Cultivo de cepas
Na produção industrial de ácido cítrico, utiliza-se fermentação microbiana, sendo que apenas alguns tipos de Aspergillus e leveduras são valiosos. Entre eles, o Aspergillus niger é uma cepa competitiva na indústria, e leveduras altamente competitivas na lipólise incluem Saccharomyces cerevisiae e a levedura Ji Yemeng, entre outras.
O Aspergillus niger é cultivado em ágar, formando uma colônia limitada. Cultivado à temperatura ambiente por 10 a 14 dias, desenvolve uma estrutura rica e densa de esporos, cujas colônias são pretas, às vezes marrom-escuras ou pretas. Considerando que as bactérias produtoras de ácido cítrico devem apresentar características como forte capacidade de produção de ácido e alta resistência à concentração de ácido cítrico, o método do papel de filtro ácido, o método do círculo de mudança de cor e o método de transplante de esporo único podem ser utilizados para isolar o Aspergillus niger, evitando a interferência de outras bactérias e permitindo sua produção de ácido cítrico.
Culturas de levedura podem ser utilizadas para a produção de ácido cítrico, como as leveduras Candida lipolytica e Candida gerbilii. A primeira possui uma forte capacidade de degradar gorduras, e a melhor fonte de carbono são os n-alcanos. A segunda pode ser produzida por fermentação de alcanos para gerar ácido cítrico, ou por fermentação de açúcares para produzir ácido cítrico. O pH da fermentação com leveduras varia de 3,5 a 4,0.
Fermentação
Desde que H. A. Krebs propôs a teoria do ciclo tricarboxílico em 1940, o mecanismo de fermentação do ácido cítrico tem sido gradualmente reconhecido. Demonstrou-se que, no processo bioquímico de produção de ácido cítrico a partir de matérias-primas açucaradas, a conversão do açúcar em piruvato ocorre de forma semelhante à fermentação alcoólica, ou seja, ocorre a hidrólise pela via EM (via do difosfato de hexose). Em seguida, o piruvato sofre descarboxilação oxidativa para produzir acetil-CoA, e o oxaloacetato resultante da carboxilação do acetil-CoA com o piruvato é condensado em ácido cítrico, entrando no ciclo tricarboxílico.
Ciclo do ácido tricarboxílico
Ciclo do ácido tricarboxílico
O ácido cítrico é um produto intermediário no processo metabólico. No processo de fermentação, quando as atividades da aconitato hidratase e da isocitrato desidrogenase no microrganismo são muito baixas, e a atividade da citrato sintase é alta, isso favorece o acúmulo de grandes quantidades de ácido cítrico.
O processo de fermentação divide-se em fermentação superficial e fermentação em meio sólido, sendo que cada processo prepara o meio de cultura com diferentes matérias-primas, que são então submetidas ao cozimento a vapor. O objetivo do cozimento a vapor é gelatinizar e esterilizar o amido. Durante o cozimento a vapor, o material deve ser aquecido uniformemente, sem obstruções para a circulação do vapor. O material deve ser adicionado durante o cozimento, em camadas. O material cozido deve ser espalhado e resfriado. Quando a temperatura cair abaixo de 37 ° C, pode-se inocular com água, iniciar a fermentação em uma placa e o fim da fermentação é determinado pela acidez. A acidez deve ser medida regularmente para garantir que o material seja descartado quando atingir o ponto ideal, evitando assim a degradação bacteriana pelo ácido cítrico.
extrair
Após a fermentação, o aldeído fermentado deve ser tratado. Para fermentação superficial, separe imediatamente a tampa do caldo de fermentação e lave a tampa e um recipiente raso com uma pequena quantidade de água. Combine o caldo de fermentação com a água de lavagem; o ácido cítrico presente no fermentador sólido deve ser lavado com água a 80 °C , repetindo o processo de 2 a 3 vezes. Em seguida, filtre o ácido fermentado em uma prensa de filtro e combine o filtrado com a água de lavagem em um tanque de filtração. O ácido cítrico reage com sais de cálcio e bases de cálcio para formar citrato de cálcio, que precipita da fase líquida, separando-se das impurezas solúveis. Se a solução ácida contiver muito ácido oxálico, este pode ser precipitado em uma solução de neutralização quente com pH abaixo de 3, para que o sal de oxalato seja separado primeiro. O ponto final da neutralização é verificado com papel indicador de pH, mantendo o pH entre 6,0 e 6,8. Agitar a cerca de 85 ° C por 30 minutos para permitir a análise e filtração do sulfato de cálcio. O citrato de cálcio é hidrolisado com ácido sulfúrico, sendo a quantidade de ácido sulfúrico determinada de acordo com o teor de ácido cítrico na solução. Geralmente, o excesso de ácido sulfúrico não ultrapassa 0,2%. Após a hidrólise ácida, a solução ácida é filtrada. A purificação da solução de ácido cítrico remove pigmentos, coloides e íons de ferro, íons de cálcio, íons de cobre, íons de magnésio e outros cátions metálicos, bem como impurezas aniônicas, como íons sulfato, por meio de descoloração por adsorção e troca iônica.
A purificação é realizada principalmente em coluna cromatográfica, utilizando carvão ativado granular GH-15 como descolorante e resina iônica aniônica e catiônica. A concentração da solução de purificação de ácido cítrico é de apenas 20% a 25%, e a cristalização só ocorre após uma concentração superior a 70%. A temperatura durante a concentração não deve ser muito alta para evitar a decomposição do ácido cítrico. A concentração do líquido de purificação pode ser realizada sob pressão negativa. Para economizar energia, pode-se utilizar um evaporador de duplo ou triplo efeito. A concentração é realizada em duas etapas. Após a primeira concentração, a solução é colocada em um tanque de decantação para conservação de calor e sedimentação, removendo-se a maior parte do gesso. A segunda solução concentrada contém cerca de 80% de ácido cítrico e é cristalizada nesse momento. Para a segunda concentração, pode-se utilizar um evaporador de placas elevatórias ou fechadas para reduzir o tempo de contato entre o líquido de alimentação e o meio de aquecimento, o que melhora a qualidade do produto. Diferentes produtos podem ser obtidos por diferentes métodos de cristalização. A cristalização do ácido cítrico monohidratado é feita a partir de uma solução a 80%, a uma temperatura de 55 °C , resfriada naturalmente em um cristalizador sob agitação. Quando a temperatura cai para 40 °C , adicionam-se sementes de cristal para iniciar a cristalização. Controla-se a temperatura para não ultrapassar 36 °C , obtendo-se assim o ácido cítrico monohidratado. Se a solução for concentrada a 83% a 60 °C , resfriada a 46 °C , adicionam-se as sementes de cristal, mantém-se a temperatura entre 40 e 60 °C , permitindo a cristalização lenta, até que a temperatura caia para 38 °C , obtendo-se o ácido cítrico anidro. A pasta cristalina é centrifugada para obter o ácido cítrico cristalino comercial.
