Producción de aminoácidos y biopolímeros

Saavedra Ortiz Jhony Alexander

•Producción de AA por procesos biotecnológicos aporta a la Ind. Alimentos.•Se describen bien los procesos enzimáticos y fermentativos .•Japón (SXX) descubrimiento de las propiedades del acido glutamínico.•1957 se descubrió que corynebacterium glutámicum producida Ac. L-glutamínico.•Sudeste Asiático (Japón, Corea, Taiwán) mayores productores.

DESARROLLOS DE LA BIOTECNOLOGIA

Aislamiento y construcción (Ing. Genética) de capas hiperproductoras.

Procesos combinados de Síntesis química, enzimática y microbiana.

Mejoramiento de los procesos de fermentación.

PRINCIPALES USOS:

Ind. Alimentos: potenciadores de sabor, aditivos en alimentos (animal y humanos)

Ind. Farmacéutica: Sueros y soluciones intravenosas.

Aminoácidos en la industria L - Cisteína: Mejora de calidad en el pan L - Triptófano: + L – Histidina: Antioxidante en leche. Acido Glutámico: AA de mayor consumo, la sal sódica (GMS), se usa

como aditivo alimenticio, producción por fermentación. METIONINA: En formulación de alimentos balanceados; producción

por síntesis química. LISINA: Alimentos balanceados. TRIPTOFANO: Alimentos balanceados de cerdos y pollos. ACIDO ASPARTICO / FENILALANINA: Materia prima para la

producción de ASPARTAMO (edulcorante). mexico

DL – METIONINA (1970): Por el requerimiento de aditivos para la producción de huevos y carne.

L - LISINA: L – Cencina, Acido gentamico, L – Fenilalanina.

Principales usos de los alimentos

Aminoácidos Aplicación

Glicina

Alanita, prolina, serina

Valina, leucina, isoleucina y fenilalania

Metionina

Triptófano

Arginina

Histidina

Lisina

Acido aspartico y glutámico

Aspartato y glutamato de sodio

Cistina y cisterna

Acido aspartico y fenilalanina

• Edulcorante, nutrición humana, agente terapéutico (distrofia muscular) y en cosméticos.

• Edulcorantes, nutrición humana y cosméticos.

• Saborizante amargo y nutrición humana.

• Nutrición humana y animal, usos terapéuticos en hepatitis, intoxicación y como agente lipotropico.

• Nutrición humana y animal, saborizante amargo.

• Saborizante amargo, nutrición, agente terapéutico en hiperamonemia y en desordenes hepáticos.

• Nutrición humana y animal, agente en ulceras duodenales y gástricas, indispensable en la regeneración de hemoglobina.

• Nutrición humana y animal.

• Nutrición humana, agente terapéutico, saborizante acido, cosméticos.

• Acentuadotes del sabor.

• Nutrición humana, agente terapéutico, cosméticos.

• Edulcorante (aspartamo).

Aminoácido L D RacematoAlanina 14.00 91.00 3.00valina 13.25 89.00 5.00leucina 8.25 160.00 5.25

isoleucina 28.00 7500.00 18.00*metionina 7.25 65.00 1.40prolina 17.00 1430.00 168.00fenilalanina 13.50 76.00 12.75triptófano 22.00 62.00 15.00serina 22.00 100.00 8.75Treonina 29.00 100.00 20.00cisteina 15.00 1840.00* 210.00*tirosina 7.90 510.00 44.80asparragina 6.00 33.50 6.00glutamina 6.50 710.00 -Ac aspártico 2.95 47.00 2.85Ac glutámico 1.25 110.00 7.00Lisina 2.85 460.00 9.90Arginina 6.00 690.00 90.00

Histidina 12.00 250.00 30.00

Producción industrial Precios en 1983 en $ por 100g

PRODUCCIÓN INDUSTRIAL DE AMINOACIDOS

Los elementos básicos para la selección de un proceso productivo son: La calidad de tecnología y los costos de producción.

Tipos de procesos: Fermentación Microbiana (F). Métodos enzimáticos (S) Síntesis química (Q) Extracción de AA a partir de proteínas (Ex).

PROCESOS DE FERMENTACION La producción microbiológica de aminoácidos se ha basado en la

conversión de diferentes fuentes de carbono tales como glucosa, melazas, hidrolizados de almidón, alcoholes, alcanos y otros.

