Obtencion del acido citrico atraves de la caña de azucar

1. PRODUCCION DE ACIDO CITRICO POR ACCION DEL ASPERGILLUS
NIGER A PARTIR DE MELAZA DE CAÑA DE AZUCAR MEDIANTE UN
PROCESO SUMERGIDO
I. INTRODUCCIÓN
Dentro de los procesos industriales, la melaza de caña mayormente
empleada en la fermentación alcohólica, encontrara altos niveles de
utilización si se destinara amplia y simultáneamente a procesos
fermentativos tales como las fermentaciones cítrica, láctica, glutamica,
etc. Para derivar en la obtención de ácidos orgánicos de vasta utilidad en
la Industria Alimentaria.
Uno de estos procesos a destacarse, es la fermentación cítrica, que
conduce a la obtención de ácido cítrico, acidulante de gran demanda en
la Industria de bebidas gaseosas, producción de cacao, chocolates y
confitera en general, sectores que representan más del 90% del consumo
nacional.
En el presente trabajo se tratar de delinear el proceso de obtención del
Acd. Citrico, a través del método de cultivo sumergido, para esto se utiliza
una especie de hongos, del género Aspergillus.
II. FUNDAMENTO TEORICO
2.1. HISTORIA
A partir del jugo de limón, Scheele logró aislar por primera vez en 1784 el
ácido cítrico usando el proceso de cal-sulfúrico para separar el micelio del
caldo que contiene ácido cítrico en el proceso fermentativo.
Antes de que se desarrollaran los procesos microbianos la principal fuente
de ácido cítrico eran los cítricos provenientes de Italia (limones con un
contenido entre 6 y 7 %) y el citrato de lima. En 1917 debido a la
imposibilidad de comprar limones italianos y citrato de lima, comienzan a
experimentar otros métodos para obtenerlo.
En 1923, los hermanos Pfizer logran obtener ácido cítrico a partir de
Aspergillus Níger y la fermentación del azúcar. Como sustrato se utilizó
melazas de remolacha y se está diversificando en sustratos como
sacarosa, melazas de caña o jarabe de glucosa. Posteriormente, se
registró una importante expansión debido al desarrollo del proceso de
fermentación sumergida, mucho más económico.
2.2. HONGO
Aspergillus niger es un hongo que produce un moho negro en vegetales -
muy común en la lechuga, el tomate o la acelga-. Es una de las especies
más corrientes del género Aspergillus.
En 1729 los catalogó por primera vez el biólogo italiano Micheli.

2. Aspergillus niger
Micrografía de A. niger crecido en una placa de agar Sabouraud.
Aumento 100x.
Clasificación científica
Dominio: Eucariota
Reino: Fungí
Filo: Ascomicota
Subfilo: Pezizomycotina
Clase: Eurotiomycetes
Orden: Eurotiales
Familia: Trichocomaceae
Género: Aspergillus
Especie: Aspergillus niger
Nombre binomial
Aspergillus niger
P.E.L. van Tieghem
Usos industriales
Aspergillus niger se cultiva para varios productos químicos: ácido cítrico
(E330), ácidoglucónico (E574) enzimas: glucoamilasa, galactosidasa, etc.
A. niger es cultivada para la producción industrial de muchas sustancias.
Diversas cepas de A. niger se utilizan en la preparación industrial de ácido
cítrico (E-330) y el acido gluconico (E574) y se han evaluado como
aceptable para la ingesta diaria de la Organización Mundial de la Salud.
2.3. MELAZA DE CAÑA
La melaza es un producto líquido espeso derivado de la caña de azúcar y
en menor medida de la remolacha azucarera, obtenido del residuo
restante en las cubas de extracción de los azúcares. Su aspecto es similar
al de la miel aunque de color parduzco muy oscuro, prácticamente negro.
El sabor es dulce ligeramente similar al del regaliz.
Nutricionalmente presenta un altísimo contenido en hidratos de carbono
además de vitaminas del grupo B y abundantes minerales, entre los que
destacan el hierro, cobre y magnesio. Su contenido de agua es bajo.
Principalmente se emplea la melaza como suplemento energético para la
alimentación de rumiantes por su alto contenido de azúcares y su bajo
costo en algunas regiones. No obstante, una pequeña porción de la
producción se destina al consumo humano, empleándola como

