producción de ácido cítrico por fermentación

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Rev. Té<:. lng. Univ. Zulla. Vol 15. No. 3. 201 - 207. 1992 Producción de ácido cítrico por fermentación Zulay Mármol Pérez , Gisela Páez R. Fac. de Ingeniería Universidad del Zulia Resumen El presente trabajo tiene por objelo estudiar la produc Ion de ácido íUico por fermentación sumergida on Aspergil1us niger 4396. uWizando como fuenle de carbono y energía harina de yuca (sustrato no convencional) y azúcar refinada en procesos disconllnuos y continuos respectivamente . Se usó omo fuenle nitrog nada sulJalo de amonio . La temperatura para ambos procesos St" mantuvo entre 28 y 30° C. Se valuaron I. as siguJenles variables; Biomasa, pH. Azúcar residual . Almidón y Acido Cítrico. Los resultados lndkan que con harlna de yuca no se requiere la adición de la fu nte de nilrógeno. su contenido es suficiente para garanUzar la producción de ácido citrico. A pH inidal de 2.0 se produjo hidrólisis ácida con la fonuación de dextTinas y olros productos no rennenlesdbles. lo que dismlnuyó el rendimiento 112.94% Y 16.92%) . A pH 5 .89 el fue superlor. alcan7..ando un valo r de 29.81 %. Se observaron bajas para el cultivo ontinuo debido a la poca concentración de ácido en el medio aJ iniciar el flujo ontinuo. aproximadamente a las 72 horas. Palabras claves: Acido Cítrico. Fennenlación . Citric acid production by fermentation Abstrac t The foJlowmg research has the purpose to sludy lhe Cllric Acid Production by submerged fermenlalion wllh A. niger 4396. uslng cassava meal (unconventional substrales) and refined sugar as carbon and energy SOUTce In batch arJd conUnuous pro esses respecUvely . It was used Arumonia SuJphale as nilrogenaled source . The lemperalure rol' bolh processes was he\d between 28 and 30° C. During lhe fermenlation progression were evalualed lhe foUowlngvariable : Blomass. pH. Residual Sugar. Starch arJd Cllric Acid. TIle resuJls lndicale lhal wilh cassava meal is nol requiTed lhe addiUon 01 the nltrogen SOllrce. ber.allse ils nitrogen conlenl is enough lo guararJlee lhe cilric acid productlon . At iniUal pH of 2.0 il produced hydrolysis acid wllh fonnation of dextrins and olhers uIlfemlentahle producls. iI reduced lhe yield (betwe n 12.94% and 16.92%) . While a pH oC 5. 89 Ule yie1d incTeased lo 29.81%. For continuous cuJlure il was observed low productivity because of small acldo concentraUon al lhe continuous Oow b ginnlng. approximately lo 72 hrs . Key Words; Cilric Acid. Fermenlation. guienle el ácido orgáni co más Importanle en la Introducción Induslrta de procesamiento de alimt>nlos. consu - Es el ácido cílrico uno de los ácidos orgáni- miendo ésla cerca del 60% del ácido produci- os más llWizados. ésle no es lóxico. es fácUmen - do(14 1 : lambién es ampliamente usado en indus - te asimilable, altamente soluble y por consi - trias como la farmacéuUca. la quimica y otras Rev. Téc . Ing. Univ. Zulla. Vol. 15. No. 3. 1992

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Page 1: Producción de ácido cítrico por fermentación

Rev Teacutelt lng Univ Zulla Vol 15 No 3 201 - 207 1992

Produccioacuten de aacutecido ciacutetrico por fermentacioacuten

Zulay Maacutermol Peacuterez Gisela Paacuteez R Fac de Ingenieriacutea Universidad del Zulia

Resumen

El presente trabajo tiene por objelo estudiar la produc Ion de aacutecido iacuteUico por fermentacioacuten

sumergida on Aspergil1us niger 4396 uWizando como fuenle de carbono y energiacutea harina de yuca (sustrato no convencional) y azuacutecar refinada en procesos disconllnuos y continuos respectivamente Se usoacute omo fuenle nitrog nada sulJalo de amonio La temperatura para ambos procesos St mantuvo entre 28 y 30deg C Se valuaron Ias siguJenles variables Biomasa pH Azuacutecar residual Almidoacuten y Acido Ciacutetrico

Los resultados lndkan que con harlna de yuca no se requiere la adicioacuten de la fu nte de nilroacutegeno su contenido es suficiente para garanUzar la produccioacuten de aacutecido citrico A pH inidal de 20 se produjo hidroacutelisis aacutecida con la fonuacioacuten de dextTinas y olros productos no rennenlesdbles lo que dismlnuyoacute el rendimiento 11294 Y 1692) A pH 5 89 el r~ndLmienlo fue superlor alcan7ando un valor de 2981

Se observaron bajas productMd~des para el cultivo ontinuo debido a la poca concentracioacuten de aacutecido en el medio aJ iniciar el flujo ontinuo aproximadamente a las 72 horas

Palabras claves Acido Ciacutetrico Fennenlacioacuten

Citric acid production by fermentation Abstract

The foJlowmg research has the purpose to sludy lhe Cllric Acid Production by submerged fermenlalion wllh A niger 4396 uslng cassava meal (unconventional substrales) and refined sugar as carbon and energy SOUTce In batch arJd conUnuous pro esses respecUvely It was used Arumonia SuJphale as nilrogenaled source The lemperalure rol bolh processes was hed between 28 and 30deg C During lhe fermenlation progression were evalualed lhe foUowlngvariable Blomass pH Residual Sugar Starch arJd Cllric Acid

TIle resuJls lndicale lhal wilh cassava meal is nol requiTed lhe addiUon 01 the nltrogen SOllrce berallse ils nitrogen conlenl is enough lo guararJlee lhe cilric acid productlon At iniUal pH of 20 il produced hydrolysis acid wllh fonnation of dextrins and olhers uIlfemlentahle producls iI reduced lhe yield (betwe n 1294 and 1692) While a pH oC 589 Ule yie1d incTeased lo 2981 For continuous cuJlure il was observed low productivity because of small acldo concentraUon al lhe continuous Oow b ginnlng approximately lo 72 hrs

Key Words Cilric Acid Fermenlation

guienle el aacutecido orgaacutenico maacutes Importanle en laIntroduccioacuten Induslrta de procesamiento de alimtgtnlos consushy

Es el aacutecido ciacutelrico uno de los aacutecidos orgaacutenishy miendo eacutesla cerca del 60 del aacutecido producishyos maacutes llWizados eacutesle no es loacutexico es faacutecUmen shy do(141 lambieacuten es ampliamente usado en indusshy

te asimilable altamente soluble y por consi shy trias como la farmaceacuteuUca la quimica y otras

Rev Teacutec Ing Univ Zulla Vol 15 No 3 1992

202 Maacutermol y Paacuteez

como la industria de los detergentes en la cual ha tenido una gran aceptacioacuten debido a su bloshydegradabilidad sustiluyendo asiacute los poUfosfatos

En la actualidad se emplean cepas de Asshy

pergillus niger las cuales son capaces de conshy

vertir con altos rendimientos la fuente de carboshyno en aacutecido cibico

En el proceso de fermentacioacuten para la proshyduccioacuten del aacutecido ciacutelJico pueden ser usados susshytratos tales como carbohidralos e hidrocarburos Los carbohidralos son fuent renovable y se emplean no solamente en forma pura sino tamshybieacuten como residuos impuros provenientes del procesamiento de comestibles

El presente trabajo Uene por objeto estu shydJar la produccioacuten de aacutecido ciacutetrico por fermentashycioacuten usando cepas de A niacuteger 4396 en harina de yuca (sustrato no convencional) y n azuumlcar reshyfinada empleando procesos dJsconttnuos y conshytinuos respectivamente con miras a cubrir la demanda de este producto

Parte Experimental

Organismo

El organismo usado en esta experiencia fu Aspergillus niacuteger4396 obteIUacutedo de la Facultad de Cien ias de la Universidad de los Andes (Estado Meacutertda) Este se manluvo en Polato O ruosa Agar (PDA) inclinado almacenado a 4degC y renoshyvado cada mes Se utilizoacute un medio de prueba (2)

capaz de predecir la hablUdad de distintas cepas de A niger para producir aacutecido citrico

Medio

El medio empleado fueacute baacutesicamente el reshycomendado por Shu y Johnson (121 usando como sustratos harina de yuca (sustrato no convencioshynal) y azuumlcar refinada

A los sustratos utilizados se les determinoacute Fe Mn Cu Zn y Al por espectrofotomelria de absorcioacuten atoacutemica (Tabla 1)

El pH inicial del medJo fue 2 0 no se esteshyrlllzoacute y nunca se observoacute contaminacioacuten

La composicioacuten del medJo y las condJciones iniciales estaacuten dadas en Las Tablas 2 y 3

lnoacuteculo

Las esporas cultivadas en tubos contenienshydo POA se transfieren usando agua esteacuteril y bajo condiciones aseacutepticas a matraces que contengan un volumen de medio aproximadamente igual al 10 del volumen de medio a fem1entar (volumen

de trabajo) La concentracioacuten de esporas aproshy

ximadamente 3xl08mI fue estimada por conteo microscoacutepico directo usando una caacutemara de Neubauer

Los matraces se incuban durante 48 horas a una temperatura de 30degC en un incubador rolatorio New Brunswick Scienliacutefic Modelo G 24

con control de temperatura y agilacioacuten La susshypensioacuten de peUels asiacute fom1Uda se lransfiere bajo condicioneamp aseacutepticas al ferm nlador prinshycipal

Equipo

Para evaluar el comportanuacuteenlo de la epa A niger 4396 en harina de yuca se uWizaron Erlenmeyers (Pyrex) con 500 mJ d cltlpacidad y un volumen de medio de 150 mi controlando la temperatura y velocidad de agitacioacuten

El proceso de cultivo continuo se llevoacute a cabo en un f rm nlador Blol1o Model C - 30 on un volumen de trabajo de 450 mJ

Teacutecnicas Analiacuteticas

Peso Seco

Las delermimnaciones de biomasa e reali shy7afOn con la teacutecnica de peso seco (101

Acido Ciacutetrico

El aacutecido citIico en el filtrado se deLerminoacute por el meacutetodo colorlmeacutetIico de Marter y Boulel r581 para la determinacioacuten directa de eacuteste

Azuacutecar Residual

El azuacutecar residual fue analizado por el meacuteshytodo fenol-aacutecido sulfuacuterico d Dubois y colaborashydores (4)

Rev Teacutec lng Univ Zulla Vol 15 No 3 1992

203 Produccioacuten de aacutecido cilrico por fermentacioacuten

Tabla l Algunos metales importantes en la harina de yuca y azuacutecar refinada utilizadas como fuenle

de carbono y energiacutea

Metal Harina de yuca Azuacutecar Refinada Liacutemite de deteccioacuten (mgRg) (mg Kg) (mgL)

Fe 6809 100 002

Mn ND 025 001

Cu 2143 N D 003

Zn 3143 ND 002

Al ND N D 003

Tabla 2 Composicioacuten del medIo y condiciones de operacioacuten para la

fennenlacioacuten con harina de yuca

Composicioacuten y condiciones iniciales

Harina de yu a giL Almidoacuten giL

S04 (NH4h gi L Cantidad de N2 gi L

pH Agltadoacuten rprn

Temperatura OC Vol Trabajo L

Medio 1

14000 5055

0 70 2 00

20000 3000

015

Medio 2 Medio 3

14000 14000 4999 52 50

124 0 96 0 70 2 00 589

20000 20000 3000 3000

0 15 0 15

Alntidoacuten

Para las delerminaciones de aJmjdoacuten se utilizoacute el meacutetodo colortmeacutetrico de Carter y Newter l3

Fermentacioacuten por Carga

Sustrato uUlizado Harina de yuca

Se realizaron fermentaciones aeroacutebicas a nivel de fiolas por triplicado con un volumen de trabajo de 150 mi

