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• Daniel Sánchez

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OBTENCIÓN DE ÁCIDO LÁCTICO A PARTIR DE SUERO DE LECHE CON Lactobacillus casei Arellano Arriaga, A; Soriano Pérez, S.H. Universidad Autónoma de San Luis Potosí RESUMEN La presente investigación está dirigida al aprovechamiento de materiales de desecho de la industria y de esta manera contribuir a disminuir la contaminación del medio ambiente. El suero de leche, que actualmente es un residuo de la industria láctea, es utilizado como sustrato en procesos de bioconversión para la obtención de ácido láctico con Lactobacillus casei, en este estudio la fermentación se llevo a cabo a diferentes temperaturas, 32, 36 y 42ºC, obteniendo que, a 42 ºC, el lactobacilo tiene un desarrollo óptimo produciendo mayores cantidades de ácido láctico de 28.18 g/L con una conversión de lactosa del 26% en un periodo de 20 horas. INTRODUCCIÓN El ácido láctico es un compuesto muy versátil de amplias aplicaciones tanto en la industria química, farmacéutica, de alimentos y de plásticos; fue descubierto por Scheele en 1780, cuando lo aisló de leche ácida, después en 1807 Berzelius demostró su presencia en el tejido muscular animal y humano (Badui, 1999). Se conoce de acuerdo a la nomenclatura oficial como ácido 2hidroxi-propánoico de fórmula H3C-CH(OH)-COOH (C3H6O3); posee dos isómeros ópticos, uno es el dextrógiro ácido D-(-)-láctico y el otro es el levógiro ácido L-(+)-láctico, que es el que tiene importancia biológica. La mezcla racémica (cantidades idénticas de estos isómeros) se llama D, L-ácido láctico (Fennema, 2000). El ácido láctico puede ser producido por síntesis química y por bioprocesos. Por síntesis química se puede obtener haciendo reaccionar acetaldehído con ácido cianhídrico para dar un lactónitrilo, el cual se hidroliza a ácido láctico, otro método se basa en la reacción a alta presión de acetaldehído con monóxido de carbono y agua en presencia de ácido sulfúrico como catalizador, en estos procesos se tiene la desventaja, que el ácido láctico obtenido es una mezcla D y L ópticamente inactivo (de Wit, 1998). Por bioprocesos se obtiene en procesos de fermentación y puede ser producido a partir de diferentes sustratos y microorganismos, dando como resultado un ácido ópticamente activo (Serna y col., 2005). La obtención de ácido láctico con enzimas o microorganismos vivos pueden producir isómeros dextrógiros, levógiros o una mezcla racémica, dependiendo del microorganismo involucrado en el proceso, siendo de mayor interés el (L) que puede ser asimilado por el organismo y la mezcla racémica para la elaboración de polímeros así como para uso industrial (Urribarrí y col., 2004; Marwaha y col., 1988). En este estudio, se utiliza suero de leche, que en la actualidad es un residuo y aproximadamente el 70% es vertido al drenaje directamente, para fermentarse y obtener ácido láctico; pues cuenta con los nutrientes necesarios para el crecimiento de Lactobacilos, así como de lactosa disuelta para la producción de ácido láctico, la cual al encontrarse en un medio con bacterias lácticas que contienen la enzima lactasa, desdoblan la molécula en glucosa y galactosa, convirtiéndolas a través de complicadas reacciones intermedias en ácido láctico (Cuddy y col., 1982). Para obtener ácido láctico se empleo el Lactobacillus casei, el cual se desarrolla fácilmente en el suero de leche, con un pH óptimo de 6.0, es mesófilo, homofermentativo facultativo, consume la lactosa y produce solo L (+) ácido láctico, de gran importancia por su extenso uso en la industria (Jelen, 1979). 1

JUSTIFICACION A nivel mundial se generan una gran cantidad de residuos, sin buscar fuentes alternativas para su aprovechamiento. El control de la contaminación ambiental ha impulsado la búsqueda de la forma más eficiente de aprovechamiento de los subproductos de las industrias, antes de ser desechados. La industria láctea genera suero de leche, como subproducto más abundante en la manufactura de quesos, este puede ser tratado mediante técnicas que permiten la extracción de sus componentes, sin embargo, sólo una parte del suero se utiliza para estos fines, ya que la mayor parte del lactosuero es tratado como residuo y es vertido directamente al drenaje y cuerpos de agua desperdiciando mucho de sus componentes de alto valor nutricional y se convierte en una fuente altamente contaminante debido a su gran demanda biológica y química de oxigeno. El proceso de bioconversión surge como una alternativa para el aprovechamiento de este desecho o residuo como sustrato de bajo costo, aprovechando las proteínas y lactosa para el crecimiento de microorganismos capaces de producir diversos productos, como el ácido láctico, ampliamente usado en la industria alimenticia, textil, farmacéutica, médico-quirúrgica y cosmética. OBJETIVOS: 1. Producción de ácido láctico por de fermentación utilizando Lactobacillus casei 2. Determinar la temperatura óptima de crecimiento del Lactobacillus casei y producción de ácido láctico, probando las siguientes temperaturas; 32, 36 y 42 ºC. METODOLOGÍA: La muestra de suero lácteo, es obtenida de una planta quesera del estado de Guanajuato y fue sometida a diversos análisis; pH, DBO5, DQO, determinación de lactosa, minerales, cenizas, grasas, humedad, sólidos totales y proteínas; para determinar las propiedades del mismo. El proceso de fermentación tuvo una duración de 20 horas, este se llevó a cabo en un matraz balón de tres bocas, a diferentes temperaturas de operación de 32, 36 y 42 ºC, a un pH de 6.0 y 150 rpm. El suero lácteo fue esterilizado en autoclave para su posterior inoculación con Lactobacilos casei. Durante el proceso de fermentación, se realizó la cuenta de los Lactobacilos cada hora, con ayuda de la técnica de Miles Mirsha, para obtener la curva de crecimiento microbiana. Para determinar la producción de ácido láctico se tituló con NaOH 2N cada hora. RESULTADOS: En la tabla 1 se presenta la composición del suero lácteo, teniendo una composición de humedad del 92.45% y 5.46% de lactosa, la cual es nuestro sustrato para llevar a cabo la fermentación.