3. endulzante culinario.
Es importante diferenciar la melaza empleada en la alimentación animal,
la cual es un producto residual de la industria azucarera, de la melaza que
es empleada como materia prima en la producción de azúcar.
2.4. ACIDO CITRICO
El ácido cítrico, es un sólido translucido o blanco. se ofrece en forma
granular; es inodoro, sabor ácido fuerte, 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 100oC5, fundiéndose al mismo tiempo.
El ácido cítrico se produce en su totalidad por fermentación. El
descubrimiento de la capacidad de algunos hongos filamentosos de
producir ácido cítrico se remonta a 1893, gracias a los estudios de
Wehmer.
En 1917 Currie demostró que especies de Aspergillus niger acumulaban
ácido cítrico a la par con ácido oxálico.
Posteriormente se definieron las condiciones que reduzcan la producción
del ácido oxálico contaminante.
A partir de entonces, variedades de Aspergillus niger han dominado la
producción industrial. Fundamentalmente porque su fisióloga.
El ácido cítrico, o su forma ionizada, el citrato, es un acido orgánico
tricarboxilico que está presente en la mayora de las frutas, sobre todo en
cítricos como el limón y la naranja. Su fórmula química es C6H8O7.
Es un buen conservante y antioxidante natural que se añade
industrialmente como Aditivo alimentario aditivo en el envasado de
muchos alimentos como las conservas de vegetales enlatadas.
 CARACTERÍSTICAS
La acidez del acido cítrico es debida a los tres grupos carboxilos -COOH
que pueden perder un protón en las soluciones. Si sucede esto, se
produce un ion citrato. Los citratos son unos buenos controladores del pH
de soluciones acidas. Los iones citrato forman sales llamadas citratos con
muchos iones metálicos. El citrato de calcio precipita a temperatura
ambiente.
El acido cítrico es un polvo cristalino blanco. Puede existir en una forma
anhidra (sin agua), monohidrato que contenga una molécula de agua por
cada molécula de acido cítrico. La forma anhidra se cristaliza en el agua
caliente, mientras que la forma monohidrato cuando el acido cítrico se
cristaliza en agua fra. El monohidrato se puede convertir a la forma
anhidra calentándolo sobre 74 °C.
Químicamente, el acido cítrico comparte las características de otros
ácidos carboxílicos. Cuando se calienta a mas de 175 °C, se descompone
produciendo dioxido de carbono y agua. El nombre IUPAC del acidocítrico
es acido 2-hidroxi-1,2,3-propanotricarboxlico.

4. 2.5. OBTENCIÓN DEL ÁCIDO CÍTRICO POR MEDIO DE ASPERGILLUS
NÍGER
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. Luego
la posterior purificación, mediante el proceso cal-sulfúrico y la
recuperación final del producto.
2.5.1. Materias Primas (Proceso a partir de Aspergillus Níger)
 Melaza o jarabe de Caña de Azúcar
Líquido viscoso de color castaño oscuro que se obtiene como producto
secundario en la fabricación del azúcar de caña. Las melazas son la parte
no cristalizable del azúcar. Formada por un 67% de sacarosa, junto con
algo de glucosa y fructosa; las melazas se utilizan también para fabricar
alcohol industrial, ácido acético, ácido cítrico, levaduras y en general para
cualquier proceso donde se requiera de un medio de cultivo que sirva
como fuente de nutrientes para facilitar la germinación, crecimiento y
reproducción de los microorganismos productores de determinado
metabolito en este caso del ácido cítrico.
 Cal apagada (Ca(OH)2)
El hidróxido de calcio, dihidróxido de calcio o cal hidratada con
fórmula Ca(OH)2, se obtiene, de manera natural, por hidratación del óxido
de calcio (cal viva) en unos equipos denominados hidratadores. El agua
de cal, que es una disolución alcalina de cal apagada en agua, se utiliza
principalmente en medicina como antiácido, como neutralizador de un
ácido venenoso o para el tratamiento de las quemaduras. En muchos
procesos químicos se usa para neutralizar el pH. En la elaboración de
ácido cítrico es usada para formar citrato de calcio y así poder separar el
ácido cítrico.
 Ácido sulfúrico
El ácido sulfúrico es un ácido fuerte, es decir, en disolución acuosa se
disocia fácilmente en iones hidrógeno (H+) e iones sulfato (SO42-). Sus
disoluciones diluidas muestran todas las características de los ácidos:
tienen sabor amargo, conducen la electricidad, neutralizan los álcalis y
corroen los metales activos desprendiéndose gas hidrógeno. A partir del
ácido sulfúrico se pueden preparar sales que contienen el grupo sulfato
SO4, y sales ácidas que contienen el grupo hidrogenosulfato, HSO4.
El ácido sulfúrico concentrado, llamado antiguamente aceite de vitriolo, es
un importante agente desecante. Actúa tan vigorosamente en este
aspecto que extrae el agua, y por lo tanto carboniza, la madera, el
algodón, el azúcar y el papel. Debido a estas propiedades desecantes, se
usa para fabricar éter, nitroglicerina y tintes. Cuando se calienta, el ácido
sulfúrico concentrado se comporta como un agente oxidante capaz, por