Durante el curso de la fermenlacioacuten se tomaron muestras por duplicado de aproximadashymente 10 mi a tntervaJos de 48 horas durante

264 horas (11 dias) Determinaacutendose en cada caso pH aacutecido ciacutetrico y alnlldoacuten

Sustralo utilizado Azuacutecar refinada

Se llevoacute a cabo una fennenlacioacuten por carga con un volumen de trabajo d 450 mJ

Fermentacioacuten Continua

La fermentacioacuten continua fue iniciada por tnocuJacioacuten en un medio por carga rrabla 3) Adicionalmente el flujo continuo cuya composishycioacuten y condiciones se dan a la Tabla 4 comenzoacute cuando la produccioacuten de acido fue observada (7 2 br) Se fijoacute una tasa de dilucioacuten 0 075 hr -1 156)

)0 que significoacute un flujo de medio fresco de 0 563

mJfmin

Rev Teacutec lng Univ Zulla Vol 15 No 3 1992

204 Maacutermol y Paacuteez

Tabla 3 Composicioacuten del medio y condiciones de operacioacuten para la fermentacioacuten con azuacutecar refinada

Composicioacuten y Condiciones Iniclales

Azuacutecar Refinada gIL

(NH4)zS04 giL

KH2P04 gIL MgS0471-hO gIL

CuS045H20 x103bull gIL

FeS047H20 X 103bull gIL

ZnS047H20 x103 bull gIL

pH

Agitacioacuten rpmmiddotmiddot

Temperatura oC

Vol de Trabajo L

Tasa de Dujo

de aire vvm bullbullbull

14000

124

250

025

006

042

025

2 00

10000

28-30

045

070

bull En el medio por carga para el proceso continuo 3 no se adicionoacute FeS047H20

bullbull En la elapa por carga para el pro eso continuo 4 se uWizaron 150 rpm En el proceso onlinuo 3 y 4 se ullllzashyTon 1 1 vvm para la etapa por carga

Se realizaron cuatro fermentaciones aeroacute shybicas de las cuales se vartoacute la concentracioacuten de azuacutecar y de nJtroacutegeno al momento de iniciar el aUJo continuo

En el CursO de la fermentacioacuten se lomaron

muestras de aproximadamente 15 mi a interva shy

los de 24 horas durante 120 horas (5 diacuteas) En

cada caso se determinoacute biomasa azuacutecar resi shydual pH y aacutecido ciacutetrico El pH inicial del medio fue 2 0 y no se controloacute en el curso de la fermen shytacioacuten

Discusioacuten

La tabla 5 muesLTa los resuJtados obtenidos para las fermentaciones con harina de yuca Estos indican que hubo una disminucioacuten de la fuente de carbono y energia (almidoacuten) asiacute como de los valores de pH obterueacutenclose valores finales de pH enLTe 163 y 304 para valoTes iniciales enLTe 2 0 y 589 respectivamente

Un elevado ValOT del pH inicial (589) favo shyrecioacute la produccioacuten de aacutecido ciacutetrico tal omo pudo observarse en el medio 3 En los medios 1 y 2 produjo una hidroacutelisis aacutecida al adlcionarles aacutecido clorhiacutedrico para ajustar el pH inicial a un vaJor de 2 0 originaacutendose durante la misma dextrinas y oLTos productos indeseables por no ser fennen~

Tabla 4 ComposiCioacuten del m dio y condiCiones de operaCioacuten al

iniciar el flujo continuo Composicioacuten y condiciones Iniciales 1 2 3 4

Azuacutecar refinada glL

(NH4)2S0 4 gIL

KHZP04 giL

MgS047HzO gIL CuS045HzO xl03

gIL

FeS047H20 X 103bull giL

ZnS047H20 X 103bull gIL

pH

Agitacioacuten rpm

Temperalura oc Vol de Trabajo L

Tasa de nujo de aire vvm

14000

124

250

0 25

0 06

042

025

200

lOOOO

28-30

045

0 70

115 00

0 62

2 50

0 25

0 06

0 42

025

2 00

10000

28-30

045

070

8500

250

0 25

006

0 25

200

10000

28-30

0 45

11

9500

062

2 50

0 25

0 06

042

0 25

200

10000

28-30

0 4 5

11

Rev Teacutec lng Unlv Zulla Vol 15 No 3 1992

__ ___

bullbull

Producdoacuten de addo dtrtco por fermentacioacuten 205

~4~~~------------------- Tabla 5

Resultados de la Fermentadoacuten por carga It

realizada con harina de yuca

Medio pH Addo Ciacutetrico AlmJdoacuten Hendshy

(gIL) (gIL) Yp() l

1 163 200 3859 J672

2 167 194 3500 ]294

3 304 480 3640 2981 u

I~~~__~~~ __L-~~

o H q n ~ ~ - ~bull En base al almJdoacuten consumido oftrll

tables La hidroacutelisis aacutecida del aJm1doacuten reduce su 70llUeNI=COH=IW=IOoIf-- ____IO ___ulilidad como sustrato para la fermentacioacuten ciacuteshy la MlIIIMA--=ltAl-- ________-

trica

La disminucioacuten de la fuente de carbono por bull consumo de ceacutedula indicoacute la viabilidad de la misma asochindose la disminucioacuten de pH con la bull produccioacuten del aacutecido

Esto explica los bajos rendimientos obtenl- dos (1294 - 2981) en los medios 1 y 2 Adicionalmente la cantidad de nitroacutegeno fue sushyperior a la establecida en lrabaJos previos por

t

Bracho y Socarraacutes (3) para la cepa A nger 4396 el vaJor oacuteptimo reportado fue de 124 gIL de 00 laquo u raquo M ~ ~ _ ~

0 llor)sulfato de amonin lo que corresponde a 026 gIL

_

-

00

lO

to -

la middot

G~~~--~~~-~~~

amp U raquo M - ~ - shyY_PO (M

de nitroacutegeno El contenido de nitroacutegeno para los 001 =_=-crT=IIOCO=cI~tIO ___ =--_ ____

medios 1 y 3 fue de 07 gLy de 096 gIL para el medio 2

Los resultados reportados con el medio 3 (pHI =5 89) se asocian al hecho de que la cepa A nger empleada es capaz de producir un comshypleJo de sus propias enzimas amyloliticas (alfa amilasas) las cuales hidroUzan el almJdoacuten a monosacaacuteridas que son convertidos en aeido citrlco La maacutexima actividad de la alfa amilasas estaacute en el rango de pH 45 - 78 dependiendo de la fuente de la enzima las obtenidas a partir de hongos del geacutenero Aspergillus presentan activishydad oacuteptima a un pH de 46(111)

FJg l Cinetlca de produccioacuten de aacutecido La figura 1 muestra los resultados obtenishy citrico

dos para la fermentacioacuten por carga con azuacutecar refinada estos muestran un aumento en el conshy

Se observoacute un cambio en la forma de crecishysumo de la fuente de carbono y energia y en la miento del microorgan1sm a partir de las 72 hrblomasa producida el pH disminuyoacute a lo largo coincidiendo esto con lo reportado por Paeacutez (9) ydel proceso Bracho (3J El nitroacutegeno suministrado en el medio

Rev Teacutec lng UnIV Zulla Vol 15 No 3 1992

206

se agotoacute y el subsecuente aumento de la biomasa se debioacute a la acumuJacioacuten de carbono por la ceacutelula AJ calcuJar los valores de la velocidad

especiacutefica de crecimiento iexclt Tabla 6 antes y despueacutes de las 72 horas se observoacute una dismishy

nucioacuten de este paraacutemetro como consecuencia

del cambio en el mecanismo de crecimiento del

hongo

Tabla 6 VaJores de velocidad especiacutefica de

creclmienlo para la fermentacioacuten por carga con azuacutecar refinada

Variabl Valor s Unidades 22 7xI0shy~l 3~2 47xI0shy

1 Valor obtenido anles de las 72 hr

2 Valor obtenido despue de las 72 hT

En la tabla 7 se muestran los rendimjentos obtenidos Los valores para la biomasa y el aacutecido cibico fueron de 1431 y 0 11 gramos por 100

gramos de azuacutecar consumida respectivamente

Tabla 7 Rendimiento en biomasa y producto para la fermentacioacuten por carga

con azuacutecar refinada

Paraacutemetro Valores Uruacutedades

1431 Yo

0 11

Los rendimientos estaacuten calculados en bases al azuacutecar consumido

Maacutermol y Paacuteez

Se proboacute la capacidad de la cepa empleada de producir aacutecido cibico para lo cual se apUcoacute la teacutecnica recomendada por Benuzzi y Segovia (2)

Los resuJtados indicaron que el A niger 4396 es una cepa productora ya que se formoacute el halo

transparente caracterisUco del citralo d~ calcio

La labIa 8 muestra los resultados obtenidos para el cultivo continuo operado a una tasa dI dilucioacuten de 0075 hr- I El proceso se iruacutecioacute como un cultivo por carga trans unido un liempo aproximado de 72 horas se comenzoacute el nujo continuo de nutrientes el cual se hace circular hasla alcanza r condiciones estacionarias estas se logran pasado un lilmpo usualmente igual a tres tiempos de residencia tr dado por la rela shycioacuten ) D oacute V F donde D es la lasa de dilucioacuten Ves el volumen y F la velocidad d nujo volumeacute shytrico del medio El valor del tiempo de residencia fue de 1333 horas

Los valores de productividad al an7ados estuvieron entre 12x 10 -3 Y 5 6x 10 -3 g L - hr lo cual se debioacute a la baja concentracioacuten de aacutecido dtrico exislente allnJciar l nujo continuo

Conclusiones

- S comproboacute uliUzando el medio de prue shyba sugerido por BenU7zi y Segovta 2 que la cepa A niger 4396 es productora dtgt ltlcido ciacutetrico

- La adicioacuten de la fuente nitr gtnada (Sulshyfalo de AmonJo) al mNlio 2 pTparado con h a rina de yuca sustrato no conven ionaJ no favorecioacute la produccioacuten de aacutecido cilrlco El onLenido d nitroacutegeno en la harina es suficiente para garan shytizar el crecimiento y la produccioacuten de aacutecido

Tabla 8 hr -1VaJores en eslado estacionarlo del cultivo contlnuo operando A D = 0075

Fermentacioacuten pH Biomasa AzUacutecar U tili- Acido Ciacutetrico Productividad (g L) 7ada (g L) (g L) (g L -hr)

1 143 319 150 16xl0middot2 ] 2xI0-3

2 177 499 200 7 5xIO-2 5 6xlOshy 3

3 140 144 125 41xIOmiddot2 3 1x 10shy 3

4 154 5 85 350 4 lx1O-2 3 1x10-3

Rev Tec Ing Uniacutev Zulla Vol 15 No 3 1992

207 Produccioacuten de aacutecido citrico por fermentacioacuten

- Un valor de pH inicial de 20 no favorecioacute la fermentacioacuten ya que se originaron productos de hidroacuteUsis no fermentesclbles En harina de

yuca Wl pH inicial de 589 produjo los mejores resultados

- Se encontroacute que durante la fermentacioacuten de aacutecido ciacutetrico la cepa de A niger 4396 fue capaz de producir sus propias enzimas arnyoUllcas las cuajes h1drolIzan el almidoacuten a azuacutecares disponishybles

- Al caJcuJar el vaJor de la velocidad especishyfica de crecimIento antes y despues de la 72 horas se observoacute una disminucioacuten de este paraacuteshymetro indicando un cambio en el mecanismo de crecimiento del hongo

- El flujo conUnu debe iniciarse tilla vez que en el cultivo por carga se aJcance la maacutexima produccioacuten de aacutecido ciacutetrico

Reconocimiento Se agradece al CONSEJO DE DESARRO middot

llO CIENTlFICO y HUMANISTICO (CONDES) de la Universidad del Zuliacutea el financiamiento a esta invesUgacioacuten

