INGENIERIA AGROINDUSTRIAL

PRODUCCIÓN INDUSTRIAL DE VITAMINAS Y AMINOÁCIDOS A PARTIR DE MICRORGANISMOS

Los microorganismos pueden ser utilizados en la producción comercial de ciertas vitaminas y  aminoácidos los cuales, tienen amplias aplicaciones industriales. A nivel mundial tienen un valor económico importante la producción de vitamina B₁₂, riboflavina y ß-caroteno. Aproximadamente el 66% de los aminoácidos producidos se utilizan en la industria de alimentos, el 30% como aditivos de piensos y el 4% restante en medicina y cosmética así como material de partida en la industria química.

VITAMINAS: Las vitaminas se usan como suplementos para alimentación humana y en piensos animales (alimentación de animales), y la producción de vitaminas sigue en importancia a la de antibióticos solo en términos de ventas totales de productos farmacéuticos. La mayoría de vitaminas se obtiene comercialmente por síntesis química  sin embargo alguna son demasiado complicadas para sintetizarlas a bajo costo, pero pueden obtenerse por biocatálisis.

PRODUCCIÓN INDUSTRIAL DE VITAMINA B₁₂   Metabolito 1rio

La vitamina B₁₂ (cianocobalamina) es una vitamina que es sintetizada en la Naturaleza exclusivamente por los microorganismos. Es necesaria para los animales y está presente en cada tejido animal a concentraciones muy bajas (1ppm en el hígado). Su deficiencia produce la anemia perniciosa. Las necesidades en vitamina B₁₂ de los animales quedan cubiertas por los alimentos que toman o por absorción de la vitamina B₁₂ producida por los microorganismos del intestino. Sin embargo, el hombre obtiene la vitamina B₁₂ solamente de los alimentos, ya que la vitamina B₁₂ sintetizada por los microorganismos en el intestino grueso no puede ser asimilada.

La producción comercial se lleva a cabo en la actualidad enteramente por fermentación. La vitamina B₁₂ fue obtenida comercialmente al principio como un subproducto de las fermentaciones de estreptomicetos para la producción de los antibióticos estreptomicina, cloranfenicol o neomicina, con un rendimiento de aproximadamente 1 mg/l. A medida que la demanda de vitamina B₁₂ aumentó, se desarrollaron procesos de fermentación con cepas de mayor rendimiento.

Se conocen varias cepas productoras. Los rendimientos más altos se han obtenido a partir de Propionibacterium fredenreichii (19 mg/l), Propionibacterium shermani (23 mg/l) y Pseudomonas denitrificans (60 mg/l). Se ha encontrado que Pseudomonas denitrificans es la especie más productiva entre las diferentes Pseudomonas que producen vitamina B₁₂. En este proceso de una sóla etapa, la vitamina B₁₂ se produce durante toda la fermentación.

PRODUCCIÓN INDUSTRIAL DE RIBOFLAVINA  Metabolito 1rio

La riboflavina o vitamina B₂ fue aislada por primera vez en 1933 por Kuhn, György y Wagner-Jauregg. La riboflavina está presente en la leche como riboflavina libre, aunque se encuentra en otros alimentos (hígado, corazón, riñón o huevos) como parte de las flavo proteínas FMN o FAD (flavín mono nucleótido o flavín adenín dinucleótido que son coenzimas que tienen importantes funciones en las enzimas implicadas en las reacciones de oxidación-reduccion en casi todos los organismos).

La riboflavina es sintetizada por muchos microorganismos incluyendo bacterias, levaduras y hongos filamentosos. Originalmente se utilizó en la producción comercial de riboflavina Emerothecium ashbyii , pero desde 1946 se utiliza Ashbya gossypii. La producción por fermentación se lleva a cabo normalmente con Ashbya gossypii, obteniéndose un alto rendimiento, más de 10-15 g/l, mediante el desarrollo de cepas, optimización de la solución de nutrientes, cultivo del inóculo y condiciones de fermentación.

Originalmente en la fermentación se utilizaba un medio con glucosa y líquido de maceración de maíz. Cuando se utilizaron lípidos como fuente de energía, el rendimiento aumentó marcadamente.