5. ejemplo, de disolver metales tan poco reactivos como el cobre, el mercurio
y el plomo, produciendo el sulfato del metal, dióxido de azufre y agua.
En el proceso es muy importante porque reacciona con el citrato de calcio
y lo hace precipitar en forma de yeso o sulfato cálcico, permitiendo liberar
el ácido cítrico presente.
El citrato de calcio (citrato cálcico o sal amarga) es la sal del ácido
cítrico e hidróxido de calcio.
 Amoniaco, NH3
Gas de olor picante, incoloro, de fórmula NH3, muy soluble en agua. Una
disolución acuosa saturada contiene un 45% en peso de amoníaco a 0
°C, y un 30% a temperatura ambiente. Disuelto en agua, el amoníaco se
convierte en hidróxido de amonio, NH4OH, de marcado carácter básico y
similar en su comportamiento químico a los hidróxidos de los metales
alcalinos. En la fermentación de la glucosa con Aspergillus Níger, el
amoniaco representa una importante fuente de nitrógeno, útil para que se
lleve a cabo la germinación y crecimiento del hongo.
2.5.2. Procedimiento
1. PREPARACIÓN DEL SUSTRATO (MELAZA)
El objetivo de esta primera etapa del proceso es la purificación del
jarabe. Se inicia mezclando el jarabe con agua para diluirlo; una vez
diluido se pasa por un filtro de vacío para eliminar los sólidos
suspendidos y las impurezas de la melaza. Luego el jarabe es pasado
por una celda de intercambio iónico para retirar los iones del flujo.
Después el jarabe es sometido a un proceso de pasteurización que
consiste en elevar la temperatura a 1050C durante tres minutos y
bajarla nuevamente hasta 370C. La pasteurización se lleva a cabo
primero en un calentador de evaporación instantánea, después se
utiliza un circuito de acumulación y un enfriador de jarabe.
2. FERMENTACIÓN
Una vez pasteurizado, es bombeado al fermentador el cual es un
recipiente rígido de 150 m3 en donde se lleva a cabo la transformación
de la sacarosa en ácido cítrico por medio del Aspergillus Níger. El
Aspergillus Níger es inoculado en este fermentador. Se hace el ajuste
del pH y se añaden nutrientes (amoniaco NH3, sales de fermentación).
El aire estéril se burbujea dentro del fermentador. Luego de la
fermentación, el flujo es pasado por un filtro rotatorio al vacío para
separar el micelio. La masa conformada por el micelio y el
microorganismo muerto se denomina biomasa o torta y constituye un
subproducto o un efluente del proceso.
3. PURIFICACIÓN DEL ÁCIDO CÍTRICO
El ácido cítrico debe ser separado del micelio, el microorganismo
muerto, el azúcar residual, las proteínas producidas por la
fermentación y otras impurezas solubles. Para lo cual se lleva a cabo

6. el proceso denominado cal-sulfúrico: se basa en tratar el licor madre
con una lachada de la cal (Ca(OH)2 cal apagada)de lo cual se forma
citrato de calcio. Este citrato resultante es lavado y el micelio es filtrado.
Posteriormente se añade ácido sulfúrico para descomponer el citrato
de calcio. Por lo tanto en esta etapa se forma sulfato de calcio el cual
es retirado de la solución por medio de un filtro rotatorio al vacío y se
constituye como un desperdicio o como un subproducto del proceso.
3.1 Celdas primarias de carbón activado
En estas celdas son removidas las impurezas solubles que producen
color a la solución de Ácido Cítrico y en general sustancias orgánicas
contenidas en el licor. Debido que a lo largo del proceso se añaden
sustancias que aumentan la cantidad de iones contenidos en la
solución de acido Cítrico, antes de cristalizarlo hay que retirar estos
iones (Ca++ y SO4=) para estos se usan celdas de resinas de
intercambio iónico.
La corriente alimenta los evaporadores de doble o de triple efecto
donde se busca retirar la mayor cantidad de agua para pasar al
cristalizador.
3.2 Cristalización
En este proceso se separan los cristales formados del líquido saturado
que se denomina licor madre. Este licor se recircula a la etapa de
intercambio iónico (celdas de carbón) o al tanque de tratamiento por
cal. Los cristales de ácido cítrico húmedos se redisuelven y se
recristalizan al vacío. Luego pasan a la centrifuga en donde es
eliminado el licor madre de los cristales formados.
3.3 Secado
Se realiza en un equipo de lecho fluidizado, que permite retirar
humedad hasta cumplir con las especificaciones.
2.6. TIPOS DE FERMENTACIÓN PARA EL ACIDO CÍTRICO
Hay tres técnicas básicas de procesos de fermentación para el acido
cítrico:
 CULTIVO DE SUPERFICIE
Se permite que un medio estéril con azúcar fluya en recipientes de
acero inoxidable o de aluminio, arreglados en fila en cámaras de
fermentación estériles. La mayoría de las cámaras controlan la
temperatura, la humedad relativa y la circulación del aire. El medio
se inocula con esporas de A. Niger a una temperatura constante de
28-30 °C con una humedad relativa de 40-60 % durante 8-12 días.
El organismo crece y se extiende sobre la superficie acidificando el
medio. Al final de la fermentación seguida mediante la medición del
ph del medio, el licor se drena y el acido cítrico se cristaliza. El
micelio puede reutilizarse adicionando medio nuevo.

7. El proceso de superficie es el método mas antiguo y aunque aun
se utiliza, ha sido reemplazado en gran medida por los procesos
sumergidos.
 PROCESOS SUMERGIDO
Este es el principal proceso en uso en el que se inocula el medio seguido
por la agitación y aeración vigorosas y controladas en grandes
fermentadores. El periodo de fermentación se reduce bastante (3-5 días)
a 25-30 °C. Después, el licor se drena para la extracción del acido cítrico
y el micelio se puede reutilizar.
El micelio es la masa de hifas que constituye el cuerpo vegetativo de
un hongo.
Una modificación de este método tiene un proceso en dos etapas en los
cuales inicialmente el medio se inocula primero con esporas y después de
3 o 4 días, el micelio se separa y adiciona al medio de producción.
Después de 3 o 4 mas a 25-30 °C con oxigenación, se extrae el acido
cítrico.

8.  FERMENTACIÓN EN ESTADO SOLIDO
Este proceso fue descrito inicialmente por Cahn en 1935, pero a pesar
de su potencial no se ha empleado industrialmente a ningún grado
importante debido a su laboriosidad.

9. III. DIAGRAMA DE BLOQUES
CAL
Melaza
Agua
Ac. Sulfúrico
Micelio
PREPARACION DEL SUSTRATO PASTEURIZACION FERMENTACION
(6 días aprox.)
FILTRACION
CRISTALIZACIONEVAPORACION
FILTRACION CON
CARBON ACITVADO
DESCOMPOSICON DEL
CITRATO
FORMACION DEL CITRATO
ENVASADO
AireA. Niger
MicroelementosImpurezas
Resinas de
Intercambio
Sulfato de Calcio
Carbón
activado
Ac. Citrico

10. IV. CONCLUSIONES
 El ácido cítrico si se puede elaborar mediante la fermentación del azúcar
por parte de un microorganismo llamado Aspergillus Niger
 Mediante el estudio de un proceso industrial como el utilizado para la
elaboración de ácido cítrico es fácilmente evidenciable la aplicación de
conceptos propios de la ingeniería química.
 Al final de nuestra experiencia nos dimos cuenta que este proceso es muy
eficaz ya que obtuvimos un rendimiento del 50.67 %
 Pudimos comprobar que en 6 días de fermentación a 25 °C podemos
obtener nuestro producto.
V. RECOMENDACIONES
 Las condiciones deben ser estrictamente cumplidas, en un ambiente esteril
y con las variables adecuadas.
 Asesorarnos de la disponibilidad de nuestra materia prima asi como los
reactivos a utilizar.
 Estimular el uso de este tipo de tecnología para darle un mayor
aprovechamiento a materia que se desecha.
VI. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
 LIBROS
1. AUSTIN, G.T. (1983) Shreve’s Chemical Process Industries, 5th international
ed., McGraw-Hill, New York, Sydney, 597-598.
2. CARVAJAL C., Fabricio; ROJAS D., Carlos. Diseño de un proceso del filtrado
de Citrato Tricálcico. Tesis Ingeniero Químico. Facultad de Ingeniería.
Universidad del Valle. Cali (1993)
3. FONDO DE PROMOCION DE EXPORTACIONES. Catalogo del Potencial
Exportable de la Industria Química en Colombia. Bogotá (1979) 147 – 148.
4. McKETTA, John J., DEKKER, Marcel. "Encyclopedia of Chemical Processing
and
 INTERNET
5.http://www.lurgilifescience.com/english/nbsp/menu/portfolio/renewable_resour
ces/citric_acid/overview/index.html
6. http://www.foodproductdesign.com/archive/1993/0593DE.html&prev=/
7. www.pfizer.com.ar/about/em_historia.asp
8. www.infomed.sld.cu/revistas/far/vol_34_3_00/