En México se estableció la norma Mexicana NOM-001-ECOL-1996, para el control del vertido de residuos al drenaje, la cual establece los límites permitidos para pH, DBO y DQO, que se enuncian en la tabla 2, se puede observar que la demanda química y biológica de oxigeno del lactosuero es muy elevada y no se encuentran dentro de los límites permitidos por la norma 2

mexicana; por lo que es necesario que el lactosuero no sea desechado al drenaje como residuo debido a que posee un valor potencialmente alto de contaminación al medio ambiente y la salud, por lo que es de gran importancia el desarrollo de alternativas para su aprovechamiento. Para iniciar con el proceso de obtención de ácido láctico se inoculó cada fermentación con una número de Lactobacillus casei semejante, como indica la figura 1, se observó un mayor desarrollo a temperatura de 42 ºC con una etapa de lactancia de 5 horas y un crecimiento máximo en un tiempo de 15 horas, mientras que a 36 ºC su desarrollo máximo lo alcanza a las 12 horas con una etapa de lactancia igual que la de 42 ºC, sin embargo el crecimiento es menor que el de 42 ºC. A temperatura de 32 ºC el microorganismo tarda más en adaptarse al medio extendiendo su etapa de lactancia hasta 10 horas y su desarrollo máximo hasta las 15 horas, pero este es el menor crecimiento de las tres fermentaciones; resultando que la temperatura más adecuada para el crecimiento del lactobacilo es la de 42 ºC Con respecto a la producción de ácido láctico; a la temperatura de 42 ºC se tiene una producción de ácido láctico de 3.43 g/L a las 15 horas (figura 2), mientras que a 36 ºC, se tiene una producción de 1.42 g/L en un tiempo menor, de 12 horas; y a 32 ºC se tiene una producción muy baja de 0.43 g/L en un tiempo igual que 42 ºC. Lo anterior indica que a la temperatura de 42 ºC se obtiene una producción óptima de ácido láctico aunque el tiempo sea un poco mayor que a 36 ºC, esto es debido a que el Lactobacillus casei tuvo un mejor desarrollo a esta temperatura, como se puede observar en la figura 1; de este modo los tiempos en donde el crecimiento del lactobacilo es el máximo corresponden a la máxima producción de acido láctico. .

Al cabo de las 20 horas del experimento, se reporto una producción de ácido mayor de 28.18g/L a temperatura de 42ºC (figura 3), mientras que a 36ºC su producción fue de 11.9 g/L, y a 32 ºC fue de 3.86 g/L, esto complementa los resultados anteriores teniendo una mayor rendimiento a 42ºC al comparar el ácido láctico acumulado durante la fermentación. 3

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CONCLUSIONES Se estudió la producción de ácido láctico por bioprocesos, utilizando la lactosa del suero de leche como sustrato y empleando al Lactobacillus casei para llevar cabo la fermentación, se demostró que aunque se trata de un lactobacilo mesófilo este se desarrollo de una mejor manera a temperatura de 42 ºC debido a que cada cepa reacciona diferente al proceso, los microorganismos con el paso del tiempo sufren cambios que hacen que se adapten al medio de maneras diferentes. En la tabla 3 se muestran los resultados de las tres fermentaciones, en esta se puede observar que el proceso de fermentación a 42 ºC es el más eficiente ofreciendo una mayor producción de ácido láctico y aprovechamiento de la lactosa del suero de leche, con una conversión del 26.39%. BIBLIOGRAFIA Badui S., “Química de los alimentos”, Editorial Pearson Educación, 3ª Edición, México, 1999 Cuddy, M.E.; Zall, R.R., “Performance of lipid-dried acid whey in extruded and baked product”, Food technol, 1, 54-59, 1982 De Wit J. N., “Nutritional and Functional Characteristics of Whey Proteins in Food Products”, Journal of Dairy Science, 81(3), 1998 Fennema O. R., “Química de los alimentos”, Editorial Acribia. 2ª Edición, México, 2000 Jelen, P., “Industrial whey processing technology”, J. Agric. Food. Chem, 27(4), 658-661. 1979. Mackenzie L. D., “Ingeniería y ciencias medioambientales”, Editorial Mc Graw Hill Interamericana. 3ª Edición, México, 2005 Marwaha, S.S., Kennedy J.F., “Whey pollution problem and potential utilization”, Int. J. Food Sci. Technol, 23, 323-336, 1988 Serna C. L., Rodríguez de S. A., “Producción Biotecnológica de Ácido Láctico”, Ciencia y Tecnología Alimentaría, 5(1), 2005. Urribarrí L., Vielma A. y Col., “Producción de acido láctico a partir de suero de leche utilizando Lactobacilos helveticus en cultivo continuo”. 2004

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