Actualmente se utiliza el siguiente medio:

·          Líquido de maceración de maíz al 2,25%

·          Peptona al 3,5%

·          Aceite de soja al 4,5%

LISINA: Metabolito 1rio

La lisina es un aminoácido esencial para el hombre y algunos animales de granja, se produce comercialmente a partir de la bacteria BREVIBACTERIUM FLAVUM, para utilizarse como aditivo alimentario.

La producción de lisina por BREVIBACTERIUM FLAVUM, se controla bioquímicamente a nivel de la enzima aspartoquinasa, en la que el exceso de lisina retro inhibe la actividad de esta enzima. Sin embargo la sobreproducción de lisina puede obtenerse aislando mutantes de B. FLAVUM en los que la aspartoquinasa ya no esté sujeta a retro inhibición esto se logra con el aislamiento de mutantes resistentes al análogo de lisina S-aminoetilcisteina (AEC), que se une al sitio alosterico de la aspartoquinasa. Dichos mutantes de B. Flavum pueden producir hasta 60g. de lisina por litro en fermentadores industriales una concentración suficientemente elevada como para que el proceso sea viable.

ACIDO GLUTAMICO: Metabolito 1rio

El glutamato monosódico es la sal de sodio del ácido glutámico (presente en la mayoría de los alimentos proteicos ya que es una proteína) y se obtiene a través de un proceso de fermentación a partir de algunos productos como la caña de azúcar o algunos cereales. Luego pasa por un proceso de refinado hasta obtener el Glutamato mono sódico puro. La producción comercial de glutamato monosódico empezó en 1909, En el pasado se producía mediante la hidrólisis de proteínas naturales, como el gluten de trigo y habas o copos de soja. Hoy en día, la producción de glutamato mono sódico se lleva a cabo a través de la fermentación bacteriana. La bacteria

(Corynebacteriumglutamicus) se cultiva en un medio líquido que contiene azúcares, melazas o almidón como substrato de la fermentación. La bacteria es capaz de producir yexcretar ácido glutámico en el medio. El ácido glutámico por lo tanto se acumula en el medio y posteriormente separado por filtración, purificado, y transformado por neutralización en glutamato monosódico. Después de una purificación adicional, cristalización, y secado, un polvo blanco de glutamato monosódico está listo para ser usado como potenciador del sabor.

Generalmente, el glutamato monosódico se agrega a alimentos salados preparados y procesados, como productos congelados, mezclas de especias, sopas de sobre y de lata, aliños para ensaladas y productos a base de carne o pescado.

Cualquier glutamato en la comida, tanto unido a en la proteína como libre, o añadido, es transformado en el intestino a glutamato libre, y usado para la producción del energía por el intestino.

El glutamato monosódico, según pruebas en animales, puede llegar a producir un apetito voraz (en concreto un 40 % superior) y ello conlleva que cuando comemos alimentos que lo contienen (aperitivos, salchichas, patatas fritas, snacks, etc.) tengamos la sensación de no poder parar.

PROCESO DE PRODUCCION

El proceso de producción de glutamato monosódico comienza con una fermentación sencilla que tiene como objetivo generar biomasa de Corynebacterium Glutamicum para inocular posteriormente a los reactores de producción.

El ácido glutámico se produce a partir de una fermentación y posteriormente se lleva a cabo el proceso de separación. La separación de la masa celular del ácido glutámico en solución es el primer paso para aislar los cristales de ácido glutámico, los cuales se encuentran en solución en el caldo de cultivo.

Para ello se hace una microfiltración, que retiene partículas de 0.1 a 10 μm. y se trabajan a presiones de 0.5 a 5 kg/cm2, de esta manera se obtiene el filtrado que contiene ácido glutámico.

Posteriormente esta solución se hace pasar por una columna de adsorción con el objetivo de eliminar olores y coloración con carbón activado.

En etapas siguientes se reduce el volumen de trabajo con un evaporador, que al mismo tiempo concentra el ácido glutámico para facilitar las etapas de separación subsiguientes. La solución que contiene al ácido glutámico se neutraliza con hidróxido de sodio concentrado (NaOH 0.3N). Para formar la sal cristalina de glutamato monosódico.

La última parte de la purificación involucra una filtración de los cristales de glutamato monosódico (filtro tipo tambor) para ser enviados a un secador de túnel con una humedad del 15% para salir de esta etapa con una humedad del 0.04% aproximadamente.