ACIDO CÍTRICO

¿QUE ES EL ACIDO CÍTRICO?

El ácido cítrico es un ácido orgánico tricarboxílico relativamente fuerte y muy soluble en agua, con 6 átomos de carbono que está presente en la mayoría de las frutas, sobre todo en cítricos como el limón y la naranja. su nombre proviene del latín citrus que significa limón. Su fórmula química es C6H8O7.

El ácido cítrico y sus sales (los citratos) son muy utilizados porque no son tóxicos, se puede manipular de forma segura, fácil, además son biodegradables.

ácido 2-hidroxi-1,2,3-propanotricarboxílico

DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO

El ácido cítrico, es un sólido translúcido o blanco, inodoro, sabor ácido fuerte pero no desagradable, fluorescente al aire seco. Cristaliza a partir de soluciones acuosas concentradas calientes en forma de grandes prismas rómbicos, con una molécula de agua, la cual pierde cuando se caliente a 100°C, fundiéndose al mismo tiempo.

OBTENCIÓN

.Las alternativas de obtención del ácido cítrico se pueden clasificar en dos grupos: A partir de frutos cítricos:

El ácido cítrico se puede obtener de frutas como la lima, el limón, la naranja, la piña, los arándanos, remolacha, cereza, frambuesa, entre otros.

A partir de procesos microbiológicos:

Hay tres técnicas básicas de procesos de fermentación para el ácido cítrico:

-Fermentación sólida.

-Cultivo en superficie.

-Cultivo

La fermentación más común para la producción de ácido cítrico es la de cultivo sumergido en discontinuo, la producción en continuo solo se ha estudiado a escala de laboratorio.

PRODUCCIÓN FÚNGICA DEL ACIDO CÍTRICO

La producción de acido cítrico se consigue preferiblemente por Aspergillus Níger desarrollado en medio con azucares a pH bajo. A pH alto, el A. Níger produce acido oxálico.

LAS RAZONES DEL DOMINIO DEL A. NÍGER SOBRE OTRO MICROORGANISMO SON:

•Facilidad de manejo.

•Uso de materia prima barata como sustrato.

•Rendimientos altos y consistentes.

•Económicamente conveniente.

La preparación del ácido cítrico consiste, en términos generales, en una fermentación aeróbica del azúcar, utilizando un cultivo de Aspergillus Níger que es un hongo que produce como metabolito primario ácido cítrico, por eso en este proceso se usa como agente fermentador.

MATERIAS PRIMAS

AGUA

El agua se usará para diluir los azúcares de manera que se reduzca la densidad y viscosidad, haciéndolas aptas para el cultivo microbiano.

AIREPara la producción de ácido cítrico se utiliza un microorganismo que es el que, mediante su metabolismo, transforma la materia prima en producto. Dentro de las células se dará la reacción que transforma el azúcar fermentable en ácido cítrico, esta reacción requiere oxígeno.

NUTRIENTES

INÓCULO Aunque puede no ser considerado como una materia prima, se va a considerar al inoculo como tal ya que se introduce antes de la fermentación y es indispensable para la formación de producto. La correcta preparación del inoculo es esencial para obtener unos buenos resultados en la fermentación posterior

SUERO DE LECHE.En general se puede decir que todos los productos y sub-productos lácteos poseen una elevada carga de contaminación.El lacto suero o suero de leche es un líquido claro, de color amarillo verdoso translúcido, o incluso a veces, un poco azulado, pero el color depende de la calidad y el tipo de leche utilizada en su obtención

Composición del suero.Su composición varía dependiendo del origen de la leche y el tipo de queso elaborado, pero en general el contenido aproximado es de 93.1% de agua, 4.9% de lactosa, 0.9% de proteína cruda, 0.6% de cenizas (minerales), 0.3% de grasa, 0.2% de ácido láctico y vitaminas hidrosolubles.

Composición mineral del láctosuero

TIPOS DE SUERO LÁCTEO

LACTOSUERO DULCE

LACTOSUERO ÁCIDO

Etapas del Proceso

Para llevar a cabo los procesos de obtención de diversos productos basados en la fermentación del lacto suero es conveniente realizar un fraccionamiento previo total o parcial, con el fin de extraer y/o concentrar los componentes a ser utilizados como sustrato.

En el caso de la obtención de ácido cítrico con A. niger se alcanzan mayores concentraciones al usar lactosuero desproteinizado, evaporado e hidrolizado.

TRANSFORMACIÓN DE LACTO SUERO MEDIANTE FERMENTACIÓN A PARTIR DE QUESO.