Referencias 1- BERMAN THOMAS Enzyme Handbook Vol

11 Springer-Verlay BerUn Heidelberg New York 1969

2 - BENUZZI A Segovta REstudio Sobre la Preseleccioacuten de Cepas de AspeTgillus nieT Destinadas a la Produccioacuten de Aciacutedo Ciacutetrico Acta Cientiacutefica Venezolana 40 195 - 197 1989

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8- MARlER J R BouleL M DlTecl DelerminashyUon of Cllric Acid in Milk w1th an ImpToved Pyridine - Acetic Anhidride Melhod JournaJ DaiJy Science 41 J683 - 1692 1958

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10 PIR SJ Prtnciples of Microbe and CeU CuJshytivatlonmiddot BlackweU OxfoTd 1975

11 - PRESCCYIT amp DUNN S IndustriaJ MicTobiolshyogy

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13- SIMON CM Harvey T Passion Frult SLarch and ElIect on JuJce Vlscosity Delershymtnation ofSlarch Content JournaJ of Food Sdence vol 39 No 3 432 1974

14- Teacutecnicas de Cultivo S umeTgid o de AspeTquiUus Foetldus para la Produccioacuten de A ido Citrico Fundacioacuten CIEPE Venezuela 1 - 29 1987

Recibido el 31 de Oc-lubre de 1990

En forma visada el 08 de SepUembre 1992

Rev Teacutec lng Unlv Zulla Vol ]5 No 3 1992

Page 2: Producción de ácido cítrico por fermentación

202 Maacutermol y Paacuteez

como la industria de los detergentes en la cual ha tenido una gran aceptacioacuten debido a su bloshydegradabilidad sustiluyendo asiacute los poUfosfatos

En la actualidad se emplean cepas de Asshy

pergillus niger las cuales son capaces de conshy

vertir con altos rendimientos la fuente de carboshyno en aacutecido cibico

En el proceso de fermentacioacuten para la proshyduccioacuten del aacutecido ciacutelJico pueden ser usados susshytratos tales como carbohidralos e hidrocarburos Los carbohidralos son fuent renovable y se emplean no solamente en forma pura sino tamshybieacuten como residuos impuros provenientes del procesamiento de comestibles

El presente trabajo Uene por objeto estu shydJar la produccioacuten de aacutecido ciacutetrico por fermentashycioacuten usando cepas de A niacuteger 4396 en harina de yuca (sustrato no convencional) y n azuumlcar reshyfinada empleando procesos dJsconttnuos y conshytinuos respectivamente con miras a cubrir la demanda de este producto

Parte Experimental

Organismo

El organismo usado en esta experiencia fu Aspergillus niacuteger4396 obteIUacutedo de la Facultad de Cien ias de la Universidad de los Andes (Estado Meacutertda) Este se manluvo en Polato O ruosa Agar (PDA) inclinado almacenado a 4degC y renoshyvado cada mes Se utilizoacute un medio de prueba (2)

capaz de predecir la hablUdad de distintas cepas de A niger para producir aacutecido citrico

Medio

El medio empleado fueacute baacutesicamente el reshycomendado por Shu y Johnson (121 usando como sustratos harina de yuca (sustrato no convencioshynal) y azuumlcar refinada

A los sustratos utilizados se les determinoacute Fe Mn Cu Zn y Al por espectrofotomelria de absorcioacuten atoacutemica (Tabla 1)

El pH inicial del medJo fue 2 0 no se esteshyrlllzoacute y nunca se observoacute contaminacioacuten

La composicioacuten del medJo y las condJciones iniciales estaacuten dadas en Las Tablas 2 y 3

lnoacuteculo

Las esporas cultivadas en tubos contenienshydo POA se transfieren usando agua esteacuteril y bajo condiciones aseacutepticas a matraces que contengan un volumen de medio aproximadamente igual al 10 del volumen de medio a fem1entar (volumen

de trabajo) La concentracioacuten de esporas aproshy

ximadamente 3xl08mI fue estimada por conteo microscoacutepico directo usando una caacutemara de Neubauer

Los matraces se incuban durante 48 horas a una temperatura de 30degC en un incubador rolatorio New Brunswick Scienliacutefic Modelo G 24

con control de temperatura y agilacioacuten La susshypensioacuten de peUels asiacute fom1Uda se lransfiere bajo condicioneamp aseacutepticas al ferm nlador prinshycipal

Equipo

Para evaluar el comportanuacuteenlo de la epa A niger 4396 en harina de yuca se uWizaron Erlenmeyers (Pyrex) con 500 mJ d cltlpacidad y un volumen de medio de 150 mi controlando la temperatura y velocidad de agitacioacuten

El proceso de cultivo continuo se llevoacute a cabo en un f rm nlador Blol1o Model C - 30 on un volumen de trabajo de 450 mJ

Teacutecnicas Analiacuteticas

Peso Seco

Las delermimnaciones de biomasa e reali shy7afOn con la teacutecnica de peso seco (101

Acido Ciacutetrico

El aacutecido citIico en el filtrado se deLerminoacute por el meacutetodo colorlmeacutetIico de Marter y Boulel r581 para la determinacioacuten directa de eacuteste

Azuacutecar Residual

El azuacutecar residual fue analizado por el meacuteshytodo fenol-aacutecido sulfuacuterico d Dubois y colaborashydores (4)

Rev Teacutec lng Univ Zulla Vol 15 No 3 1992

203 Produccioacuten de aacutecido cilrico por fermentacioacuten

Tabla l Algunos metales importantes en la harina de yuca y azuacutecar refinada utilizadas como fuenle

de carbono y energiacutea

Metal Harina de yuca Azuacutecar Refinada Liacutemite de deteccioacuten (mgRg) (mg Kg) (mgL)

Fe 6809 100 002

Mn ND 025 001

Cu 2143 N D 003

Zn 3143 ND 002

Al ND N D 003

Tabla 2 Composicioacuten del medIo y condiciones de operacioacuten para la

fennenlacioacuten con harina de yuca

Composicioacuten y condiciones iniciales

Harina de yu a giL Almidoacuten giL

S04 (NH4h gi L Cantidad de N2 gi L

pH Agltadoacuten rprn

Temperatura OC Vol Trabajo L

Medio 1

14000 5055

0 70 2 00

20000 3000

015

Medio 2 Medio 3

14000 14000 4999 52 50

124 0 96 0 70 2 00 589

20000 20000 3000 3000

0 15 0 15

Alntidoacuten

Para las delerminaciones de aJmjdoacuten se utilizoacute el meacutetodo colortmeacutetrico de Carter y Newter l3

Fermentacioacuten por Carga

Sustrato uUlizado Harina de yuca

Se realizaron fermentaciones aeroacutebicas a nivel de fiolas por triplicado con un volumen de trabajo de 150 mi

Durante el curso de la fermenlacioacuten se tomaron muestras por duplicado de aproximadashymente 10 mi a tntervaJos de 48 horas durante

264 horas (11 dias) Determinaacutendose en cada caso pH aacutecido ciacutetrico y alnlldoacuten

Sustralo utilizado Azuacutecar refinada

Se llevoacute a cabo una fennenlacioacuten por carga con un volumen de trabajo d 450 mJ

Fermentacioacuten Continua

La fermentacioacuten continua fue iniciada por tnocuJacioacuten en un medio por carga rrabla 3) Adicionalmente el flujo continuo cuya composishycioacuten y condiciones se dan a la Tabla 4 comenzoacute cuando la produccioacuten de acido fue observada (7 2 br) Se fijoacute una tasa de dilucioacuten 0 075 hr -1 156)

)0 que significoacute un flujo de medio fresco de 0 563

mJfmin

Rev Teacutec lng Univ Zulla Vol 15 No 3 1992

204 Maacutermol y Paacuteez

Tabla 3 Composicioacuten del medio y condiciones de operacioacuten para la fermentacioacuten con azuacutecar refinada

Composicioacuten y Condiciones Iniclales

Azuacutecar Refinada gIL

(NH4)zS04 giL

KH2P04 gIL MgS0471-hO gIL

CuS045H20 x103bull gIL

FeS047H20 X 103bull gIL

ZnS047H20 x103 bull gIL

pH

Agitacioacuten rpmmiddotmiddot

Temperatura oC

Vol de Trabajo L

Tasa de Dujo

de aire vvm bullbullbull

14000

124

250

025

006

042

025

2 00

10000

28-30

045

070

bull En el medio por carga para el proceso continuo 3 no se adicionoacute FeS047H20

bullbull En la elapa por carga para el pro eso continuo 4 se uWizaron 150 rpm En el proceso onlinuo 3 y 4 se ullllzashyTon 1 1 vvm para la etapa por carga

Se realizaron cuatro fermentaciones aeroacute shybicas de las cuales se vartoacute la concentracioacuten de azuacutecar y de nJtroacutegeno al momento de iniciar el aUJo continuo

En el CursO de la fermentacioacuten se lomaron

muestras de aproximadamente 15 mi a interva shy

los de 24 horas durante 120 horas (5 diacuteas) En

cada caso se determinoacute biomasa azuacutecar resi shydual pH y aacutecido ciacutetrico El pH inicial del medio fue 2 0 y no se controloacute en el curso de la fermen shytacioacuten

Discusioacuten

La tabla 5 muesLTa los resuJtados obtenidos para las fermentaciones con harina de yuca Estos indican que hubo una disminucioacuten de la fuente de carbono y energia (almidoacuten) asiacute como de los valores de pH obterueacutenclose valores finales de pH enLTe 163 y 304 para valoTes iniciales enLTe 2 0 y 589 respectivamente

Un elevado ValOT del pH inicial (589) favo shyrecioacute la produccioacuten de aacutecido ciacutetrico tal omo pudo observarse en el medio 3 En los medios 1 y 2 produjo una hidroacutelisis aacutecida al adlcionarles aacutecido clorhiacutedrico para ajustar el pH inicial a un vaJor de 2 0 originaacutendose durante la misma dextrinas y oLTos productos indeseables por no ser fennen~

Tabla 4 ComposiCioacuten del m dio y condiCiones de operaCioacuten al

iniciar el flujo continuo Composicioacuten y condiciones Iniciales 1 2 3 4

Azuacutecar refinada glL

(NH4)2S0 4 gIL

KHZP04 giL

MgS047HzO gIL CuS045HzO xl03

gIL

FeS047H20 X 103bull giL

ZnS047H20 X 103bull gIL

pH

Agitacioacuten rpm

Temperalura oc Vol de Trabajo L

Tasa de nujo de aire vvm

14000

124

250

0 25

0 06

042

025

200

lOOOO

28-30

045

0 70

115 00

0 62

2 50

0 25

0 06

0 42

025

2 00

10000

28-30

045

070

8500

250

0 25

006

0 25

200

10000

28-30

0 45

11

9500

062

2 50

0 25

0 06

042

0 25

200

10000

28-30

0 4 5

11

Rev Teacutec lng Unlv Zulla Vol 15 No 3 1992

__ ___

bullbull

Producdoacuten de addo dtrtco por fermentacioacuten 205

~4~~~------------------- Tabla 5

Resultados de la Fermentadoacuten por carga It

realizada con harina de yuca

Medio pH Addo Ciacutetrico AlmJdoacuten Hendshy

(gIL) (gIL) Yp() l

1 163 200 3859 J672

2 167 194 3500 ]294

3 304 480 3640 2981 u

I~~~__~~~ __L-~~

o H q n ~ ~ - ~bull En base al almJdoacuten consumido oftrll

tables La hidroacutelisis aacutecida del aJm1doacuten reduce su 70llUeNI=COH=IW=IOoIf-- ____IO ___ulilidad como sustrato para la fermentacioacuten ciacuteshy la MlIIIMA--=ltAl-- ________-

trica

La disminucioacuten de la fuente de carbono por bull consumo de ceacutedula indicoacute la viabilidad de la misma asochindose la disminucioacuten de pH con la bull produccioacuten del aacutecido

Esto explica los bajos rendimientos obtenl- dos (1294 - 2981) en los medios 1 y 2 Adicionalmente la cantidad de nitroacutegeno fue sushyperior a la establecida en lrabaJos previos por

t

Bracho y Socarraacutes (3) para la cepa A nger 4396 el vaJor oacuteptimo reportado fue de 124 gIL de 00 laquo u raquo M ~ ~ _ ~

