Título :	Evaluación del proceso de obtención y separación de ácido láctico a partir de la fermentación de suero lácteo mediante tecnología de membrana
Autor(es):	Adriana Arellano Arriaga
Palabras clave:	Bacterias ácido lácticas Lactic acid Lactic acid bacteria Milk whey Suero lácteo Ácido láctico
Área:	INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA
Fecha de publicación :	dic-2013
Facultad:	Facultad de Química
Programa académico:	Maestría en Ciencia y Tecnología de Alimentos
Resumen:	El ácido láctico es un compuesto muy versátil y de amplias aplicaciones, actualmente es producido mayormente por fermentaciones de sustratos baratos (ej., suero lácteo) mediante el uso de bacterias ácido lácticas (ej., Lactobacillus casei) para así obtener isómeros específicos. Sin embargo, presenta baja productividad y costos de operación elevados, debido a los tratamientos necesarios para su recuperación y purificación. La tecnología de membranas de nanofiltración es una alternativa novedosa y ventajosa para separar, concentrar y purificar el ácido láctico, presentando bajos costos de operación. Por otro lado, el modelaje matemático de bioprocesos, es una herramienta útil que permite estudiar, predecir y optimizar dichos sistemas. El objetivo de este trabajo fue evaluar el proceso de separación de ácido láctico mediante tecnología de membrana, así como caracterizar el proceso de obtención del mismo a partir de la fermentación de suero lácteo por Lactobacillus casei (ATCC334) y proponer un modelo matemático que se ajuste adecuadamente al sistema. Se evaluó, a nivel matraz, la suplementación del suero a diferentes concentraciones de sulfato de magnesio y de manganeso; encontrando que la adición de 0.03 g/L de MnSO4 tiene un efecto benéfico en la producción de ácido láctico, obteniendo una concentración de 25 g/L de ácido y 85% de consumo de sustrato, mientras que la adición de MgSO4 no mostró diferencias significativas. Se observó que, la producción de ácido láctico tiene tres etapas características: 1) fase lag extendida 2) fase de alta producción de ácido láctico y consumo de sustrato a un tiempo tc y 3) fase de inhibición de sustrato. Se aplicó un modelo matemático propuesto por Altiok en 2004 a los datos experimentales; sin embrago no logró un buen ajuste, por lo que fue necesario estudiar otros modelos basados en la ecuación logística para la formación de biomasa, los cuales tuvieron un buen ajuste a la formación de biomasa y consumo de sustrato pero no para la formación de producto, por lo que será necesario valorar posibles factores que estén afectando el sistema. Se probaron dos membranas de nanofiltración para la separación de ácido láctico (TFC-SR2 y TFC-SR3) y su funcionamiento fue evaluado mediante la recuperación de ácido láctico, la retención de lactosa y el flujo de permeado. La membrana TFC-SR2 mostró los mejores resultados en la separación de ácido láctico a una presión de 300 psig (2.068 MPa) a pH de 2.5 y 3.5, recuperando 95% del ácido láctico y reteniendo el 98% de la lactosa a los 20 minutos de nanofiltración. En general los resultados muestran que el suero lácteo es un sustrato adecuado para la producción de ácido láctico, y constituye una alternativa para disminuir contaminación generada al ser drenado. Además que la tecnología de nanofiltración puede ser usada para concentrar y/o purificar el ácido láctico. Lactic acid is a very versatile compound and is used for many applications, actually is predominantly produced by fermentation of cheap substrate (e.g. whey) by using lactic acid bacteria (eg. Lactobacillus casei) in order to obtain specific isomers. However it has low productivity and high operating costs due to the necessary treatments for recovery and purification. The nanofiltration membrane technology is a novel and advantageous alternative for the lactic acid separation, concentration and purification, featuring low operating costs. On the other hand, the mathematical modeling of bioprocesses, is a useful tool for studying, predict and optimize these systems. The aim of this study was to characterize the lactic acid production and separation by fermentation from milk whey by Lactobacillus casei (ATCC334) using membrane technology and propose a mathematical model that fits system properly. Whey supplementation was evaluated using different concentrations of magnesium and manganese sulphate it was found that the addition of 0.03 g/L MnSO4 has a beneficial effect on lactic acid production, obtaining a lactic acid concentration of 25 g/L and 85% of substrate consumption while adding MgSO4 showed no significant differences. It was observed that the production of lactic acid has three characteristic phases: 1) extended lag phase 2) high lactic acid production and substrate consumption to a time tc phase and 3) substrate inhibition phase. A mathematical model proposed by Altiok et al., (2004) was applied to the experimental data, but this model did not achieve a good fitting, hence, the study of additional models based of logistic equation by the biomass formation, this models have a good fitting for the biomass production and substrate consumption but not for forming product, making it necessary to evaluate possible factors that are affecting the system. Two nanofiltration membranes were tested for lactic acid separation (TFC-SR2 and TFC-SR3) and their performance was evaluated trough the lactic acid recovered, lactose rejection and flux permeate. The TFC-SR2 membrane showed the best results in the separation of lactic acid at a pressure of 300 psig (2.068 MPa) and at pH 2.5 and 3.5 recovering 95% of lactic acid and retaining 98% of the lactose at 20 minutes of the process. In general, results suggest that whey is a suitable substrate for the lactic acid production and it is an alternative for reducing pollution generated by drained. Besides nanofiltration technology can be used for lactic acid concentration and / or purification.
URI:	http://ri-ng.uaq.mx/handle/123456789/607
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