Etapa Preliminar

PRODUCCIÓN

FERMENTACIÓN

BALANCE DEL REACTOR

dX

dtrg r Xg

dS

d trS

r q XS S

dP

dtrP

r q XP P

dX

dtX

dS

d tq X

dP

dtq X

S

P

CINÉTICA DEL PROCESO

Glucosa + 02 Biomasa + CO2 + H20 + Acido cítrico

PROCESOS BIOQUÍMICOS

SISTEMA DE CONTROL

TEMPERATURA

Se controlara la temperatura estipulada para cada proceso con un rango de medida de ±1ºC con un error del ±0,1ºC.

SISTEMA DE CONTROL

PRESIÓN

Se instalará un controlador P.I.D. y una válvula de regulación neumática influirá en la entrada o salida de gases para mantener la presión adecuada en todo momento.

SISTEMA DE CONTROL

PH El controlador P.I.D. actuará con un rango de

voltaje que será convertido en 3 a 15 bar de presión para accionar una válvula neumática que controlará la entrada de base en la cantidad necesaria.

SISTEMA DE CONTROL

OXIGENO

Un sensor de conductividad térmica dará una señal de salida en intensidad al control P.I.D.

Este mandará la señal a un convertidor de intensidad-presión

Accionará la válvula de entrada de aire.

EVALUACIÓN DE IMPACTO AMBIENTAL

RESIDUOS SÓLIDOS Cartón y plástico Aceites usados por la maquinaria Sulfato cálcico o yeso

EVALUACIÓN DE IMPACTO AMBIENTAL EMISIONES GASEOSAS Etanol Alcoholes y acetaldehído

Medidas para prevenir o evitar: Evitando el exceso de azúcar en el suero de la leche, y controlar

diluyéndolo. Cuidar la agitación mecánica del fermentador para que la

distribución del oxígeno sea la óptima. Implantar un sistema de monitoreo y un control de reduciendo el

etanol en 75% a un 95%

EVALUACIÓN DE IMPACTO AMBIENTAL

VERTIDOS LÍQUIDOS

Aguas de refrigeración, las de lavado y desinfección de maquinaria y las de uso sanitario

Licor madre que sale del cristalizador

Ser vendido como emulsionante para la industria alimenticia

Recirculación

EVALUACIÓN DE IMPACTO AMBIENTAL

Proceso con digestores anaeróbicos seguido de un tratamiento aerobio para eliminar entre un 70% a 80% de la demanda química de oxígeno (DQO) y generaría un biogás útil para producir energía.

Producción dividida en varios fermentadores

SISTEMA DE GESTIÓN MEDIOAMBIENTAL

Norma Internacional ISO 14.000 y 14.001 Anticiparse a las regulaciones ambientales Hacer cambios en los procesos de producción Sin grandes inversiones en plantas de tratamiento de

residuos

PROBLEMA PROPUESTO

En la manufactura del acido cítrico usando un cultivo sumergido con Aspergillus niger usando un reactor batch operando a 30 ºC por un periodo de 2 días, 2500 kg de glucosa, 860 kg de oxigeno son consumidos para producir 1500 kg de acido cítrico, 500 kg de biomasa y otros productos.

El amoniaco es usado como recurso de nitrógeno.

La potencia de entrada de la agitación mecánica para el caldo es 15 kW, posee un impulsor de un D1 = 0,02 metros y una velocidad del impulsor de N1 = 80 rpm.

Aproximadamente 100 kg de agua es evaporada por periodo de cultivo.

Estime los requerimientos para el enfriamiento del reactor. Calcule la velocidad de agitación para un diámetro de

impulsor 2 veces mas grande.

PROBLEMA PROPUESTO

 Asumimos:

Sistema homogéneo Sin fugas Solución ideal Calor sensible despreciable El calor de reacción a 30ºC es - 460 kJ/gmol 02

consumido

Base 1500 kg de acido cítrico producidos en 2 días.

Dato extra: ∆Hv agua a 30ºC = 2430.7 kJ/kg Glucosa + 02 + NH3 Biomasa + CO2 + H20 + Acido

cítrico

Balance de Energía El objetivo de este balance para cultivo batch es

cálculo del calor el cual será removido produciendo una acumulación de energía igual a cero en el sistema, donde cada termino se refiere a dos días de periodo de cultivo.

Se extraer el calor del sistema. Note las magnitudes relativas de las

contribuciones energéticas por el calor de reacción, el trabajo de eje y evaporación, pudiendo usualmente los efectos de evaporación ser ignorados.

Por lo tanto: 1,5 x 10 kJ deben ser extraídos del fermentador por cada 1500 kg de acido cítrico producidos

La mayoría de los procesos para producción de ácidos orgánicos tienen el siguiente scaling up para sistemas largos. Esta ecuación expresa la relación entre el tamaño del impulsor y la velocidad de agitación:

N2=50,4 rpm