0 llor)sulfato de amonin lo que corresponde a 026 gIL

_

-

00

lO

to -

la middot

G~~~--~~~-~~~

amp U raquo M - ~ - shyY_PO (M

de nitroacutegeno El contenido de nitroacutegeno para los 001 =_=-crT=IIOCO=cI~tIO ___ =--_ ____

medios 1 y 3 fue de 07 gLy de 096 gIL para el medio 2

Los resultados reportados con el medio 3 (pHI =5 89) se asocian al hecho de que la cepa A nger empleada es capaz de producir un comshypleJo de sus propias enzimas amyloliticas (alfa amilasas) las cuales hidroUzan el almJdoacuten a monosacaacuteridas que son convertidos en aeido citrlco La maacutexima actividad de la alfa amilasas estaacute en el rango de pH 45 - 78 dependiendo de la fuente de la enzima las obtenidas a partir de hongos del geacutenero Aspergillus presentan activishydad oacuteptima a un pH de 46(111)

FJg l Cinetlca de produccioacuten de aacutecido La figura 1 muestra los resultados obtenishy citrico

dos para la fermentacioacuten por carga con azuacutecar refinada estos muestran un aumento en el conshy

Se observoacute un cambio en la forma de crecishysumo de la fuente de carbono y energia y en la miento del microorgan1sm a partir de las 72 hrblomasa producida el pH disminuyoacute a lo largo coincidiendo esto con lo reportado por Paeacutez (9) ydel proceso Bracho (3J El nitroacutegeno suministrado en el medio

Rev Teacutec lng UnIV Zulla Vol 15 No 3 1992

206

se agotoacute y el subsecuente aumento de la biomasa se debioacute a la acumuJacioacuten de carbono por la ceacutelula AJ calcuJar los valores de la velocidad

especiacutefica de crecimiento iexclt Tabla 6 antes y despueacutes de las 72 horas se observoacute una dismishy

nucioacuten de este paraacutemetro como consecuencia

del cambio en el mecanismo de crecimiento del

hongo

Tabla 6 VaJores de velocidad especiacutefica de

creclmienlo para la fermentacioacuten por carga con azuacutecar refinada

Variabl Valor s Unidades 22 7xI0shy~l 3~2 47xI0shy

1 Valor obtenido anles de las 72 hr

2 Valor obtenido despue de las 72 hT

En la tabla 7 se muestran los rendimjentos obtenidos Los valores para la biomasa y el aacutecido cibico fueron de 1431 y 0 11 gramos por 100

gramos de azuacutecar consumida respectivamente

Tabla 7 Rendimiento en biomasa y producto para la fermentacioacuten por carga

con azuacutecar refinada

Paraacutemetro Valores Uruacutedades

1431 Yo

0 11

Los rendimientos estaacuten calculados en bases al azuacutecar consumido

Maacutermol y Paacuteez

Se proboacute la capacidad de la cepa empleada de producir aacutecido cibico para lo cual se apUcoacute la teacutecnica recomendada por Benuzzi y Segovia (2)

Los resuJtados indicaron que el A niger 4396 es una cepa productora ya que se formoacute el halo

transparente caracterisUco del citralo d~ calcio

La labIa 8 muestra los resultados obtenidos para el cultivo continuo operado a una tasa dI dilucioacuten de 0075 hr- I El proceso se iruacutecioacute como un cultivo por carga trans unido un liempo aproximado de 72 horas se comenzoacute el nujo continuo de nutrientes el cual se hace circular hasla alcanza r condiciones estacionarias estas se logran pasado un lilmpo usualmente igual a tres tiempos de residencia tr dado por la rela shycioacuten ) D oacute V F donde D es la lasa de dilucioacuten Ves el volumen y F la velocidad d nujo volumeacute shytrico del medio El valor del tiempo de residencia fue de 1333 horas

Los valores de productividad al an7ados estuvieron entre 12x 10 -3 Y 5 6x 10 -3 g L - hr lo cual se debioacute a la baja concentracioacuten de aacutecido dtrico exislente allnJciar l nujo continuo

Conclusiones

- S comproboacute uliUzando el medio de prue shyba sugerido por BenU7zi y Segovta 2 que la cepa A niger 4396 es productora dtgt ltlcido ciacutetrico

- La adicioacuten de la fuente nitr gtnada (Sulshyfalo de AmonJo) al mNlio 2 pTparado con h a rina de yuca sustrato no conven ionaJ no favorecioacute la produccioacuten de aacutecido cilrlco El onLenido d nitroacutegeno en la harina es suficiente para garan shytizar el crecimiento y la produccioacuten de aacutecido

Tabla 8 hr -1VaJores en eslado estacionarlo del cultivo contlnuo operando A D = 0075

Fermentacioacuten pH Biomasa AzUacutecar U tili- Acido Ciacutetrico Productividad (g L) 7ada (g L) (g L) (g L -hr)

1 143 319 150 16xl0middot2 ] 2xI0-3

2 177 499 200 7 5xIO-2 5 6xlOshy 3

3 140 144 125 41xIOmiddot2 3 1x 10shy 3

4 154 5 85 350 4 lx1O-2 3 1x10-3

Rev Tec Ing Uniacutev Zulla Vol 15 No 3 1992

207 Produccioacuten de aacutecido citrico por fermentacioacuten

- Un valor de pH inicial de 20 no favorecioacute la fermentacioacuten ya que se originaron productos de hidroacuteUsis no fermentesclbles En harina de

yuca Wl pH inicial de 589 produjo los mejores resultados

- Se encontroacute que durante la fermentacioacuten de aacutecido ciacutetrico la cepa de A niger 4396 fue capaz de producir sus propias enzimas arnyoUllcas las cuajes h1drolIzan el almidoacuten a azuacutecares disponishybles

- Al caJcuJar el vaJor de la velocidad especishyfica de crecimIento antes y despues de la 72 horas se observoacute una disminucioacuten de este paraacuteshymetro indicando un cambio en el mecanismo de crecimiento del hongo

- El flujo conUnu debe iniciarse tilla vez que en el cultivo por carga se aJcance la maacutexima produccioacuten de aacutecido ciacutetrico

Reconocimiento Se agradece al CONSEJO DE DESARRO middot

llO CIENTlFICO y HUMANISTICO (CONDES) de la Universidad del Zuliacutea el financiamiento a esta invesUgacioacuten

Referencias 1- BERMAN THOMAS Enzyme Handbook Vol

11 Springer-Verlay BerUn Heidelberg New York 1969

2 - BENUZZI A Segovta REstudio Sobre la Preseleccioacuten de Cepas de AspeTgillus nieT Destinadas a la Produccioacuten de Aciacutedo Ciacutetrico Acta Cientiacutefica Venezolana 40 195 - 197 1989

3- BRACHO D Socarraacutes A Influencia de la Concentracioacuten de Nitroacutegeno para la Siacutentesis de Acido Ciacutetrico LUZ Facultad de lngenieria Escuela de Quiacutemica 1988 (Tesis de GTado)

4- DUBOIS M Gilles KA Hamilton JK Colorimelric Melhod for Delermination of Sugars and Relaled Subslances Analytical ChemistTiy 28 (3) 350 -356 1956

5- HARrFORD CRapid Spectrophotomelric Method ror Ule Determination of llaconic Ciacutetrico Aconillc and Fumarles Acids AnalyticaJ Chemistry 34 426 - 428 1962

6- KRlSTIANSEN B Sinclair CG Production ofcilricAcid in Continuous Cullure Biotechshynolohyand Bloengineering vol XXI 297 shy315 1979

7 - KRISI1ANSEN B Charley R ConUnuolls Process for ProducUon ofCibic Aci Advanshyces in biotechnology Vol 1 221 - 227 1987

8- MARlER J R BouleL M DlTecl DelerminashyUon of Cllric Acid in Milk w1th an ImpToved Pyridine - Acetic Anhidride Melhod JournaJ DaiJy Science 41 J683 - 1692 1958

9- PAEZ GISELA Cineacutetica de Produccioacuten de A Ido Ciacutelrlco por Fernlentacioacuten Sumergida L U Z Facultad de Ingenieria 1986 (Tesis de Magisterl

10 PIR SJ Prtnciples of Microbe and CeU CuJshytivatlonmiddot BlackweU OxfoTd 1975

11 - PRESCCYIT amp DUNN S IndustriaJ MicTobiolshyogy

]2- SHU P Johnson MJ Journal Bashyteriologycal 56577 1948

13- SIMON CM Harvey T Passion Frult SLarch and ElIect on JuJce Vlscosity Delershymtnation ofSlarch Content JournaJ of Food Sdence vol 39 No 3 432 1974

14- Teacutecnicas de Cultivo S umeTgid o de AspeTquiUus Foetldus para la Produccioacuten de A ido Citrico Fundacioacuten CIEPE Venezuela 1 - 29 1987

Recibido el 31 de Oc-lubre de 1990

En forma visada el 08 de SepUembre 1992

Rev Teacutec lng Unlv Zulla Vol ]5 No 3 1992

Page 3: Producción de ácido cítrico por fermentación

203 Produccioacuten de aacutecido cilrico por fermentacioacuten

Tabla l Algunos metales importantes en la harina de yuca y azuacutecar refinada utilizadas como fuenle

de carbono y energiacutea

Metal Harina de yuca Azuacutecar Refinada Liacutemite de deteccioacuten (mgRg) (mg Kg) (mgL)

Fe 6809 100 002

Mn ND 025 001

Cu 2143 N D 003

Zn 3143 ND 002

Al ND N D 003

Tabla 2 Composicioacuten del medIo y condiciones de operacioacuten para la

fennenlacioacuten con harina de yuca

Composicioacuten y condiciones iniciales

Harina de yu a giL Almidoacuten giL

S04 (NH4h gi L Cantidad de N2 gi L

pH Agltadoacuten rprn

Temperatura OC Vol Trabajo L

Medio 1

14000 5055

0 70 2 00

20000 3000

015

Medio 2 Medio 3

14000 14000 4999 52 50

124 0 96 0 70 2 00 589

20000 20000 3000 3000

0 15 0 15

Alntidoacuten

Para las delerminaciones de aJmjdoacuten se utilizoacute el meacutetodo colortmeacutetrico de Carter y Newter l3

Fermentacioacuten por Carga

Sustrato uUlizado Harina de yuca

Se realizaron fermentaciones aeroacutebicas a nivel de fiolas por triplicado con un volumen de trabajo de 150 mi

Durante el curso de la fermenlacioacuten se tomaron muestras por duplicado de aproximadashymente 10 mi a tntervaJos de 48 horas durante

264 horas (11 dias) Determinaacutendose en cada caso pH aacutecido ciacutetrico y alnlldoacuten

Sustralo utilizado Azuacutecar refinada

Se llevoacute a cabo una fennenlacioacuten por carga con un volumen de trabajo d 450 mJ

Fermentacioacuten Continua

La fermentacioacuten continua fue iniciada por tnocuJacioacuten en un medio por carga rrabla 3) Adicionalmente el flujo continuo cuya composishycioacuten y condiciones se dan a la Tabla 4 comenzoacute cuando la produccioacuten de acido fue observada (7 2 br) Se fijoacute una tasa de dilucioacuten 0 075 hr -1 156)

)0 que significoacute un flujo de medio fresco de 0 563

mJfmin

Rev Teacutec lng Univ Zulla Vol 15 No 3 1992

204 Maacutermol y Paacuteez

Tabla 3 Composicioacuten del medio y condiciones de operacioacuten para la fermentacioacuten con azuacutecar refinada

