la produccin de drogas. En la industria textil ayuda en el teido e impresin. En la

agricultura se utiliza como acidulante y en la industria de plsticos es utilizado como

precursor del cido poli lctico (PLA), un polmero biodegradable con interesantes

usos en la industria y la medicina; se considera que sta es la principal aplicacin del

cido y la causa por la cual ha aumentado considerablemente su demanda.

Las especificaciones de calidad dependen del uso.

En la siguiente tabla se muestran las especificaciones del cido lctico en la

industria farmacutica y en la industria de alimentos.

U.N.S.J

Crdoba- Maman-Saffe

24

Problema:

En un proceso de produccin de cido Lctico a partir de Lactobacillus Plantarum

L10, se desea esterilizar en medio de cultivo con un caudal de 2 m3/h mediante

intercambio de calor con vapor en un esterilizador continuo. El lquido contiene esporas

bacterianas en una concentracin de 5 x 1012 m-3. La energa de activacin y la

constante de Arrhenius para destruccin trmica de estos contaminantes son 283

KJ/mol y 5.7 x 1039 1/h, respectivamente. Se considera aceptable un riesgo de

contaminacin de un organismo superviviente en cada 60 das de operacin. La

tubera de esterilizador tiene un dimetro interno de 0.1 m. La longitud de la seccin

isoterma es de 24 m. La densidad del medio de cultivo es 1000 kg/m3 y la viscosidad

3.6 kg/m h. Qu temperatura se necesita en el esterilizador?

Solucin:

El nivel deseado de destruccin celular se calcula tomando como base 60 das.

Ignorando cualquier muerte celular en las secciones de calentamiento y enfriamiento,

el nmero de clulas que entran a la seccin isoterma en 60 das es:

3 1 12 3 16

1

242 (5 10 ) (60 ) 1.44 10

1

hN m h x m d x

d

N2, el nmero aceptable de clulas que salen durante dicho perodo es 1. Por lo tanto:

172

16

1

16.9 10

1.44 10

Nx

N x

La velocidad lineal en el esterilizador es igual al caudal volumtrico dividido por el

rea de la seccin transversal de la tubera:

3 11

2

2254.6

0.1( )

2

m hm h

m

U.N.S.J

Crdoba- Maman-Saffe

25

Para calcular el Peclet Pe debe conocerse previamente el valor de Da de la figura

13.40:

1 33

1 1

(0.1 ) (254.6 ) (1000 )7.07 10

3.6e

D m mh kgmR x

kg m h

Utilizando la curva experimental o la terica de la figura se obtiene el valor de Da. Si se

elige la curva experimental se obtiene un valor mayor de Da y uno menor de Pe, por lo

que el diseo del esterilizador ser ms conservador.

Por lo tanto

1 2 1

2 0.65(254.6 )(0.1 ) 16.6D mh m m h h

11

2 1

2

(254.6 ) (24)) 445.6

16.6e

L mhP h

D m h

Utilizando la figura 13.41 puede calcularse el valor de kd para el nivel de destruccin

deseado. Da correspondiente a N2/N1= 6.9 x 10-13 y Pe= 368 es alrededor de 42.

Por lo tanto:

11(254.6 ) (42)) 445.6

24

ad

D mhk h

L m

La temperatura de esterilizacin puede calcularse tras reordenar la ecuacin,

dividiendo ambas partes por A y tomando logaritmos neperianos se obtiene:

ln d dk E

A RT

Por lo tanto:

3 1

1 1

1

39 1

283 10

8.3144398.4 125

445.6ln ln

5.7 10

d

d

x J molE

J K molRT K C

k h

A x h

U.N.S.J

Crdoba- Maman-Saffe

26

CONCLUSIONES:

A pesar de que la produccin industrial de cido lctico se inici hace ya ms de

cien aos, la investigacin sigue an muy activa, esto es debido bsicamente a dos

factores: las nuevas aplicaciones que se le han encontrado al cido por la posibilidad

que ofrece de polimerizarse y producir plsticos biodegradables; y el costo, que resulta

alto para aplicaciones a gran escala. Los investigadores proponen disminuir los costos

de produccin mediante el empleo de sustratos ms baratos como desechos agro

industriales, a travs del uso de microorganismos ms eficientes y mediante la

configuracin de procesos integrados de purificacin que permiten obtener L(+) y D(

-) cido lctico puro. Por otro lado, la eficacia del proceso biotecnolgico que se mide

en trminos de concentracin de cido lctico, rendimiento en producto relacionado

con el sustrato consumido y velocidad de produccin, es muy variado y stos

parmetros dependen del microorganismo utilizado, de la fuente de carbono, de la

fuente de nitrgeno, del pH, la temperatura y del modo de fermentacin.

U.N.S.J

Crdoba- Maman-Saffe

27

Anexos:

A continuacin se listan algunos sustratos de fermentacin lctica diferentes a

glucosa y lactosa pura y se muestran las concentraciones, los rendimientos y las

productividades volumtricas obtenidas con stos sustratos. Luego se listan tambin

sustratos puros para la fermentacin lctica.

U.N.S.J

Crdoba- Maman-Saffe

28

U.N.S.J

Crdoba- Maman-Saffe

29

U.N.S.J

Crdoba- Maman-Saffe

30

Mecanismo de fermentacin lctica:

U.N.S.J

Crdoba- Maman-Saffe

31

Bibliografa:

Estudios sobre la produccin de cido lctico a partir de un proceso de fermentacin de melaza. Tesis de grado para materia en ingeniera qumica. Universidad Autnoma de Nuevo Len. Francisco Antonio Dautant Semprum.

Produccin de cido lctico por Lactobacillus plantarum L10 Autores: Waldir Estela, Mojmr Rychtera, Karel Melzoch, Elena Quillama y Erida Egoavil. Ao: 2007-publicacion. Rev. peru. biol. 14(2): 271-275 (Diciembre, 2007).

Produccin biotecnolgica del cido lctico. www.bio.hotmail.com

Produccin Industrial del cido poli lctico. www.leia.com

U.N.S.J

Crdoba- Maman-Saffe

32