Aprovechamiento del permeato de lactosuero para la obtención de ácido L‑láctico en un reactor de células inmovilizadas

Tomás Bolumar, Vicente Monedero y Gaspar Pérez MartínezDepartamento de Biotecnología, Instituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos, CSIC, Apdo. Correos 73,

46100 – Burjassot, Valencia

RESÚMENEl principal objetivo de este trabajo fue establecer un procedimiento piloto para la producción de ácido L-láctico en sistema continuo a partir de permeato de suero lácteo. Para ello se utilizó un bioreactor con células inmovilizadas de una cepa especialmente seleccionada de Lactobacillus casei. El sistema es similar al descrito anteriormente (Bruno-Bárcena et al, 1999) y consta de dos reactores, ambos necesarios para su funcionamiento en continuo. El primero (R1, de biomasa) es de pequeño volumen y se alimenta con permeato y 0,5% de extracto de levadura, cuya finalidad es reponer de forma constante la biomasa eluída del segundo reactor (R2, de conversión), el cual se alimenta exclusivamente de permeato, para el que se ha logrado una eficacia de conversión de lactosa próxima al 100% en condiciones óptimas. Se mantuvieron constantes la temperatura (40ºC), el pH (5’3) y la relación entre los flujos de los dos reactores (R1:R2 = 1:2), y se procedió a estudiar la influencia de las variaciones del flujo en la conversión de lactosa y producción de ácido L‑láctico.En el sistema piloto adaptado se obtuvo una productividad de 5 g / l·h de ácido láctico, con una tasa de dilución de 0’11 l/h. Gracias a que la cepa utilizada produce de forma predominante ácido L‑láctico, se obtuvo un grado de pureza del L-láctico del 91-94%.

AGRADECIMIENTOSQuisiéramos manifestar nuestro agradecimiento al Dr. José Manuel Bruno Bárcena que ha actuado como asesor de este proyecto, por sus valiosos consejo para poner en marcha el proceso y al PROIMI y CERELA por la cesión de la cepa de L. casei CRL686.

IATA

1.- MICROORGANISMO FERMENTATIVO

2.- ACONDICIONAMIENTO DEL SUSTRATO

3.- ESQUEMA DEL REACTOR

4.- EVALUACIÓN DE LA CAPACIDAD CATALÍTICA DEL SISTEMA

MICROORGANISMO FERMENTATIVO

Lactobacillus casei CRL686 (ahora L. rhamnosus)

Excelente crecimiento en lactosa y producción de >90% del isómero L-láctico

ACONDICIONAMIENTO DEL SUSTRATOLactosuero y Permeato son medios pobres para sostener crecimiento óptimo

Las proteínas remanentes coagulan con el calor pudiendo obstruir el reactor

Adición de 5 g/l de Extracto de Levadura

Pretratamiento 3h a 50 ºC con proteasas(Flavourzyme® o Neutrasa®, Novoenzymes, Novo Nordisk)

EVALUACIÓN DE LA CAPACIDAD CATALÍTICA DEL SISTEMA

1

V1

Reactor 1:Reactor de biomasa

V2

Reactor 2:Reactor de conversión

F1

D01=F1/V1

S01

Permeado de lactosuero + Extracto de levadura

D2=(F1+F2)/V2

F2

S02

Permeado de lactosuero

Contro de pH

Base

Control deTª

Control de Tª

Base

Control de pH

EFLUENTERICO EN ÁCIDO L-LÁCTICO

Bioreactor de células inmovilizadas adaptado de Bruno-Barcena et al., 1999 Appl Microbiol Biotechnol 51:316-324

ESQUEMA DEL REACTOR3

2

4

D-lactico

L-lactico

D+L-lactico

S residual (lactosa)

Tasa de dilución (1/ h)

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Co

nce

ntr

ació

n (

g/ L

)

0

10

20

30

40

50

60

Tasa de dilución (1/ h)

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4

Co

nce

ntr

ació

n (

g/ L

)

0

10

20

30

40

50

60

Flujo (mL/ min)

0 2 4 6 8 10 12 14

% á

cid

o L

-lác

tico

80

82

84

86

88

90

92

94

96

98

100

Alto grado de pureza en L- láctico > 90 % y alto rendimiento

Reactor 1 (R1)

Reactor 2 (R2)

R1 + R2

Conversión (g lactosa entrante/ g lactosa consumida)

Productividad (g ácido láctico/l·h)

Pureza (g ácido L-láctico/ g acido D- y L -láctico)

Tasa de dilución (1/ h)

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

(g á

cid

o l

ácti

co

/ L

h)

0

2

4

6

8

10

12

(%)

20

40

60

80

100

120

Flujo (mL/ min)

0 2 4 6 8 10 12 14(g l

ácti

co p

rod

uci

do

/ g

lac

tosa

co

nsu

mid

a)

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

lactico producido/ lactosaconsumida

Productividad, tasa de conversión y pureza de L-láctico del SISTEMA

Conversión lactosa = 100 %

Productividad = 5 g ácido láctico/ l·h

L-láctico > 90 %

Tasa de dilución máxima 0.11 (l/ h) (100% conversión)

Tª 40 ºC, pH 5.3,CONCLUSIONES

Estimaciones para el escalado (R2= 10 litros): Flujo de 1 litro/hora producción de 1 Kg/día de L-láctico

Reactor 1: 250 ml Reactor de biomasa

Permeato + Extracto Levadura Permeato

Reactor 2: 2.000 ml Reactor de conversión

EfluyenteRico en Láctico