Composicioacuten y Condiciones Iniclales

Azuacutecar Refinada gIL

(NH4)zS04 giL

KH2P04 gIL MgS0471-hO gIL

CuS045H20 x103bull gIL

FeS047H20 X 103bull gIL

ZnS047H20 x103 bull gIL

pH

Agitacioacuten rpmmiddotmiddot

Temperatura oC

Vol de Trabajo L

Tasa de Dujo

de aire vvm bullbullbull

14000

124

250

025

006

042

025

2 00

10000

28-30

045

070

bull En el medio por carga para el proceso continuo 3 no se adicionoacute FeS047H20

bullbull En la elapa por carga para el pro eso continuo 4 se uWizaron 150 rpm En el proceso onlinuo 3 y 4 se ullllzashyTon 1 1 vvm para la etapa por carga

Se realizaron cuatro fermentaciones aeroacute shybicas de las cuales se vartoacute la concentracioacuten de azuacutecar y de nJtroacutegeno al momento de iniciar el aUJo continuo

En el CursO de la fermentacioacuten se lomaron

muestras de aproximadamente 15 mi a interva shy

los de 24 horas durante 120 horas (5 diacuteas) En

cada caso se determinoacute biomasa azuacutecar resi shydual pH y aacutecido ciacutetrico El pH inicial del medio fue 2 0 y no se controloacute en el curso de la fermen shytacioacuten

Discusioacuten

La tabla 5 muesLTa los resuJtados obtenidos para las fermentaciones con harina de yuca Estos indican que hubo una disminucioacuten de la fuente de carbono y energia (almidoacuten) asiacute como de los valores de pH obterueacutenclose valores finales de pH enLTe 163 y 304 para valoTes iniciales enLTe 2 0 y 589 respectivamente

Un elevado ValOT del pH inicial (589) favo shyrecioacute la produccioacuten de aacutecido ciacutetrico tal omo pudo observarse en el medio 3 En los medios 1 y 2 produjo una hidroacutelisis aacutecida al adlcionarles aacutecido clorhiacutedrico para ajustar el pH inicial a un vaJor de 2 0 originaacutendose durante la misma dextrinas y oLTos productos indeseables por no ser fennen~

Tabla 4 ComposiCioacuten del m dio y condiCiones de operaCioacuten al

iniciar el flujo continuo Composicioacuten y condiciones Iniciales 1 2 3 4

Azuacutecar refinada glL

(NH4)2S0 4 gIL

KHZP04 giL

MgS047HzO gIL CuS045HzO xl03

gIL

FeS047H20 X 103bull giL

ZnS047H20 X 103bull gIL

pH

Agitacioacuten rpm

Temperalura oc Vol de Trabajo L

Tasa de nujo de aire vvm

14000

124

250

0 25

0 06

042

025

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lOOOO

28-30

045

0 70

115 00

0 62

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0 25

0 06

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2 00

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28-30

045

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0 25

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bullbull

Producdoacuten de addo dtrtco por fermentacioacuten 205

~4~~~------------------- Tabla 5

Resultados de la Fermentadoacuten por carga It

realizada con harina de yuca

Medio pH Addo Ciacutetrico AlmJdoacuten Hendshy

(gIL) (gIL) Yp() l

1 163 200 3859 J672

2 167 194 3500 ]294

3 304 480 3640 2981 u

I~~~__~~~ __L-~~

o H q n ~ ~ - ~bull En base al almJdoacuten consumido oftrll

tables La hidroacutelisis aacutecida del aJm1doacuten reduce su 70llUeNI=COH=IW=IOoIf-- ____IO ___ulilidad como sustrato para la fermentacioacuten ciacuteshy la MlIIIMA--=ltAl-- ________-

trica

La disminucioacuten de la fuente de carbono por bull consumo de ceacutedula indicoacute la viabilidad de la misma asochindose la disminucioacuten de pH con la bull produccioacuten del aacutecido

Esto explica los bajos rendimientos obtenl- dos (1294 - 2981) en los medios 1 y 2 Adicionalmente la cantidad de nitroacutegeno fue sushyperior a la establecida en lrabaJos previos por

t

Bracho y Socarraacutes (3) para la cepa A nger 4396 el vaJor oacuteptimo reportado fue de 124 gIL de 00 laquo u raquo M ~ ~ _ ~

0 llor)sulfato de amonin lo que corresponde a 026 gIL

_

-

00

lO

to -

la middot

G~~~--~~~-~~~

amp U raquo M - ~ - shyY_PO (M

de nitroacutegeno El contenido de nitroacutegeno para los 001 =_=-crT=IIOCO=cI~tIO ___ =--_ ____

medios 1 y 3 fue de 07 gLy de 096 gIL para el medio 2

Los resultados reportados con el medio 3 (pHI =5 89) se asocian al hecho de que la cepa A nger empleada es capaz de producir un comshypleJo de sus propias enzimas amyloliticas (alfa amilasas) las cuales hidroUzan el almJdoacuten a monosacaacuteridas que son convertidos en aeido citrlco La maacutexima actividad de la alfa amilasas estaacute en el rango de pH 45 - 78 dependiendo de la fuente de la enzima las obtenidas a partir de hongos del geacutenero Aspergillus presentan activishydad oacuteptima a un pH de 46(111)

FJg l Cinetlca de produccioacuten de aacutecido La figura 1 muestra los resultados obtenishy citrico

dos para la fermentacioacuten por carga con azuacutecar refinada estos muestran un aumento en el conshy

Se observoacute un cambio en la forma de crecishysumo de la fuente de carbono y energia y en la miento del microorgan1sm a partir de las 72 hrblomasa producida el pH disminuyoacute a lo largo coincidiendo esto con lo reportado por Paeacutez (9) ydel proceso Bracho (3J El nitroacutegeno suministrado en el medio

Rev Teacutec lng UnIV Zulla Vol 15 No 3 1992

206

se agotoacute y el subsecuente aumento de la biomasa se debioacute a la acumuJacioacuten de carbono por la ceacutelula AJ calcuJar los valores de la velocidad

especiacutefica de crecimiento iexclt Tabla 6 antes y despueacutes de las 72 horas se observoacute una dismishy

nucioacuten de este paraacutemetro como consecuencia

del cambio en el mecanismo de crecimiento del

hongo

Tabla 6 VaJores de velocidad especiacutefica de

creclmienlo para la fermentacioacuten por carga con azuacutecar refinada

Variabl Valor s Unidades 22 7xI0shy~l 3~2 47xI0shy

1 Valor obtenido anles de las 72 hr

2 Valor obtenido despue de las 72 hT

En la tabla 7 se muestran los rendimjentos obtenidos Los valores para la biomasa y el aacutecido cibico fueron de 1431 y 0 11 gramos por 100

gramos de azuacutecar consumida respectivamente

Tabla 7 Rendimiento en biomasa y producto para la fermentacioacuten por carga

con azuacutecar refinada

Paraacutemetro Valores Uruacutedades

1431 Yo

0 11

Los rendimientos estaacuten calculados en bases al azuacutecar consumido

Maacutermol y Paacuteez

Se proboacute la capacidad de la cepa empleada de producir aacutecido cibico para lo cual se apUcoacute la teacutecnica recomendada por Benuzzi y Segovia (2)

Los resuJtados indicaron que el A niger 4396 es una cepa productora ya que se formoacute el halo

transparente caracterisUco del citralo d~ calcio

La labIa 8 muestra los resultados obtenidos para el cultivo continuo operado a una tasa dI dilucioacuten de 0075 hr- I El proceso se iruacutecioacute como un cultivo por carga trans unido un liempo aproximado de 72 horas se comenzoacute el nujo continuo de nutrientes el cual se hace circular hasla alcanza r condiciones estacionarias estas se logran pasado un lilmpo usualmente igual a tres tiempos de residencia tr dado por la rela shycioacuten ) D oacute V F donde D es la lasa de dilucioacuten Ves el volumen y F la velocidad d nujo volumeacute shytrico del medio El valor del tiempo de residencia fue de 1333 horas

Los valores de productividad al an7ados estuvieron entre 12x 10 -3 Y 5 6x 10 -3 g L - hr lo cual se debioacute a la baja concentracioacuten de aacutecido dtrico exislente allnJciar l nujo continuo

Conclusiones

- S comproboacute uliUzando el medio de prue shyba sugerido por BenU7zi y Segovta 2 que la cepa A niger 4396 es productora dtgt ltlcido ciacutetrico

- La adicioacuten de la fuente nitr gtnada (Sulshyfalo de AmonJo) al mNlio 2 pTparado con h a rina de yuca sustrato no conven ionaJ no favorecioacute la produccioacuten de aacutecido cilrlco El onLenido d nitroacutegeno en la harina es suficiente para garan shytizar el crecimiento y la produccioacuten de aacutecido

Tabla 8 hr -1VaJores en eslado estacionarlo del cultivo contlnuo operando A D = 0075

Fermentacioacuten pH Biomasa AzUacutecar U tili- Acido Ciacutetrico Productividad (g L) 7ada (g L) (g L) (g L -hr)

1 143 319 150 16xl0middot2 ] 2xI0-3

2 177 499 200 7 5xIO-2 5 6xlOshy 3

3 140 144 125 41xIOmiddot2 3 1x 10shy 3

4 154 5 85 350 4 lx1O-2 3 1x10-3

Rev Tec Ing Uniacutev Zulla Vol 15 No 3 1992

207 Produccioacuten de aacutecido citrico por fermentacioacuten

- Un valor de pH inicial de 20 no favorecioacute la fermentacioacuten ya que se originaron productos de hidroacuteUsis no fermentesclbles En harina de

yuca Wl pH inicial de 589 produjo los mejores resultados

- Se encontroacute que durante la fermentacioacuten de aacutecido ciacutetrico la cepa de A niger 4396 fue capaz de producir sus propias enzimas arnyoUllcas las cuajes h1drolIzan el almidoacuten a azuacutecares disponishybles

- Al caJcuJar el vaJor de la velocidad especishyfica de crecimIento antes y despues de la 72 horas se observoacute una disminucioacuten de este paraacuteshymetro indicando un cambio en el mecanismo de crecimiento del hongo

- El flujo conUnu debe iniciarse tilla vez que en el cultivo por carga se aJcance la maacutexima produccioacuten de aacutecido ciacutetrico

Reconocimiento Se agradece al CONSEJO DE DESARRO middot

llO CIENTlFICO y HUMANISTICO (CONDES) de la Universidad del Zuliacutea el financiamiento a esta invesUgacioacuten

Referencias 1- BERMAN THOMAS Enzyme Handbook Vol

11 Springer-Verlay BerUn Heidelberg New York 1969

2 - BENUZZI A Segovta REstudio Sobre la Preseleccioacuten de Cepas de AspeTgillus nieT Destinadas a la Produccioacuten de Aciacutedo Ciacutetrico Acta Cientiacutefica Venezolana 40 195 - 197 1989

3- BRACHO D Socarraacutes A Influencia de la Concentracioacuten de Nitroacutegeno para la Siacutentesis de Acido Ciacutetrico LUZ Facultad de lngenieria Escuela de Quiacutemica 1988 (Tesis de GTado)

4- DUBOIS M Gilles KA Hamilton JK Colorimelric Melhod for Delermination of Sugars and Relaled Subslances Analytical ChemistTiy 28 (3) 350 -356 1956

5- HARrFORD CRapid Spectrophotomelric Method ror Ule Determination of llaconic Ciacutetrico Aconillc and Fumarles Acids AnalyticaJ Chemistry 34 426 - 428 1962

6- KRlSTIANSEN B Sinclair CG Production ofcilricAcid in Continuous Cullure Biotechshynolohyand Bloengineering vol XXI 297 shy315 1979

7 - KRISI1ANSEN B Charley R ConUnuolls Process for ProducUon ofCibic Aci Advanshyces in biotechnology Vol 1 221 - 227 1987

8- MARlER J R BouleL M DlTecl DelerminashyUon of Cllric Acid in Milk w1th an ImpToved Pyridine - Acetic Anhidride Melhod JournaJ DaiJy Science 41 J683 - 1692 1958

9- PAEZ GISELA Cineacutetica de Produccioacuten de A Ido Ciacutelrlco por Fernlentacioacuten Sumergida L U Z Facultad de Ingenieria 1986 (Tesis de Magisterl

