PRODUCCIÓN DE ÁCIDOS CÍTRICOS

Bibliografía

QUINTANA, Hospidio A. Proceso de la producción de ácidos cítricos. Ingeniería Química. Madrid España: septiembre de 2002; pp. 135-146. Vol. 34 N° 393.v

Agudelo, S.C. Chica, E.L. & Carrascal, E. (2002).Estudio Fisiológico de la producción de ácidos cítricos por Aspergillus Niger. Revista Faculta de Ingeniería, Universidad de Antioquia. Vol. 25. Pág. 122- 128.

Hammond, R.W. (1977) Producción de ácidos cítricos. Revista de Biología Tropical. Vol. 45. Pág. 983-987

Trabajo del semillero de la Universidad de Antioquia. Práctica # 8. Producción de Ácidos cítricos a partir de Aspergillus Niger

Ventajas:

El ácido cítrico provee además en las drogas la necesaria estabilización de los
ingredientes activos por su acción antimicrobial y antioxidante.
En muchas oportunidades se usan mezclas del ácido cítrico y sus sales de sodio y potasio para estos fines.
En el sector farmacéutico también tiene demanda el citrato de sodio, además de
usarse en jarabes, es anticoagulante especial para bancos de sangre.
Sector agroindustrial
En el tratamiento de terrenos se usan el ácido cítrico y el sulfato de calcio. El ácido cítrico para mejorar la asimilación de los micronutrientes por parte de las plantas y el sulfato para el control de la alcalinidad de los suelos. Se conoce también el uso del ácido cítrico como dispersante en la aplicación de pesticidas y herbicidas.
Sector industrial
El ácido cítrico y sus sales están diversificando su aplicación, sustituyendo materias primas importadas, y es así como hoy en día ve su uso en renglones industriales tan importantes como la industria de detergentes biodegradables. Las ventajas principales de los citratos en las formulaciones de detergentes son su
biodegradabilidad y la facilidad de tratamiento, particularmente en formulaciones que contienen zeolita.
Para contener los costos las grandes empresas de detergentes generalmente compran ácido cítrico y lo convierten en el citrato requerido. La industria textil en el área de teñido, la industria de cueros y marroquinería, la industria del papel. Algunos ejemplos específicos de utilización de ácido cítrico en el sector industrial:
Acabado de metales, separación de herrumbre y desincrustación, remoción por
electrolisis, galvanización de cobre; textiles; curtiembre; compuestos lavadores
botellas; evaporadores de agua salada, imprenta; bloques de construcción; intercambio de iones; separación de bióxido sulfuroso del gas de chimenea.

Desventajas del Ácido Cítrico:

En su estado natural lo puede encontrar en los limones y en otros zumos cítricos, sin embargo en el refresco aparace de manera artificial, se fábrica comercialmente mediante la fermentación de melazas con cepas de microorganismos Aspergillus Niger. Si el Ácido cítrico se consume en cantidades muy grandes, puede causar erosión de la dentadura e irritación local.
El cuerpo humano detiene el crecimiento de los huesos sobre los treinta años, disolviéndose después en la orina, dependiendo de la acidez de los alimentos ingeridos, todos los compuestos de calcio disueltos se acumulan en las arterias, venas o tejidos de la piel, afectando esto también al funcionamiento del riñón.

PROCEDIMIENTO
Se prepara un cultivo sólido de Aspergillus Niger, sobre agar Sabouraud – glucosa para mantenimiento en agar inclinado a 35° C

Luego se prepara el medio de cultivo para la producción: disolviendo los componentes del caldo de cultivo en erlenmeyer (500ml) hasta que forma una capa de 2 – 3 cm, de altura (un tercio del volumen total del recipiente), hacer un tapón con algodón y gasa, tapar con éste el recipiente y esterilizar en autoclave
El cultivo sumergido debe ser inoculado con una suspensión de esporas, esta se hace rapando las esporas de la superficie del agar con el asa de siembra y suspendiéndolas en 5 ml de agua destilada estéril.
Añadir la suspensión de esporas al caldo de cultivo preparado en un erlenmeyer de 500 ml. Incubar en estufa a 35° C y durante 7 -10 días

