Analiza procesului tehnologic de obținere a acidului glutamic - Fermentația glutamică

SCURT ISTORIC

In structura substanțelor proteice au fost identificati frecvent 20 de aminoacizi denumiți din acest motiv aminoacizi naturali. Alături de ei pot să apară și așa numiții 'aminoacizi ocazionali', care fie că apar in cantități mai mici, fie că fac parte numai din compoziția unor anumite proteine, fie că se găsesc sub formă liberă în țesuturile animale și vegetale. Aminoacizii naturali sunt compusi organici cu funcțiuni mixte care contin gruparea funcțională carboxil (-COOH) și gruparea funcționala amino (-NH2). Dintre acești aminoacizi, nouă nu pot fi sintetizați de către organismele animale, ei trebuie introduși in organism o dată cu hrana. [ 3 ]

Cele patru gusturi fundamentale sunt: acru, amar, dulce și sărat. Pe lângă acestea gastronomia japoneza a adaugat 'umami', gustul de carne. Acesta este dat de monoglutamatul de sodiu, aromă artificială comercializată uzual. Acidul L-glutamic a fost obținut in anul 1866 de către Ritthansen prin hidroliza glutenului, iar în 1890 Wolff realizează sinteza acidului D și L-glutamic din acid levulinic. Mai târziu(1908), Ikeda obține acid L-glutamic prin hidroliza la cald a unor alge (laminaria) și constată că acestui acid i se datoreaza gustul plăcut al algei.[ 6 ]

Acidul glutamic, ca toți aminoacizii este o substanță amfoteră, care dizolvată in apă, poate forma anioni și cationi alături de ioni de H+ și HO- eliberați simultan. Având grupări aminice și carboxilice formează ioni bipolari prin neutralizare internă. Solubilitatea sa crește o dată cu deplasarea pH-ului in mediu acid sau bazic. In mediu acid, acidul glutamic este solubil in apă sub formă de clorhidrat, iar in mediu bazic sub formă de sare.[ 1 ] Denumirea sa provine de la glutenul cerealelor (grâului), din care a fost extras prima dată. Se găsește in cantități mai mari sau mai mici in diverse alte subproduse proteice :

- 9.5% in γ-globulina serică umană;

- 12.2% in albumină serică bovină;

- 20% in miozină;

- 18.2% in α-cazeină;

- 22% in zeina porumbului;

- peste 25% in glutenul grâului ;

- mari cantități in proteinele de soia.[ 4 ]

PARTEA I : CONSIDERAȚII TEORETICE

I.1. Fișa tehnica a produsului

- Denumire chimică :

- IUPAC: acid 2-aminopentadioic ;

- acid α-aminoglutaric ;

- Denumire comercială : acid glutamic

- Formula moleculară : C5H9NO4

- forma desfasurata : COOH-CH2-CH2-CH -COOH

NH2

- Masa moleculară : M= 147,13g/mol;

- Densitate: ρ= 1,4601g/cm3;

- Punct de topire: pt= 225-227°C;

- PH-ul izoelectric: 3,22

- Solubilitatea in apa: - in mediu acid este solubil in apa sub forma de clorhidrat ;

- in mediu bazic este solubil sub forma de sare ;

- Solubilitatea in alcool etilic: - insolubil in alcool etilic absolut și in eter[ 2 ]

- Aspect : produs solid, sub forma unei pulberi albe, cristaline cu gust acru și fără miros.[ 1 ]

I.2. Metode de obținere

Exista patru procese pentru producerea aminoacizilor: extracția, sinteza chimică, fermentația și cataliza enzimatică. Fermentația și cataliza enzimatică folosesc toate celulele: bacterii, drojdii si celule active componente (enzime).

Cu toate că acum este posibilă sinteza tuturor aminoacizilor naturali prin metode microbiologice, procesele fermentative care utilizează specii modificate genetic de înaltă performanța iși găsesc un larg domeniu de aplicație industrială numai pentru sinteza acidului L-glutamic și L-lisinei.

Pentru obținerea acidului L -glutamic se folosesc trei grupe de metode[ 6 ]:

1. extracția din surse naturale ;

2. sinteze chimice ;

3. biosinteza.

Extracția din surse naturale

Se folosesc leșiile de la fabricile de zahăr, deșeurile de la fabricile de amidon din grâu sau porumb și deșeurile de origine animală (caseina), care se supun hidrolizei în vederea eliberării acidului glutamic și apoi separarea lui.

Hidroloza acidă a proteinelor (caseina, gluten) se realizează prin fierbere îndelungată cu acid sulfuric( H2SO 4) sau clorhidric(HCl) urmată de neutralizare cu hidroxid de calciu Ca(OH) 2 pentru îndepărtarea acidului sulfuric sub formă de sulfat, iar după filtrarea sulfatului se îndepărtează ionii de calciu cu acid oxalic. Soluția apoasă se concentrează la vid, iar după răcire cristalizează acidul L-glutamic care se purifică prin recristalizări repetate.

Un alt procedeu de fabricare care folosește ca materie primă deșeurile de la fabricile de zahăr prin hidroliza alcalină duce la obținerea acestui aminoacid. Prin acest procedeu se fabrică in Franța, anual, peste 3000 tone.[ 1 ]