10 PIR SJ Prtnciples of Microbe and CeU CuJshytivatlonmiddot BlackweU OxfoTd 1975

11 - PRESCCYIT amp DUNN S IndustriaJ MicTobiolshyogy

]2- SHU P Johnson MJ Journal Bashyteriologycal 56577 1948

13- SIMON CM Harvey T Passion Frult SLarch and ElIect on JuJce Vlscosity Delershymtnation ofSlarch Content JournaJ of Food Sdence vol 39 No 3 432 1974

14- Teacutecnicas de Cultivo S umeTgid o de AspeTquiUus Foetldus para la Produccioacuten de A ido Citrico Fundacioacuten CIEPE Venezuela 1 - 29 1987

Recibido el 31 de Oc-lubre de 1990

En forma visada el 08 de SepUembre 1992

Rev Teacutec lng Unlv Zulla Vol ]5 No 3 1992

Page 4: Producción de ácido cítrico por fermentación

204 Maacutermol y Paacuteez

Tabla 3 Composicioacuten del medio y condiciones de operacioacuten para la fermentacioacuten con azuacutecar refinada

Composicioacuten y Condiciones Iniclales

Azuacutecar Refinada gIL

(NH4)zS04 giL

KH2P04 gIL MgS0471-hO gIL

CuS045H20 x103bull gIL

FeS047H20 X 103bull gIL

ZnS047H20 x103 bull gIL

pH

Agitacioacuten rpmmiddotmiddot

Temperatura oC

Vol de Trabajo L

Tasa de Dujo

de aire vvm bullbullbull

14000

124

250

025

006

042

025

2 00

10000

28-30

045

070

bull En el medio por carga para el proceso continuo 3 no se adicionoacute FeS047H20

bullbull En la elapa por carga para el pro eso continuo 4 se uWizaron 150 rpm En el proceso onlinuo 3 y 4 se ullllzashyTon 1 1 vvm para la etapa por carga

Se realizaron cuatro fermentaciones aeroacute shybicas de las cuales se vartoacute la concentracioacuten de azuacutecar y de nJtroacutegeno al momento de iniciar el aUJo continuo

En el CursO de la fermentacioacuten se lomaron

muestras de aproximadamente 15 mi a interva shy

los de 24 horas durante 120 horas (5 diacuteas) En

cada caso se determinoacute biomasa azuacutecar resi shydual pH y aacutecido ciacutetrico El pH inicial del medio fue 2 0 y no se controloacute en el curso de la fermen shytacioacuten

Discusioacuten

La tabla 5 muesLTa los resuJtados obtenidos para las fermentaciones con harina de yuca Estos indican que hubo una disminucioacuten de la fuente de carbono y energia (almidoacuten) asiacute como de los valores de pH obterueacutenclose valores finales de pH enLTe 163 y 304 para valoTes iniciales enLTe 2 0 y 589 respectivamente

Un elevado ValOT del pH inicial (589) favo shyrecioacute la produccioacuten de aacutecido ciacutetrico tal omo pudo observarse en el medio 3 En los medios 1 y 2 produjo una hidroacutelisis aacutecida al adlcionarles aacutecido clorhiacutedrico para ajustar el pH inicial a un vaJor de 2 0 originaacutendose durante la misma dextrinas y oLTos productos indeseables por no ser fennen~

Tabla 4 ComposiCioacuten del m dio y condiCiones de operaCioacuten al

iniciar el flujo continuo Composicioacuten y condiciones Iniciales 1 2 3 4

Azuacutecar refinada glL

(NH4)2S0 4 gIL

KHZP04 giL

MgS047HzO gIL CuS045HzO xl03

gIL

FeS047H20 X 103bull giL

ZnS047H20 X 103bull gIL

pH

Agitacioacuten rpm

Temperalura oc Vol de Trabajo L

Tasa de nujo de aire vvm

14000

124

250

0 25

0 06

042

025

200

lOOOO

28-30

045

0 70

115 00

0 62

2 50

0 25

0 06

0 42

025

2 00

10000

28-30

045

070

8500

250

0 25

006

0 25

200

10000

28-30

0 45

11

9500

062

2 50

0 25

0 06

042

0 25

200

10000

28-30

0 4 5

11

Rev Teacutec lng Unlv Zulla Vol 15 No 3 1992

__ ___

bullbull

Producdoacuten de addo dtrtco por fermentacioacuten 205

~4~~~------------------- Tabla 5

Resultados de la Fermentadoacuten por carga It

realizada con harina de yuca

Medio pH Addo Ciacutetrico AlmJdoacuten Hendshy

(gIL) (gIL) Yp() l

1 163 200 3859 J672

2 167 194 3500 ]294

3 304 480 3640 2981 u

I~~~__~~~ __L-~~

o H q n ~ ~ - ~bull En base al almJdoacuten consumido oftrll

tables La hidroacutelisis aacutecida del aJm1doacuten reduce su 70llUeNI=COH=IW=IOoIf-- ____IO ___ulilidad como sustrato para la fermentacioacuten ciacuteshy la MlIIIMA--=ltAl-- ________-

trica

La disminucioacuten de la fuente de carbono por bull consumo de ceacutedula indicoacute la viabilidad de la misma asochindose la disminucioacuten de pH con la bull produccioacuten del aacutecido

Esto explica los bajos rendimientos obtenl- dos (1294 - 2981) en los medios 1 y 2 Adicionalmente la cantidad de nitroacutegeno fue sushyperior a la establecida en lrabaJos previos por

t

Bracho y Socarraacutes (3) para la cepa A nger 4396 el vaJor oacuteptimo reportado fue de 124 gIL de 00 laquo u raquo M ~ ~ _ ~

0 llor)sulfato de amonin lo que corresponde a 026 gIL

_

-

00

lO

to -

la middot

G~~~--~~~-~~~

amp U raquo M - ~ - shyY_PO (M

de nitroacutegeno El contenido de nitroacutegeno para los 001 =_=-crT=IIOCO=cI~tIO ___ =--_ ____

medios 1 y 3 fue de 07 gLy de 096 gIL para el medio 2

Los resultados reportados con el medio 3 (pHI =5 89) se asocian al hecho de que la cepa A nger empleada es capaz de producir un comshypleJo de sus propias enzimas amyloliticas (alfa amilasas) las cuales hidroUzan el almJdoacuten a monosacaacuteridas que son convertidos en aeido citrlco La maacutexima actividad de la alfa amilasas estaacute en el rango de pH 45 - 78 dependiendo de la fuente de la enzima las obtenidas a partir de hongos del geacutenero Aspergillus presentan activishydad oacuteptima a un pH de 46(111)

FJg l Cinetlca de produccioacuten de aacutecido La figura 1 muestra los resultados obtenishy citrico

dos para la fermentacioacuten por carga con azuacutecar refinada estos muestran un aumento en el conshy

Se observoacute un cambio en la forma de crecishysumo de la fuente de carbono y energia y en la miento del microorgan1sm a partir de las 72 hrblomasa producida el pH disminuyoacute a lo largo coincidiendo esto con lo reportado por Paeacutez (9) ydel proceso Bracho (3J El nitroacutegeno suministrado en el medio

Rev Teacutec lng UnIV Zulla Vol 15 No 3 1992

206

se agotoacute y el subsecuente aumento de la biomasa se debioacute a la acumuJacioacuten de carbono por la ceacutelula AJ calcuJar los valores de la velocidad

especiacutefica de crecimiento iexclt Tabla 6 antes y despueacutes de las 72 horas se observoacute una dismishy

nucioacuten de este paraacutemetro como consecuencia

del cambio en el mecanismo de crecimiento del

hongo

Tabla 6 VaJores de velocidad especiacutefica de

creclmienlo para la fermentacioacuten por carga con azuacutecar refinada

Variabl Valor s Unidades 22 7xI0shy~l 3~2 47xI0shy

1 Valor obtenido anles de las 72 hr

2 Valor obtenido despue de las 72 hT

En la tabla 7 se muestran los rendimjentos obtenidos Los valores para la biomasa y el aacutecido cibico fueron de 1431 y 0 11 gramos por 100

gramos de azuacutecar consumida respectivamente

Tabla 7 Rendimiento en biomasa y producto para la fermentacioacuten por carga

con azuacutecar refinada

Paraacutemetro Valores Uruacutedades

1431 Yo

0 11

Los rendimientos estaacuten calculados en bases al azuacutecar consumido

Maacutermol y Paacuteez

Se proboacute la capacidad de la cepa empleada de producir aacutecido cibico para lo cual se apUcoacute la teacutecnica recomendada por Benuzzi y Segovia (2)

Los resuJtados indicaron que el A niger 4396 es una cepa productora ya que se formoacute el halo

transparente caracterisUco del citralo d~ calcio

La labIa 8 muestra los resultados obtenidos para el cultivo continuo operado a una tasa dI dilucioacuten de 0075 hr- I El proceso se iruacutecioacute como un cultivo por carga trans unido un liempo aproximado de 72 horas se comenzoacute el nujo continuo de nutrientes el cual se hace circular hasla alcanza r condiciones estacionarias estas se logran pasado un lilmpo usualmente igual a tres tiempos de residencia tr dado por la rela shycioacuten ) D oacute V F donde D es la lasa de dilucioacuten Ves el volumen y F la velocidad d nujo volumeacute shytrico del medio El valor del tiempo de residencia fue de 1333 horas

Los valores de productividad al an7ados estuvieron entre 12x 10 -3 Y 5 6x 10 -3 g L - hr lo cual se debioacute a la baja concentracioacuten de aacutecido dtrico exislente allnJciar l nujo continuo

Conclusiones

- S comproboacute uliUzando el medio de prue shyba sugerido por BenU7zi y Segovta 2 que la cepa A niger 4396 es productora dtgt ltlcido ciacutetrico

- La adicioacuten de la fuente nitr gtnada (Sulshyfalo de AmonJo) al mNlio 2 pTparado con h a rina de yuca sustrato no conven ionaJ no favorecioacute la produccioacuten de aacutecido cilrlco El onLenido d nitroacutegeno en la harina es suficiente para garan shytizar el crecimiento y la produccioacuten de aacutecido

Tabla 8 hr -1VaJores en eslado estacionarlo del cultivo contlnuo operando A D = 0075

Fermentacioacuten pH Biomasa AzUacutecar U tili- Acido Ciacutetrico Productividad (g L) 7ada (g L) (g L) (g L -hr)

1 143 319 150 16xl0middot2 ] 2xI0-3

2 177 499 200 7 5xIO-2 5 6xlOshy 3

3 140 144 125 41xIOmiddot2 3 1x 10shy 3

4 154 5 85 350 4 lx1O-2 3 1x10-3

Rev Tec Ing Uniacutev Zulla Vol 15 No 3 1992

207 Produccioacuten de aacutecido citrico por fermentacioacuten

- Un valor de pH inicial de 20 no favorecioacute la fermentacioacuten ya que se originaron productos de hidroacuteUsis no fermentesclbles En harina de

yuca Wl pH inicial de 589 produjo los mejores resultados

- Se encontroacute que durante la fermentacioacuten de aacutecido ciacutetrico la cepa de A niger 4396 fue capaz de producir sus propias enzimas arnyoUllcas las cuajes h1drolIzan el almidoacuten a azuacutecares disponishybles

- Al caJcuJar el vaJor de la velocidad especishyfica de crecimIento antes y despues de la 72 horas se observoacute una disminucioacuten de este paraacuteshymetro indicando un cambio en el mecanismo de crecimiento del hongo

- El flujo conUnu debe iniciarse tilla vez que en el cultivo por carga se aJcance la maacutexima produccioacuten de aacutecido ciacutetrico

Reconocimiento Se agradece al CONSEJO DE DESARRO middot

llO CIENTlFICO y HUMANISTICO (CONDES) de la Universidad del Zuliacutea el financiamiento a esta invesUgacioacuten