La obtención del acido cítrico se obtuvo de acuerdo al siguiente procedimiento:
*Retirar todas las células (micelio) formadas durante la fermentación por filtración agregando agua de lavado para retirar todo el ácido formado en el proceso
*Agregar Hidróxido de Calcio (Ca (OH)2) calentando en un baño termostático entre 80 y 90° C
*Retirar el sólido que se precipita en el fondo del recipiente y corresponde a un sedimento de oxalato de calcio
*Durante una hora añadir Ca(OH)2 a una temperatura superior a los 90° C hasta lograr una solución neutra
* Extraer el precipitado que corresponde en este caso al citrato de calcio
* Filtrar, lavar con agua y acidificar con H2SO4 en la misma cantidad que Ca(OH)2 utilizado anteriormente. Con este procedimiento se forma un precipitado de CaSO4, el cual debe ser retirado por filtración. El líquido que se obtiene es el ácido cítrico

EL ÁCIDO CÍTRICO

El ácido cítrico, o su forma ionizada, el citrato, es un ácido orgánico tricarboxílico que está presente en la mayoría de las frutas, sobre todo en cítricos como el limón y la naranja. Su fórmula química es C6H8O7.
Es un buen conservante y antioxidante natural que se añade industrialmente como aditivo en el envasado de muchos alimentos como las conservas de vegetales enlatadas.
En bioquímica aparece como un metabolito intermediaria en el ciclo de los ácidos tricarboxílicos, proceso realizado por la mayoría de los seres vivos.
El nombre IUPAC del ácido cítrico es ácido 3-hidroxi-1,3,5-pentanotricarboxílico.

Características
Las propiedades físicas del ácido cítrico se resumen en la tabla de la derecha. La acidez del ácido cítrico es debida a los tres grupos carboxilos -COOH que pueden perder un protón en las soluciones. Si sucede esto, se produce un ion citrato. Los citratos son unos buenos controladores del pH de soluciones ácidas. Los iones citrato forman sales llamadas citratos con muchos iones metálicos. El citrato de calcio a temperatura ambiente, el ácido cítrico es un polvo cristalino blanco. Puede existir en una forma anhidra (sin agua), o como monohidrato que contenga una molécula de agua por cada molécula de ácido cítrico. La forma anhidra se cristaliza en el agua caliente, mientras que la forma monohidrato cuando el ácido cítrico se cristaliza en agua fría. El monohidrato se puede convertir a la forma anhidra calentándolo sobre 74°C.
Químicamente, el ácido cítrico comparte las características de otros ácidos carboxílicos. Cuando se calienta a más de 175°C, se descompone produciendo dióxido de carbono y agua.

Historia
El descubrimiento del ácido cítrico se atribuye al alquimista islámico Jabir Ibn Hayyan en el siglo octavo después de Cristo. Los eruditos medievales en Europa conocían la naturaleza ácida de los zumos de limón y de lima; tal conocimiento se registra en la décimotercera enciclopedia Speculum Majus del siglo, recopilado por Vincent de Beauvais. El ácido cítrico fue el primer ácido aislado en 1784 por el químico sueco Carl Wilhelm Scheele, que lo cristalizó a partir del jugo del limón. La producción de ácido cítrico a nivel industrial comenzó en 1860, basado en la industria italiana de los cítricos.
En 1893, C. Wehmer descubrió que cultivos de Penicillium podían producir ácido cítrico a partir de la sacarosa molecular. Sin embargo, la producción microbiana del ácido cítrico no llegó a ser industrialmente importante hasta la Primera Guerra Mundial que interrumpió las exportaciones italianas de limones. En 1917, el químico americano James Currie descubrió que ciertos cultivos de Aspergillus niger podían ser productores eficientes de ácido cítrico, y Pfizer comenzó la producción a escala industrial usando esta técnica dos años más tarde.

Obtención del ácido cítrico
El ácido cítrico es obtenido principalmente en la industria gracias a la fermentación de azúcares como la sacarosa o la glucosa, realizada por un microorganismo llamado Aspergillus niger. El proceso de obtención tiene varias fases como la preparación del sustrato de melaza, la fermentación aeróbica de la sacarosa por el Aspergillus, la separación del ácido cítrico del sustrato por precipitación al añadir hidróxido de calcio o cal apagada para formar citrato de calcio. Después se añade ácido sulfúrico para descomponer el citrato de calcio. La eliminación de impurezas se realiza con carbón activado o resinas de intercambio iónico, se continúa con la cristalización del ácido cítrico, el secado o deshidratación y el empaquetado del producto.

