PRODUÇÃO DE AMINOÁCIDOSPOR FERMENTAÇÃO

Atualmente, os aminoácidos são fabricados principalmente pelo processo de fermentação, utilizando materiais de origem natural.

São empregadas diferentes fontes de carbono, como glicose, frutose, melaço, hidrolisados de amido, n-alcanos, etanol, glicerol, acetato, propionato.

As fermentações que utilizam metanol como matéria-prima têm sido estudadas devido ao baixo custo deste substrato, porém não têm sido utilizadas comercialmente, devido aos baixos rendimentos.

Atualmente, mais de 2 milhões de toneladas de aminoácidos são produzidas por ano, movimentando um mercado de aproximadamente US$ 3 bilhões.

SELEÇÃO DE MICROORGANISMOS

É importante descobrir um microorganismo com alto potencial para produção de aminoácidos.

Após a seleção de um microorganismo adequado, é necessário aumentar seu potencial, isto é, conduzir aperfeiçoamentos para aproveitar todo o potencial deste microorganismo. Em geral os microorganismos produzem 20 tipos de aminoácidos, somente em quantidades necessárias para eles próprios, pois possuem um mecanismo de controle das quantidades e qualidades de enzimas.

É necessário liberar este mecanismo de controle para fabricação do aminoácido alvo em grandes quantidades.

SELEÇÃO DE MICROORGANISMOS

A produção de um aminoácido depende das quantidades e qualidades das enzimas. Há aumento na produção se as enzimas envolvidas estiverem presentes em grandes quantidades sob condições adequadas para suas atividades. Supondo um microorganismo que tenha um caminho metabólico A(a)B(b)C(c)D (onde: a, b, e c são enzimas).Para produzir somente o aminoácido C em grandes quantidades, será necessário aumentar as ações das enzimas (a) e (b) e eliminar a ação da enzima (c).

O tanque de fermentação é abastecido com xaropes/açúcares derivados da cana de açúcar, milho e mandioca. Em seguida os processos para fermentação são ajustados, visando perfeitas condições na mistura, fornecimento de ar, temperatura e pH. O resultado final será somente o aminoácido alvo, obtido deste caldo fermentado de alta pureza.

MICROORGANISMOS EMPREGADOS

Alguns microorganismos são mencionados como bons produtores de aminoácidos:

Escherichia coli Espécies dos gêneros Brevibacterium,

Corynebacterium A biossíntese de aminoácidos em Corynebacterium

glutamicum também têm sido intensivamente estudadas. O conhecimento das vias biossintéticas e dos fatores que as regulam mostram que as vias metabólicas que levam à formação dos aminoácidos são muito mais simples neste microrganismo quando comparadas ao outros.

Aminoácido Cepa utilizada Rendimento (g/L)

Fonte de Carbono

D,L-alanina Microbacterium ammoniaphilum 60 Glicose

Ácido Glutâmico

Corynebacterium glutamicum

Brevibacterium flavumAerobacter paraffineus

1009882

GlicoseAcetato

n-Alcanos

L-lisinaB. lactofermentum

AJ11204B. flavum

7075

GlicoseAcetato

L-metionina C. glutamicum KY9276 2 Glicose

L-triptofano E. coli JP4114 23,5 Glicose

PROCESSO FERMENTATIVOGENÉRICO

Exemplo de Preparo do Inóculo e Fermentação

Para preparo do inóculo utiliza-se Corynebacterium glutamicum.O MO é ativado em caldo nutriente e mantido a 30ºC durante 24 horas, em estufa bacteriológica. O Corynebacterium glutamicum ativado é adicionado na concentração 10% (v/v) em meio de pré-fermentação,contendo solução de glicose a 3%, suplementada com uréia, extrato de levedura, petpona e sais de magnésio. O sistema é mantido por 40h a 30ºC, sob agitação a 120rpm e pH 7,5.

Após este período o processo descontínuo é desenvolvido, utiliza-se, como meio de cultivo uma solução de melaço de cana-de-açúcar (10%), previamente tratado com invertase, e suplementado com extrato de levedura, peptona, uréia, sais de magnésio, potássio cobre e ferro, que é inoculada com 10% (v/v) do caldo da pré-fermentação.