Referencias 1- BERMAN THOMAS Enzyme Handbook Vol

11 Springer-Verlay BerUn Heidelberg New York 1969

2 - BENUZZI A Segovta REstudio Sobre la Preseleccioacuten de Cepas de AspeTgillus nieT Destinadas a la Produccioacuten de Aciacutedo Ciacutetrico Acta Cientiacutefica Venezolana 40 195 - 197 1989

3- BRACHO D Socarraacutes A Influencia de la Concentracioacuten de Nitroacutegeno para la Siacutentesis de Acido Ciacutetrico LUZ Facultad de lngenieria Escuela de Quiacutemica 1988 (Tesis de GTado)

4- DUBOIS M Gilles KA Hamilton JK Colorimelric Melhod for Delermination of Sugars and Relaled Subslances Analytical ChemistTiy 28 (3) 350 -356 1956

5- HARrFORD CRapid Spectrophotomelric Method ror Ule Determination of llaconic Ciacutetrico Aconillc and Fumarles Acids AnalyticaJ Chemistry 34 426 - 428 1962

6- KRlSTIANSEN B Sinclair CG Production ofcilricAcid in Continuous Cullure Biotechshynolohyand Bloengineering vol XXI 297 shy315 1979

7 - KRISI1ANSEN B Charley R ConUnuolls Process for ProducUon ofCibic Aci Advanshyces in biotechnology Vol 1 221 - 227 1987

8- MARlER J R BouleL M DlTecl DelerminashyUon of Cllric Acid in Milk w1th an ImpToved Pyridine - Acetic Anhidride Melhod JournaJ DaiJy Science 41 J683 - 1692 1958

9- PAEZ GISELA Cineacutetica de Produccioacuten de A Ido Ciacutelrlco por Fernlentacioacuten Sumergida L U Z Facultad de Ingenieria 1986 (Tesis de Magisterl

10 PIR SJ Prtnciples of Microbe and CeU CuJshytivatlonmiddot BlackweU OxfoTd 1975

11 - PRESCCYIT amp DUNN S IndustriaJ MicTobiolshyogy

]2- SHU P Johnson MJ Journal Bashyteriologycal 56577 1948

13- SIMON CM Harvey T Passion Frult SLarch and ElIect on JuJce Vlscosity Delershymtnation ofSlarch Content JournaJ of Food Sdence vol 39 No 3 432 1974

14- Teacutecnicas de Cultivo S umeTgid o de AspeTquiUus Foetldus para la Produccioacuten de A ido Citrico Fundacioacuten CIEPE Venezuela 1 - 29 1987

Recibido el 31 de Oc-lubre de 1990

En forma visada el 08 de SepUembre 1992

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Page 5: Producción de ácido cítrico por fermentación

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bullbull

Producdoacuten de addo dtrtco por fermentacioacuten 205

~4~~~------------------- Tabla 5

Resultados de la Fermentadoacuten por carga It

realizada con harina de yuca

Medio pH Addo Ciacutetrico AlmJdoacuten Hendshy

(gIL) (gIL) Yp() l

1 163 200 3859 J672

2 167 194 3500 ]294

3 304 480 3640 2981 u

I~~~__~~~ __L-~~

o H q n ~ ~ - ~bull En base al almJdoacuten consumido oftrll

tables La hidroacutelisis aacutecida del aJm1doacuten reduce su 70llUeNI=COH=IW=IOoIf-- ____IO ___ulilidad como sustrato para la fermentacioacuten ciacuteshy la MlIIIMA--=ltAl-- ________-

trica

La disminucioacuten de la fuente de carbono por bull consumo de ceacutedula indicoacute la viabilidad de la misma asochindose la disminucioacuten de pH con la bull produccioacuten del aacutecido

Esto explica los bajos rendimientos obtenl- dos (1294 - 2981) en los medios 1 y 2 Adicionalmente la cantidad de nitroacutegeno fue sushyperior a la establecida en lrabaJos previos por

t

Bracho y Socarraacutes (3) para la cepa A nger 4396 el vaJor oacuteptimo reportado fue de 124 gIL de 00 laquo u raquo M ~ ~ _ ~

0 llor)sulfato de amonin lo que corresponde a 026 gIL

_

-

00

lO

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la middot

G~~~--~~~-~~~

amp U raquo M - ~ - shyY_PO (M

de nitroacutegeno El contenido de nitroacutegeno para los 001 =_=-crT=IIOCO=cI~tIO ___ =--_ ____

medios 1 y 3 fue de 07 gLy de 096 gIL para el medio 2

Los resultados reportados con el medio 3 (pHI =5 89) se asocian al hecho de que la cepa A nger empleada es capaz de producir un comshypleJo de sus propias enzimas amyloliticas (alfa amilasas) las cuales hidroUzan el almJdoacuten a monosacaacuteridas que son convertidos en aeido citrlco La maacutexima actividad de la alfa amilasas estaacute en el rango de pH 45 - 78 dependiendo de la fuente de la enzima las obtenidas a partir de hongos del geacutenero Aspergillus presentan activishydad oacuteptima a un pH de 46(111)

FJg l Cinetlca de produccioacuten de aacutecido La figura 1 muestra los resultados obtenishy citrico

dos para la fermentacioacuten por carga con azuacutecar refinada estos muestran un aumento en el conshy

Se observoacute un cambio en la forma de crecishysumo de la fuente de carbono y energia y en la miento del microorgan1sm a partir de las 72 hrblomasa producida el pH disminuyoacute a lo largo coincidiendo esto con lo reportado por Paeacutez (9) ydel proceso Bracho (3J El nitroacutegeno suministrado en el medio

Rev Teacutec lng UnIV Zulla Vol 15 No 3 1992

206

se agotoacute y el subsecuente aumento de la biomasa se debioacute a la acumuJacioacuten de carbono por la ceacutelula AJ calcuJar los valores de la velocidad

especiacutefica de crecimiento iexclt Tabla 6 antes y despueacutes de las 72 horas se observoacute una dismishy

nucioacuten de este paraacutemetro como consecuencia

del cambio en el mecanismo de crecimiento del

hongo

Tabla 6 VaJores de velocidad especiacutefica de

creclmienlo para la fermentacioacuten por carga con azuacutecar refinada

Variabl Valor s Unidades 22 7xI0shy~l 3~2 47xI0shy

1 Valor obtenido anles de las 72 hr

2 Valor obtenido despue de las 72 hT

En la tabla 7 se muestran los rendimjentos obtenidos Los valores para la biomasa y el aacutecido cibico fueron de 1431 y 0 11 gramos por 100

gramos de azuacutecar consumida respectivamente

Tabla 7 Rendimiento en biomasa y producto para la fermentacioacuten por carga

con azuacutecar refinada

Paraacutemetro Valores Uruacutedades

1431 Yo

0 11

Los rendimientos estaacuten calculados en bases al azuacutecar consumido

Maacutermol y Paacuteez

Se proboacute la capacidad de la cepa empleada de producir aacutecido cibico para lo cual se apUcoacute la teacutecnica recomendada por Benuzzi y Segovia (2)

Los resuJtados indicaron que el A niger 4396 es una cepa productora ya que se formoacute el halo

transparente caracterisUco del citralo d~ calcio

La labIa 8 muestra los resultados obtenidos para el cultivo continuo operado a una tasa dI dilucioacuten de 0075 hr- I El proceso se iruacutecioacute como un cultivo por carga trans unido un liempo aproximado de 72 horas se comenzoacute el nujo continuo de nutrientes el cual se hace circular hasla alcanza r condiciones estacionarias estas se logran pasado un lilmpo usualmente igual a tres tiempos de residencia tr dado por la rela shycioacuten ) D oacute V F donde D es la lasa de dilucioacuten Ves el volumen y F la velocidad d nujo volumeacute shytrico del medio El valor del tiempo de residencia fue de 1333 horas

Los valores de productividad al an7ados estuvieron entre 12x 10 -3 Y 5 6x 10 -3 g L - hr lo cual se debioacute a la baja concentracioacuten de aacutecido dtrico exislente allnJciar l nujo continuo

Conclusiones

- S comproboacute uliUzando el medio de prue shyba sugerido por BenU7zi y Segovta 2 que la cepa A niger 4396 es productora dtgt ltlcido ciacutetrico

- La adicioacuten de la fuente nitr gtnada (Sulshyfalo de AmonJo) al mNlio 2 pTparado con h a rina de yuca sustrato no conven ionaJ no favorecioacute la produccioacuten de aacutecido cilrlco El onLenido d nitroacutegeno en la harina es suficiente para garan shytizar el crecimiento y la produccioacuten de aacutecido

Tabla 8 hr -1VaJores en eslado estacionarlo del cultivo contlnuo operando A D = 0075

Fermentacioacuten pH Biomasa AzUacutecar U tili- Acido Ciacutetrico Productividad (g L) 7ada (g L) (g L) (g L -hr)

1 143 319 150 16xl0middot2 ] 2xI0-3

2 177 499 200 7 5xIO-2 5 6xlOshy 3

3 140 144 125 41xIOmiddot2 3 1x 10shy 3

4 154 5 85 350 4 lx1O-2 3 1x10-3

Rev Tec Ing Uniacutev Zulla Vol 15 No 3 1992

207 Produccioacuten de aacutecido citrico por fermentacioacuten

- Un valor de pH inicial de 20 no favorecioacute la fermentacioacuten ya que se originaron productos de hidroacuteUsis no fermentesclbles En harina de

yuca Wl pH inicial de 589 produjo los mejores resultados

- Se encontroacute que durante la fermentacioacuten de aacutecido ciacutetrico la cepa de A niger 4396 fue capaz de producir sus propias enzimas arnyoUllcas las cuajes h1drolIzan el almidoacuten a azuacutecares disponishybles

- Al caJcuJar el vaJor de la velocidad especishyfica de crecimIento antes y despues de la 72 horas se observoacute una disminucioacuten de este paraacuteshymetro indicando un cambio en el mecanismo de crecimiento del hongo

- El flujo conUnu debe iniciarse tilla vez que en el cultivo por carga se aJcance la maacutexima produccioacuten de aacutecido ciacutetrico

Reconocimiento Se agradece al CONSEJO DE DESARRO middot

llO CIENTlFICO y HUMANISTICO (CONDES) de la Universidad del Zuliacutea el financiamiento a esta invesUgacioacuten

Referencias 1- BERMAN THOMAS Enzyme Handbook Vol

11 Springer-Verlay BerUn Heidelberg New York 1969

2 - BENUZZI A Segovta REstudio Sobre la Preseleccioacuten de Cepas de AspeTgillus nieT Destinadas a la Produccioacuten de Aciacutedo Ciacutetrico Acta Cientiacutefica Venezolana 40 195 - 197 1989

3- BRACHO D Socarraacutes A Influencia de la Concentracioacuten de Nitroacutegeno para la Siacutentesis de Acido Ciacutetrico LUZ Facultad de lngenieria Escuela de Quiacutemica 1988 (Tesis de GTado)

4- DUBOIS M Gilles KA Hamilton JK Colorimelric Melhod for Delermination of Sugars and Relaled Subslances Analytical ChemistTiy 28 (3) 350 -356 1956

5- HARrFORD CRapid Spectrophotomelric Method ror Ule Determination of llaconic Ciacutetrico Aconillc and Fumarles Acids AnalyticaJ Chemistry 34 426 - 428 1962

6- KRlSTIANSEN B Sinclair CG Production ofcilricAcid in Continuous Cullure Biotechshynolohyand Bloengineering vol XXI 297 shy315 1979

7 - KRISI1ANSEN B Charley R ConUnuolls Process for ProducUon ofCibic Aci Advanshyces in biotechnology Vol 1 221 - 227 1987

8- MARlER J R BouleL M DlTecl DelerminashyUon of Cllric Acid in Milk w1th an ImpToved Pyridine - Acetic Anhidride Melhod JournaJ DaiJy Science 41 J683 - 1692 1958

9- PAEZ GISELA Cineacutetica de Produccioacuten de A Ido Ciacutelrlco por Fernlentacioacuten Sumergida L U Z Facultad de Ingenieria 1986 (Tesis de Magisterl

