Aprovechamiento del permeato de lactosuero para la obtención de ácido L ‑ láctico en un reactor de células inmovilizadas Tomás Bolumar, Vicente Monedero.

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1 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 Martínez Departamento de Biotecnología, Instituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos, CSIC, Apdo. Correos 73, 46100 – Burjassot, Valencia RESÚMEN El 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%. AGRADECIMIENTOS Quisiéramos 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 SUSTRATO Lactosuero 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 V1V1 Reactor 1: Reactor de biomasa V2V2 Reactor 2: Reactor de conversión F1F1 D 01 =F 1 /V 1 S 01 Permeado de lactosuero + Extracto de levadura D 2 =(F 1 +F 2 )/V 2 F2F2 S 02 Permeado de lactosuero Contro de pH Base Control de Tª Control de Tª Base Control de pH EFLUENTE RICO EN ÁCIDO L-LÁCTICO Bioreactor de células inmovilizadas adaptado de Bruno-Barcena et al., 1999 Appl Microbiol Biotechnol 51:316-324 ESQUEMA DEL REACTOR 3 2 4 D-lactico L-lactico D+L-lactico S residual (lactosa) 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) 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 Efluyente Rico en Láctico