O processo de fermentação é mantido por 70 horas, com pH inicial a 7,5, à 30ºC e sob agitação a 120rpm.

O acompanhamento do processo é feito através da coleta de amostras do caldo de fermentação periodicamente para a realização das seguintes análises: (i) determinação de açúcares redutores, com leituras espectrofotométricas a 510nm; e (ii) determinação de aminoácidos totais, com leituras espectrofotométricas a 570nm.

Resultados e Discussão

FIGURA 1 - Resultado da produção de aminoácidos totais durante a fermentação

TABELA 1 - Resultados dos parâmetros analisados no início e final da fermentação.

RESULTADOS E DISCUSSÃONa Figura 1 verifica-se um acréscimo na concentração de aminoácidos totais, indica a produção de aminoácidos durante o processo, sendo que a produção se estabiliza em torno de 60 horas.

Na Tabela 1observa-se um decréscimo, em torno de 96,6%, de açúcares redutores indicando o consumo destes pelo microrganismo. Verifica-se, ainda, uma produção de 26,2% de aminoácidos totais no período de 70 horas de fermentação, além da diminuição no valor do pH ao final (corrigido e mantido durante o processo em 7,2) concordando com a produção de ácido no meio.

A confirmação da presença deste aminoácido no caldo de fermentação será realizado por testes enzimáticos, cromatográficos e leituras em densidade óptica a 610nm da biomassa por curva padrão pré-determinada.

Através destes resultados chega-se a um rendimento de produção de aminoácidos totais de aproximadamente 2,9g/g (concentração de aminoácido totais por concentração de açúcares consumido) e uma produtividade de aminoácido totais de 3,09g/L.h

Controle do ProcessoAlém do modo de condução da fermentação, o controle de alguns fatores físicos (temperatura), químicos (pH, oxigenação) e microbiológicos (espécie, linhagem, concentração do microrganismo, contaminações) é fundamental para garantir aeficiência do processo.

RECUPERAÇÃO DOS PRODUTOS DE FERMENTAÇÃO

Ao final do processo, a separação da biomassa é geralmente o primeiro passo para a purificação do aminoácido.

A remoção da massa celular é realizada por técnicas de centrifugação, decantação ou filtração. Após a separação da biomassa, é iniciada a fase de purificação do produto. Comumente utilizam-se técnicas de cromatografia, concentração e cristalização. O método ou a seqüência de métodos usados depende principalmente das propriedades físico-químicas do aminoácido e da aplicação do produto.

OPERAÇÕES UNITÁRIAS USADAS NA RECUPERAÇÃO DE PRODUTOS

Floculação flotação e sedimentação Filtração profunda ou convencional separação de

micélios de fungos e de actinomicetos; Filtração absoluta em membrana ou tangencial Centrifugação Extração solventes alguns antibióticos Destilação ponto de ebulição etanol Cristalização Desidratação

Uso do calor produto sem vida levedura secaLiofilização produto vivo inóculo

FERMENTADORES USADOS PARA A PRODUÇÃO DE ÁCIDO GLUTÂMICO. CADA FERMENTADOR CONTÉM 63.420 GALÕES E TEM A ALTURA DE ~100 FT.

Fonte:smccd.net/accounts/ case/biol230/indfer.html

Em geral, os aminoácidos não pode ser fabricados em grandes quantidades sem a desativação do mecanismo de controle dos microorganismos. No entanto, o microorganismo de produção do glutamato possui uma rara característica pela qual o glutamato pode ter sua produção regulada simplesmente pelo ajuste das condições de fermentação, sem melhoria da linhagem.Um tanque de fermentação é abastecido com matérias primas como xaropes derivados da cana de açúcar, onde os microorganismos de produção do glutamato desencadeiam o processo de fermentação sob condições apropriadas. Durante este processo de fermentação, o glutamato é eliminado pelos microorganismos para o caldo fermentado. É desta maneira que o glutamato é obtido em grandes quantidades.

PRODUÇÃO DE GLUTAMATO

Emsley, J. Foi alguma coisa que você comeu? Editora Campus, 2001

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http://courses.agri.huji.ac.il/

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS