obtencion de ac lactico mediante lac to bacillus

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OBTENCIÓN DE ÁCIDO LÁCTICO A PARTIR DE SUERO DE LECHECON Lactobacillus casei 

Arellano Arriaga, A; Soriano Pérez, S.H.Universidad Autónoma de San Luis Potosí 

RESUMENLa presente investigación está dirigida al aprovechamiento de materiales de desecho de laindustria y de esta manera contribuir a disminuir la contaminación del medio ambiente. El suerode leche, que actualmente es un residuo de la industria láctea, es utilizado como sustrato en  procesos de bioconversión para la obtención de ácido láctico con   Lactobacillus casei, en esteestudio la fermentación se llevo a cabo a diferentes temperaturas, 32, 36 y 42ºC, obteniendo que,a 42 ºC, el lactobacilo tiene un desarrollo óptimo produciendo mayores cantidades de ácidoláctico de 28.18 g/L con una conversión de lactosa del 26% en un periodo de 20 horas.

INTRODUCCIÓNEl ácido láctico es un compuesto muy versátil de amplias aplicaciones tanto en la industriaquímica, farmacéutica, de alimentos y de plásticos; fue descubierto por Scheele en 1780, cuandolo aisló de leche ácida, después en 1807 Berzelius demostró su presencia en el tejido muscular animal y humano (Badui, 1999). Se conoce de acuerdo a la nomenclatura oficial como ácido 2-hidroxi-propánoico de fórmula H3C-CH(OH)-COOH (C3H6O3); posee dos isómeros ópticos, unoes el dextrógiro ácido D-(-)-láctico y el otro es el levógiro ácido L-(+)-láctico, que es el que tieneimportancia biológica. La mezcla racémica (cantidades idénticas de estos isómeros) se llama D,L-ácido láctico (Fennema, 2000).

El ácido láctico puede ser producido por síntesis química y por bioprocesos. Por síntesis química

se puede obtener haciendo reaccionar acetaldehído con ácido cianhídrico para dar un lactónitrilo,el cual se hidroliza a ácido láctico, otro método se basa en la reacción a alta presión deacetaldehído con monóxido de carbono y agua en presencia de ácido sulfúrico como catalizador,en estos procesos se tiene la desventaja, que el ácido láctico obtenido es una mezcla D y Lópticamente inactivo (de Wit, 1998). Por bioprocesos se obtiene en procesos de fermentación y puede ser producido a partir de diferentes sustratos y microorganismos, dando como resultado unácido ópticamente activo (Serna y col., 2005). La obtención de ácido láctico con enzimas omicroorganismos vivos pueden producir isómeros dextrógiros, levógiros o una mezcla racémica,dependiendo del microorganismo involucrado en el proceso, siendo de mayor interés el (L) que puede ser asimilado por el organismo y la mezcla racémica para la elaboración de polímeros asícomo para uso industrial (Urribarrí y col., 2004; Marwaha y col., 1988).

En este estudio, se utiliza suero de leche, que en la actualidad es un residuo y aproximadamenteel 70% es vertido al drenaje directamente, para fermentarse y obtener ácido láctico; pues cuentacon los nutrientes necesarios para el crecimiento de Lactobacilos, así como de lactosa disuelta para la producción de ácido láctico, la cual al encontrarse en un medio con bacterias lácticas quecontienen la enzima lactasa, desdoblan la molécula en glucosa y galactosa, convirtiéndolas através de complicadas reacciones intermedias en ácido láctico (Cuddy y col., 1982). Para obtener ácido láctico se empleo el   Lactobacillus casei, el cual se desarrolla fácilmente en el suero deleche, con un pH óptimo de 6.0, es mesófilo, homofermentativo facultativo, consume la lactosa y produce solo L (+) ácido láctico, de gran importancia por su extenso uso en la industria (Jelen,1979).

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JUSTIFICACIONA nivel mundial se generan una gran cantidad de residuos, sin buscar fuentes alternativas para suaprovechamiento. El control de la contaminación ambiental ha impulsado la búsqueda de la

forma más eficiente de aprovechamiento de los subproductos de las industrias, antes de ser desechados. La industria láctea genera suero de leche, como subproducto más abundante en lamanufactura de quesos, este puede ser tratado mediante técnicas que permiten la extracción desus componentes, sin embargo, sólo una parte del suero se utiliza para estos fines, ya que lamayor parte del lactosuero es tratado como residuo y es vertido directamente al drenaje y cuerposde agua desperdiciando mucho de sus componentes de alto valor nutricional y se convierte en unafuente altamente contaminante debido a su gran demanda biológica y química de oxigeno. El proceso de bioconversión surge como una alternativa para el aprovechamiento de este desecho oresiduo como sustrato de bajo costo, aprovechando las proteínas y lactosa para el crecimiento demicroorganismos capaces de producir diversos productos, como el ácido láctico, ampliamenteusado en la industria alimenticia, textil, farmacéutica, médico-quirúrgica y cosmética.

OBJETIVOS:1. Producción de ácido láctico por de fermentación utilizando Lactobacillus casei

2. Determinar la temperatura óptima de crecimiento del Lactobacillus casei y producción deácido láctico, probando las siguientes temperaturas; 32, 36 y 42 ºC.

METODOLOGÍA:La muestra de suero lácteo, es obtenida de una planta quesera del estado de Guanajuato y fuesometida a diversos análisis; pH, DBO5, DQO, determinación de lactosa, minerales, cenizas,grasas, humedad, sólidos totales y proteínas; para determinar las propiedades del mismo. El proceso de fermentación tuvo una duración de 20 horas, este se llevó a cabo en un matraz balón

de tres bocas, a diferentes temperaturas de operación de 32, 36 y 42 ºC, a un pH de 6.0 y 150rpm. El suero lácteo fue esterilizado en autoclave para su posterior inoculación con Lactobacilos

casei. Durante el proceso de fermentación, se realizó la cuenta de los Lactobacilos cada hora, conayuda de la técnica de Miles Mirsha, para obtener la curva de crecimiento microbiana. Paradeterminar la producción de ácido láctico se tituló con NaOH 2N cada hora.

RESULTADOS:En la tabla 1 se presenta la composición del suero lácteo, teniendo una composición de humedaddel 92.45% y 5.46% de lactosa, la cual es nuestro sustrato para llevar a cabo la fermentación.

En México se estableció la norma Mexicana NOM-001-ECOL-1996, para el control del vertidode residuos al drenaje, la cual establece los límites permitidos para pH, DBO y DQO, que seenuncian en la tabla 2, se puede observar que la demanda química y biológica de oxigeno dellactosuero es muy elevada y no se encuentran dentro de los límites permitidos por la norma

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mexicana; por lo que es necesario que el lactosuero no sea desechado al drenaje como residuodebido a que posee un valor potencialmente alto de contaminación al medio ambiente y la salud, por lo que es de gran importancia el desarrollo de alternativas para su aprovechamiento.

Para iniciar con el proceso deobtención de ácido láctico seinoculó cada fermentación con unanúmero de   Lactobacillus casei

semejante, como indica la figura 1,se observó un mayor desarrollo atemperatura de 42 ºC con una etapade lactancia de 5 horas y uncrecimiento máximo en un tiempode 15 horas, mientras que a 36 ºC

su desarrollo máximo lo alcanza alas 12 horas con una etapa delactancia igual que la de 42 ºC, sinembargo el crecimiento es menor que el de 42 ºC. A temperatura de32 ºC el microorganismo tarda másen adaptarse al medio extendiendosu etapa de lactancia hasta 10 horas

y su desarrollo máximo hasta las 15 horas, pero este es el menor crecimiento de las tresfermentaciones; resultando que la temperatura más adecuada para el crecimiento del lactobaciloes la de 42 ºC

Con respecto a la producción de ácido láctico; a la temperatura de 42 ºC se tiene una producciónde ácido láctico de 3.43 g/L a las 15 horas (figura 2), mientras que a 36 ºC, se tiene una producción de 1.42 g/L en un tiempo menor, de 12 horas; y a 32 ºC se tiene una producción muy baja de 0.43 g/L en un tiempo igual que 42 ºC. Lo anterior indica que a la temperatura de 42 ºCse obtiene una producción óptima de ácido láctico aunque el tiempo sea un poco mayor que a 36ºC, esto es debido a que el Lactobacillus casei tuvo un mejor desarrollo a esta temperatura, comose puede observar en la figura 1; de este modo los tiempos en donde el crecimiento dellactobacilo es el máximo corresponden a la máxima producción de acido láctico..

Al cabo de las 20 horas del experimento, se reporto una producción de ácido mayor de 28.18g/L atemperatura de 42ºC (figura 3), mientras que a 36ºC su producción fue de 11.9 g/L, y a 32 ºC fuede 3.86 g/L, esto complementa los resultados anteriores teniendo una mayor rendimiento a 42ºCal comparar el ácido láctico acumulado durante la fermentación.

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CONCLUSIONESSe estudió la producción de ácido láctico por bioprocesos, utilizando la lactosa del suero de lechecomo sustrato y empleando al Lactobacillus casei para llevar cabo la fermentación, se demostróque aunque se trata de un lactobacilo mesófilo este se desarrollo de una mejor manera atemperatura de 42 ºC debido a que cada cepa reacciona diferente al proceso, los microorganismoscon el paso del tiempo sufren cambios que hacen que se adapten al medio de maneras diferentes.

En la tabla 3 se muestran los resultados de las tres fermentaciones, en esta se puede observar que

el proceso de fermentación a 42 ºC es el más eficiente ofreciendo una mayor producción de ácidoláctico y aprovechamiento de la lactosa del suero de leche, con una conversión del 26.39%.

BIBLIOGRAFIABadui S., “Química de los alimentos”, Editorial Pearson Educación, 3ª Edición, México, 1999Cuddy, M.E.; Zall, R.R., “Performance of lipid-dried acid whey in extruded and baked product”,Food technol, 1, 54-59, 1982De Wit J. N., “Nutritional and Functional Characteristics of Whey Proteins in Food Products”,Journal of Dairy Science, 81(3), 1998Fennema O. R., “Química de los alimentos”, Editorial Acribia. 2ª Edición, México, 2000Jelen, P., “Industrial whey processing technology”, J. Agric. Food. Chem, 27(4), 658-661. 1979.

Mackenzie L. D., “Ingeniería y ciencias medioambientales”, Editorial Mc Graw HillInteramericana. 3ª Edición, México, 2005Marwaha, S.S., Kennedy J.F., “Whey pollution problem and potential utilization”, Int. J. FoodSci. Technol, 23, 323-336, 1988Serna C. L., Rodríguez de S. A., “Producción Biotecnológica de Ácido Láctico”, Ciencia yTecnología Alimentaría, 5(1), 2005.Urribarrí L., Vielma A. y Col., “Producción de acido láctico a partir de suero de leche utilizandoLactobacilos helveticus en cultivo continuo”. 2004