Acido L – glutámico Fermentación a partir de diferentes fuentes. La ruta biosintética para la obtención del acido glutámico es conocida, a

partir de glucosa como fuente de carbón utilizando la ruta Emlen-Meyerhof-Parnas.

La producción y excreción del exceso del acido glutámico depende de la permeabilidad de la célula.

Todas las cepas productoras de acido glutámico tienen requerimientos para crecimiento de botina que es es una coenzima esencial en la síntesis de ácidos grasos.

Procesos enzimáticosL – aminoácidos La utilización de L – aminoácidos en medicina, alimentación humana y animal. Por medio de síntesis química se obtienen mezclas racemicas de los isómeros D y

L. La forma L es la forma fisiológicamente activa y por ello se han establecido procesos enzimáticos para la resolución óptica.

Acido L – aspartico Se inmovilizaron células de E. coli con alta actividad de aspartasa en geles de

poliacrilamida. Operando en continuo con columnas empacadas de células inmovilizadas. Desde

un punto de vista económico este proceso es mas barato que la fermentación. Posteriormente la poliacrilamida fue sustituida por la K - carragenina como material de inmovilización de las células.

L – alanina Las células de P. dacunhae fueron inmovilizadas en K – carragenina pudiéndose

tener un proceso continuo.

L – serina La enzima serina hidroximetiltransferasa convierte reversiblemente la

glicina y el formaldehido L – serina en presencia del cofactor, acido tetrahidrofolico de acuerdo con la siguiente reaccion:

Glicina + H C H O L – serinaL – triptófano El aminoácido esencial triptófano puede ser producido por síntesis

química, fermentación a partir de azucares y métodos enzimáticos usando la triptofanasa o la triptófano sintetasa.

Esta enzima convierte eficientemente el indol y la L – triptófano. La clave del proceso radica en que la enzima es estable y activa a altas concentraciones de indol.

Sistema de producción simultanea de L-alanina y D-ac.aspartico

Sistema de producciónaminoácido Sistema de producción

Ac.L-glutamico F

L-lisina F,S

Ac.L-aspartico S,Ex

L-arginina F,Ex

L-histidina F,Ex

L-glutamina F

L-valina F,S

L-alanina S,Ex

L-prolina F

L-serina F

L-treonina F

L-triptofano F,S

L-fenilalanina S,F

L-metionina S

glicina Q

DL-alanina Q

PRODUCCION DE BIOPOLIMERO

la industria alimentaria se enfrenta con frecuencia ante la necesidad de desarrollar

productos de características organolépticas adecuadas para el consumidor incluye aspectos relacionados con textura donde los materiales estructurales pueden estar constituidos por macromoléculas producidas por microorganismos y enzimas ,tal es el caso de hidrocloides dde nominados biopolímeros ,que son aditivos de gran empleo en la industria alimentaria

INTRODUCCION

Un biopolímero es una macromolécula que se sintetiza por procesos biológicos los mas importantes son

Las proteínas el ADN y los polisacáridos son los mas importante

Las características mas importantes son. Capacidad de alterar las capacidades de flujo de

agua Posibilidad de formar geles

Las gomas se pueden obtener de varias fuentes entre las naturales destacan los exudados de plantas (arabiga,tragacanto,baraya,ghatty).

Extractos de algas marinas Semillas Extractos de plantas(pectina,arabinogalactana) Origen animal(gelatinas,albuminas,caseinatos) Origen microbiano(dextrana,xantana

entre las semisinteticas podemos citar las celulosas modificadas (CMC,MC,HEC,HPC,HPMC)

Los almidones modificados ,la pectina,de bajo metoxilo y alginatosde propilenglicol

Las completamente sintéticas destaca la polivinil pirrolidona

Las gomas obtenidas mediante procesos microbianos tienen cierta ventajas respeto a a las que se extraen de fuentes naturales como las algas o plantas

Su producción no depende de condiciones climáticas, contaminación marina o fallas de cosechas,

Son menos susceptibles a la variabilidad en su calidad

A nivel microbiano se poseen técnicas genéticas muy poderosas que eventualmente permitirán sintetizar gomas que presenten características reológicas “sobre pedido” lo cual es todavía lejano con especies vegetales

Su principal desventaja su elevado costo de producción

,aunque no se espera que los polisacáridos microbianos desplacen del mercado a otros hidrocoloides de gran volumen de bajo precio como los almidones