Introducción

El ácido cítrico se encuentra en diferentes proporciones en plantas y animales ya que es un producto intermedio del metabolismo. En mayores cantidades se encuentra en el jugo las frutas cítricas, de las que se obtiene por precipitación, añadiendo oxido de calcio. El citrato de calcio se trata con ácido sulfúrico para regenerar el ácido cítrico. Hoy en día la principal fuente de obtención del ácido es la fermentación del azúcar por la acción del hongo Aspergillus Niger. Se emplea como aditivo en bebidas y alimentos para darles un agradable sabor ácido. También se utiliza en fármacos para elaborar papel cianotipo, en imprenta textil, como agente abrillantador de metales y en algunos procesos sustituye los ácidos acético y tartárico

Justificación

Específicamente trataremos con el estudio fisiológico de la producción de ácidos cítricos por Aspergillus niger; que en los procesos de Biolixiviación de minerales lateríticos se precisan de la intervención de microorganismos heterótrofos productores de ácidos orgánicos, dentro de los que se destacan los hongos filamentosos, especialmente los géneros de éste. Para la producción Industrial de ácido cítrico, metabolito intermediario del ciclo de los ácidos tricarboxílicos se emplean fundamentalmente cepas de Aspergillus niger. Para favorecer su acumulación y una superproducción se requiere de un desbalance del metabolismo microbiano, éste se logra al desviar el metabolismo de los azúcares hacia la acumulación de ácidos cítricos en detrimento del crecimiento

*objetivos específicos:

-Que los visitantes a este blog se instruyan sobre las formas de producción, e importancia del acido cítrico.

- Producir ácidos cítricos a partir de Aspergillus Niger, utilizando como fuente de carbono melazas
- Estudiar la influencia del volumen de medio y aireación sobre la producción de ácidos cítricos por Aspergillus Niger

*¿A quién va dirigido?

Esta información irá dirigida a pequeñas, medianas empresas, a las familias, y a estudiantes en el campo de la bioquímica, la ingeniaría de alimentos, la microbiología, entre otras.

*¿Para qué?

Para ilustrar y enseñar algunos procesos e importancias del acido cítrico.

*Definir los recursos para el desarrollo del proyecto:

-recurso humano: Contamos con la presencia de la profesora Auxilio Ramirez que nos instruye sobre introducción a la Microbiologia Industrial y Ambiental, con el apoyo de la Profesora Catalina Calle que ayuda a la formación del blog y su realización; y los estudiantes Alejandro Restrepo actualmente esta en séptimo semestre de Ingenieria Biologica, e iniciando Microbiología y a pertenecido a semilleros de investigación, Jessica Cuervo; Practicó en el grupo de investigación GIEM de la Universidad de Antioquia igualmente cursa primer semestre de Microbiologia y Santiago Tambien estudiante de MIA

-recursos físicos: Se utilizó computador. accediendo a Internet y utilizando su información pertinente; consultamos en libros y revistas.

*Déficit de conocimiento global:
¿Porque es importante la producción y la aplicación de acido cítrico en la industria?

*Déficit de conocimiento de grieta:
¿Por qué es necesario e importante el uso del acido cítrico en el sector alimenticio?
¿Por qué es necesario el uso del acido cítrico en la industria cosmética?
¿Por qué es necesario el uso del acido cítrico en el sector farmacéutico?
¿Por qué es importante el uso del acido cítrico en el sector agroindustrial?
¿Por qué es importante la aplicación de acido cítrico en el sector minero?

*Planteamiento del problema:
Existe un gran interés en la búsqueda de tecnologías limpias que permitan disminuir el impacto ambiental que ocasiona la industria. La lixiviación biológica con empleo de hongos filamentosos puede ser una alternativa para el tratamiento de los minerales no sulfurosos. Los ácidos orgánicos que producen los hongos han sido estudiados a nivel de laboratorio para disolver los metales presentes. Entonces:
¿Cómo se produce el acido cítrico?
¿Las cepas de Aspergillus niger son las más empleadas para la Biolixiviación?