10 PIR SJ Prtnciples of Microbe and CeU CuJshytivatlonmiddot BlackweU OxfoTd 1975

11 - PRESCCYIT amp DUNN S IndustriaJ MicTobiolshyogy

]2- SHU P Johnson MJ Journal Bashyteriologycal 56577 1948

13- SIMON CM Harvey T Passion Frult SLarch and ElIect on JuJce Vlscosity Delershymtnation ofSlarch Content JournaJ of Food Sdence vol 39 No 3 432 1974

14- Teacutecnicas de Cultivo S umeTgid o de AspeTquiUus Foetldus para la Produccioacuten de A ido Citrico Fundacioacuten CIEPE Venezuela 1 - 29 1987

Recibido el 31 de Oc-lubre de 1990

En forma visada el 08 de SepUembre 1992

Rev Teacutec lng Unlv Zulla Vol ]5 No 3 1992

Page 6: Producción de ácido cítrico por fermentación

206

se agotoacute y el subsecuente aumento de la biomasa se debioacute a la acumuJacioacuten de carbono por la ceacutelula AJ calcuJar los valores de la velocidad

especiacutefica de crecimiento iexclt Tabla 6 antes y despueacutes de las 72 horas se observoacute una dismishy

nucioacuten de este paraacutemetro como consecuencia

del cambio en el mecanismo de crecimiento del

hongo

Tabla 6 VaJores de velocidad especiacutefica de

creclmienlo para la fermentacioacuten por carga con azuacutecar refinada

Variabl Valor s Unidades 22 7xI0shy~l 3~2 47xI0shy

1 Valor obtenido anles de las 72 hr

2 Valor obtenido despue de las 72 hT

En la tabla 7 se muestran los rendimjentos obtenidos Los valores para la biomasa y el aacutecido cibico fueron de 1431 y 0 11 gramos por 100

gramos de azuacutecar consumida respectivamente

Tabla 7 Rendimiento en biomasa y producto para la fermentacioacuten por carga

con azuacutecar refinada

Paraacutemetro Valores Uruacutedades

1431 Yo

0 11

Los rendimientos estaacuten calculados en bases al azuacutecar consumido

Maacutermol y Paacuteez

Se proboacute la capacidad de la cepa empleada de producir aacutecido cibico para lo cual se apUcoacute la teacutecnica recomendada por Benuzzi y Segovia (2)

Los resuJtados indicaron que el A niger 4396 es una cepa productora ya que se formoacute el halo

transparente caracterisUco del citralo d~ calcio

La labIa 8 muestra los resultados obtenidos para el cultivo continuo operado a una tasa dI dilucioacuten de 0075 hr- I El proceso se iruacutecioacute como un cultivo por carga trans unido un liempo aproximado de 72 horas se comenzoacute el nujo continuo de nutrientes el cual se hace circular hasla alcanza r condiciones estacionarias estas se logran pasado un lilmpo usualmente igual a tres tiempos de residencia tr dado por la rela shycioacuten ) D oacute V F donde D es la lasa de dilucioacuten Ves el volumen y F la velocidad d nujo volumeacute shytrico del medio El valor del tiempo de residencia fue de 1333 horas

Los valores de productividad al an7ados estuvieron entre 12x 10 -3 Y 5 6x 10 -3 g L - hr lo cual se debioacute a la baja concentracioacuten de aacutecido dtrico exislente allnJciar l nujo continuo

Conclusiones

- S comproboacute uliUzando el medio de prue shyba sugerido por BenU7zi y Segovta 2 que la cepa A niger 4396 es productora dtgt ltlcido ciacutetrico

- La adicioacuten de la fuente nitr gtnada (Sulshyfalo de AmonJo) al mNlio 2 pTparado con h a rina de yuca sustrato no conven ionaJ no favorecioacute la produccioacuten de aacutecido cilrlco El onLenido d nitroacutegeno en la harina es suficiente para garan shytizar el crecimiento y la produccioacuten de aacutecido

Tabla 8 hr -1VaJores en eslado estacionarlo del cultivo contlnuo operando A D = 0075

Fermentacioacuten pH Biomasa AzUacutecar U tili- Acido Ciacutetrico Productividad (g L) 7ada (g L) (g L) (g L -hr)

1 143 319 150 16xl0middot2 ] 2xI0-3

2 177 499 200 7 5xIO-2 5 6xlOshy 3

3 140 144 125 41xIOmiddot2 3 1x 10shy 3

4 154 5 85 350 4 lx1O-2 3 1x10-3

Rev Tec Ing Uniacutev Zulla Vol 15 No 3 1992

207 Produccioacuten de aacutecido citrico por fermentacioacuten

- Un valor de pH inicial de 20 no favorecioacute la fermentacioacuten ya que se originaron productos de hidroacuteUsis no fermentesclbles En harina de

yuca Wl pH inicial de 589 produjo los mejores resultados

- Se encontroacute que durante la fermentacioacuten de aacutecido ciacutetrico la cepa de A niger 4396 fue capaz de producir sus propias enzimas arnyoUllcas las cuajes h1drolIzan el almidoacuten a azuacutecares disponishybles

- Al caJcuJar el vaJor de la velocidad especishyfica de crecimIento antes y despues de la 72 horas se observoacute una disminucioacuten de este paraacuteshymetro indicando un cambio en el mecanismo de crecimiento del hongo

- El flujo conUnu debe iniciarse tilla vez que en el cultivo por carga se aJcance la maacutexima produccioacuten de aacutecido ciacutetrico

Reconocimiento Se agradece al CONSEJO DE DESARRO middot

llO CIENTlFICO y HUMANISTICO (CONDES) de la Universidad del Zuliacutea el financiamiento a esta invesUgacioacuten

Referencias 1- BERMAN THOMAS Enzyme Handbook Vol

11 Springer-Verlay BerUn Heidelberg New York 1969

2 - BENUZZI A Segovta REstudio Sobre la Preseleccioacuten de Cepas de AspeTgillus nieT Destinadas a la Produccioacuten de Aciacutedo Ciacutetrico Acta Cientiacutefica Venezolana 40 195 - 197 1989

3- BRACHO D Socarraacutes A Influencia de la Concentracioacuten de Nitroacutegeno para la Siacutentesis de Acido Ciacutetrico LUZ Facultad de lngenieria Escuela de Quiacutemica 1988 (Tesis de GTado)

4- DUBOIS M Gilles KA Hamilton JK Colorimelric Melhod for Delermination of Sugars and Relaled Subslances Analytical ChemistTiy 28 (3) 350 -356 1956

5- HARrFORD CRapid Spectrophotomelric Method ror Ule Determination of llaconic Ciacutetrico Aconillc and Fumarles Acids AnalyticaJ Chemistry 34 426 - 428 1962

6- KRlSTIANSEN B Sinclair CG Production ofcilricAcid in Continuous Cullure Biotechshynolohyand Bloengineering vol XXI 297 shy315 1979

7 - KRISI1ANSEN B Charley R ConUnuolls Process for ProducUon ofCibic Aci Advanshyces in biotechnology Vol 1 221 - 227 1987

8- MARlER J R BouleL M DlTecl DelerminashyUon of Cllric Acid in Milk w1th an ImpToved Pyridine - Acetic Anhidride Melhod JournaJ DaiJy Science 41 J683 - 1692 1958

9- PAEZ GISELA Cineacutetica de Produccioacuten de A Ido Ciacutelrlco por Fernlentacioacuten Sumergida L U Z Facultad de Ingenieria 1986 (Tesis de Magisterl

10 PIR SJ Prtnciples of Microbe and CeU CuJshytivatlonmiddot BlackweU OxfoTd 1975

11 - PRESCCYIT amp DUNN S IndustriaJ MicTobiolshyogy

]2- SHU P Johnson MJ Journal Bashyteriologycal 56577 1948

13- SIMON CM Harvey T Passion Frult SLarch and ElIect on JuJce Vlscosity Delershymtnation ofSlarch Content JournaJ of Food Sdence vol 39 No 3 432 1974

14- Teacutecnicas de Cultivo S umeTgid o de AspeTquiUus Foetldus para la Produccioacuten de A ido Citrico Fundacioacuten CIEPE Venezuela 1 - 29 1987

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207 Produccioacuten de aacutecido citrico por fermentacioacuten

- Un valor de pH inicial de 20 no favorecioacute la fermentacioacuten ya que se originaron productos de hidroacuteUsis no fermentesclbles En harina de

yuca Wl pH inicial de 589 produjo los mejores resultados

- Se encontroacute que durante la fermentacioacuten de aacutecido ciacutetrico la cepa de A niger 4396 fue capaz de producir sus propias enzimas arnyoUllcas las cuajes h1drolIzan el almidoacuten a azuacutecares disponishybles

- Al caJcuJar el vaJor de la velocidad especishyfica de crecimIento antes y despues de la 72 horas se observoacute una disminucioacuten de este paraacuteshymetro indicando un cambio en el mecanismo de crecimiento del hongo

- El flujo conUnu debe iniciarse tilla vez que en el cultivo por carga se aJcance la maacutexima produccioacuten de aacutecido ciacutetrico

Reconocimiento Se agradece al CONSEJO DE DESARRO middot

llO CIENTlFICO y HUMANISTICO (CONDES) de la Universidad del Zuliacutea el financiamiento a esta invesUgacioacuten

Referencias 1- BERMAN THOMAS Enzyme Handbook Vol

11 Springer-Verlay BerUn Heidelberg New York 1969

2 - BENUZZI A Segovta REstudio Sobre la Preseleccioacuten de Cepas de AspeTgillus nieT Destinadas a la Produccioacuten de Aciacutedo Ciacutetrico Acta Cientiacutefica Venezolana 40 195 - 197 1989

3- BRACHO D Socarraacutes A Influencia de la Concentracioacuten de Nitroacutegeno para la Siacutentesis de Acido Ciacutetrico LUZ Facultad de lngenieria Escuela de Quiacutemica 1988 (Tesis de GTado)

4- DUBOIS M Gilles KA Hamilton JK Colorimelric Melhod for Delermination of Sugars and Relaled Subslances Analytical ChemistTiy 28 (3) 350 -356 1956

5- HARrFORD CRapid Spectrophotomelric Method ror Ule Determination of llaconic Ciacutetrico Aconillc and Fumarles Acids AnalyticaJ Chemistry 34 426 - 428 1962

6- KRlSTIANSEN B Sinclair CG Production ofcilricAcid in Continuous Cullure Biotechshynolohyand Bloengineering vol XXI 297 shy315 1979

7 - KRISI1ANSEN B Charley R ConUnuolls Process for ProducUon ofCibic Aci Advanshyces in biotechnology Vol 1 221 - 227 1987

8- MARlER J R BouleL M DlTecl DelerminashyUon of Cllric Acid in Milk w1th an ImpToved Pyridine - Acetic Anhidride Melhod JournaJ DaiJy Science 41 J683 - 1692 1958

9- PAEZ GISELA Cineacutetica de Produccioacuten de A Ido Ciacutelrlco por Fernlentacioacuten Sumergida L U Z Facultad de Ingenieria 1986 (Tesis de Magisterl

10 PIR SJ Prtnciples of Microbe and CeU CuJshytivatlonmiddot BlackweU OxfoTd 1975

11 - PRESCCYIT amp DUNN S IndustriaJ MicTobiolshyogy

]2- SHU P Johnson MJ Journal Bashyteriologycal 56577 1948

13- SIMON CM Harvey T Passion Frult SLarch and ElIect on JuJce Vlscosity Delershymtnation ofSlarch Content JournaJ of Food Sdence vol 39 No 3 432 1974

14- Teacutecnicas de Cultivo S umeTgid o de AspeTquiUus Foetldus para la Produccioacuten de A ido Citrico Fundacioacuten CIEPE Venezuela 1 - 29 1987

Recibido el 31 de Oc-lubre de 1990

En forma visada el 08 de SepUembre 1992

Rev Teacutec lng Unlv Zulla Vol ]5 No 3 1992