Proceso de producción de polisacáridos microbianos de mayor importancia comercial : las dextranas y las xantanas y alginatos .por considerarse productos de gran potencial

DEXTRANAS Son homopolisacaridos formados por

unidades de glucosa en su forma piranosa . Para su producción ocurren tres procesos Crecimiento del microorganismo Síntesis y excreción de las enzimas

dextransacaraza Síntesis de la dextrana por acción de la enzima

La sacarosa es fuente de energia para el microorganismo inductor y sustrato para la enzima.con una concentración de 100g/l es posible obtener 25g/l de dextrana.se emplean en el medio extracto de levadura(2.5%) sulfato de magnesio(0.2%)y fosfato dipotasico(5.%)

Terminado el proceso la dextranas precipitada con metanol o etanol previa eliminación de celulas .si se desea preparar dextrina clinica, se disuelve al 5-6% y se hidroliza con HCL en condiciones de T y tiempo controladas para obtener el peso molecular deseado

APLICACIONES Estabilizantes y viscosidades en la industria alimentaria En capas protectoras de semillas Floculantes Estabilización de agregados de suelo Recuperacion secundaria del petroleo Procesos metalurgicos Industria fotofrafica Una aplicación muy importante es en la degradacion de

destranas formadas por leuconostoc en ingenios azucareros y las dextranas sintetizadas porstreptococcus de la flora salivatoria(la dextrana se adhieres a la superficie dental y constituye la placa dental .origen de la carie)

XANTANA

Es un heteropolisacarido constituido por unidades monomericas que contienen glucosa, manosa y acido glucoronico.

La principal propiedad de la Santana en solución es su capacidad para controlar las características de flujo en soluciones acuosas

PRODUCCION DE GOMA XANTANA Producida por xanthomonas campestre ..esta

bacteria se lleva en grandes fermentadores agitados mecánicamente con suministro de aire esteril y T° cercana a los 28°……su medio de cultivo es una fuente de carbono una de nitrógeno y fosforo

Son sintetizados mediante reacciones multi enzimáticas dentro de la célula .el proceso se inicia con la síntesis de las unidades oligosacaridas que provienen de precursores los cuales se unen secuencialmente a un lípido isoprenoide para iniciar la polimerización

El medio de cultivo deben ser cuidadosamente esterilizados .también es muy sensible al Ph . la Santana de sintetiza cuando la bacteria a dejado de crecer. La concentración final que se logra es entre 20 y 30 g/l con rendimientos sobre azúcar que oscilan entre 50-60% y producciones tipicas de 0.5 g/l

Una vez concluida la fermentación (48-96 H) después de inocular el caldo se esteriliza con el fin de destruir al fitopatogeno y mejorar características reológicas de la goma en solución .

Luego de enfría y la xantana se recupera mediante precipitación con alcohol .

El producto recuperado se seca .se muele y se empaca

APLICACIONES

Viscosidad y textura ,capacidad de suspensión de sólidos y estabilización de emulsiones

En panadería en mejoras de procedimiento de pastas y masas como modificador del gluten

A la alta estabilidad en el congelado (helados En jarabes ,salsas de tomate En la agroindustria se emplea para dispersar

herbicidas, pesticidas ,fertilizantes y especialmente en la aplicación mediante la aspersión de estos agentes químicos

En pinturas pulimentos limpiadores , cerámica , imprenta, explosivos,fármacos,cosmeticos ,etc.

OTROS POLIZACARIDOS MICROBIANOS DE POTENCIAL Y SU APLICACIÓN INDUSTRIAL

ESCLEROGLUCANO producido por Sclerotiun CURDLAN..producido por Alcaligenes faecalis PULULANA ..producida por Aureobasidium pullulans GELANA producida por pseudomonas elodea PS-10 producido por erwinia tahilica EMULSAN producido por Acinetobacter calcoaceticus GLUCANO DE LEVADURA aislado por Saccharomyces cerevisiae ESCLEROGLUCANO producido por Sclerotiun CURDLAN..producido por Alcaligenes faecalis PULULANA ..producida por Aureobasidium pullulans GELANA producida por pseudomonas elodea PS-10 producido por erwinia tahilica EMULSAN producido por Acinetobacter calcoaceticus GLUCANO DE LEVADURA aislado por Saccharomyces cerevisia

gracias