Producción de ácido láctico a partir de jugo de remolacha azucarera crudo concentrado.

Proceso para la preparación de ácido láctico y/o lactato donde se usa un jugo de remolacha crudo concentrado,

es decir jugo de remolacha que no ha sido sometido a la adición de cal a pH de aproximadamente 11.2 ni a la adición de cal sobrante seguida de la adición de dióxido de carbono en dos estadios con eliminación del residuo/cal de carbonatación, con una concentración de al menos 60 g de sacarosa por 100 g de líquido (al menos un Brix de 60) como sustrato para la fermentación en ácido láctico y/o lactato mediante un microorganismo productor de ácido láctico.

Producción de ácido láctico a partir de jugo de remolacha azucarera crudo concentrado [0001] La presente invención está en el campo de la preparación de ácido láctico mediante fermentación.

El ácido láctico, sus sales y ésteres han sido usados desde hace mucho tiempo como aditivo alimenticio y en diferentes aplicaciones químicas y farmacéuticas. Más recientemente, el ácido láctico ha sido usado en la fabricación de polímeros biodegradables tanto como sustituto de presentes materiales plásticos así como en diferentes nuevos usos donde se necesita o se desea biodegradabilidad, como para implantes médicos, suturas absorbibles y fármacos de liberación controlada. La producción de ácido láctico es comúnmente llevada a cabo mediante fermentación por medio de un microorganismo tal como bacterias, levaduras y hongos. El medio de fermentación consiste en un sustrato de carbohidrato junto con un mineral adecuado y nutrientes proteináceos. Un sustrato de fermentación comúnmente usado es el azúcar blanco. El azúcar es el contribuyente más importante en el precio de coste de fabricación del ácido láctico. Por lo tanto se pueden conseguir mayores reducciones en el precio de coste de fabricación del ácido láctico si se puede usar una fuente de carbohidrato menos costosa que el azúcar blanco. Con este fin, diferentes grupos de investigación intentaron fermentar subproductos más económicos y productos intermediarios de una planta productora de azúcar en ácido láctico. No obstante, mientras que la fermentación de estas fuentes de azúcar crudo en etanol puede hacerse fácilmente, surgen problemas cuando se intentan usar estos sustratos a escala industrial para la fermentación en ácido láctico. Estos problemas se basan en el campo de fermentabilidad, almacenamiento -estabilidad, sensibilidad a infecciones, la purificación del producto de la fermentación (es decir el tratamiento posterior) , etcétera. Los ejemplos del estado de la técnica donde se describe la fermentación del jugo de remolacha azucarera en etanol son Raw thick juice: manufacture, storage and utilisation as feedstock in biotechnological industr y , G. Marke, P.V. Schmidt, R. Rieck, B. Senge, B. Steiner, Zuckerindustrie (1992) , 117 (12) , 984-90, The manufacture of alcohol from sugar beets, K. Antal, Zeitschrift für Spiritusindustrie (1911) 34, 239-40, 252-3 y Combined production of ethanol and white sugar, K. Austmeyer, H. Roever, H. Zuckerindustrie (1988) 113 (9) , 765-72. La bibliografía sobre la fermentación del jugo de remolacha azucarera en ácido láctico a escala industrial no es tan abundante.

Por ejemplo, en The industrial preparation of lactic acid from sugar beets, A. Bonelli, G. Gulinelli, Ind. Chim. Met. (1918) , 5 121-4, se describe la fermentación del jugo de remolacha azucarera crudo en ácido láctico. Este jugo de remolacha azucarera crudo sólo tiene una concentración de azúcar de aproximadamente el 16% en peso. Ante todo, como se indica en la publicación esta fuente de carbohidrato es muy sensible a infecciones y frecuentemente está ya infectada al empezar. Esto se confirma por ejemplo en, F. Hollaus et aI.: "Experimental studies on bacterial degradation in sugar of sugar in raw juice and preliming juice." Sucrerie belge, vol 99, No 5, (1980) , p. 183. Con fábricas de remolacha azucarera funcionando en campaña y sólo activas 3-4 meses al año, está claro que esto causa problemas de almacenamiento. En segundo lugar, con una concentración de sólo el 16%, los costes de transporte y almacenamiento harán que este proceso sea relativamente costoso. Estos factores hacen que el jugo de remolacha azucarera crudo sea inadecuado como sustrato para la fermentación en ácido láctico a escala industrial.

En Production of lactic acid from sugar beet and cases of inactivation of lactic acid fermentation, I.P. Zakharov, M.F. Federova, Mikrobiologiya (1946) , 15 (No. 1) , 57-66, también se describe la fermentación del jugo de remolacha azucarera crudo. Zakharov informa de que el calentamiento o esterilización del jugo de remolacha azucarera tiene un efecto perjudicial en la fermentación. El jarabe de remolacha, preparado mediante evaporación del jugo de remolacha hasta obtener un contenido de azúcar del 51%, se diluyó y se intentó la fermentación: prácticamente no se produjo ninguna fermentación ni con ni sin adición de cal (probablemente aquí se refiere a hidróxido de calcio) . Zakharov concluyó que un medio de tal jarabe demostró ser inadecuado para la fermentación en ácido láctico.

Al fin y al cabo, se debe concluir que la fermentación de estos sustratos crudos tales como jugo de remolacha azucarera crudo en ácido láctico a escala industrial demuestra ser mucho más complicada que comparado con una fermentación en etanol. Lo mismo se puede decir de la purificación (es decir el tratamiento posterior) del ácido láctico preparado por fermentación comparado con la purificación de etanol fermentativamente preparado.

Hemos descubierto que el jugo de remolacha crudo concentrado con un Brix de al menos 60 (es decir la cantidad de azúcar en peso por cada 100 gramos de líquido) es un sustrato adecuado para la fermentación a escala industrial en ácido láctico y o lactato. Además, parece ser estable en el almacenamiento y no es muy sensible a infecciones. Además, la fermentación en ácido láctico se consigue con el mismo rendimiento, pureza química, pureza óptica, claridad y sabor que con el ácido láctico obtenido a partir de la fermentación de sacarosa, es decir de azúcar blanco.

Cuando se trata la remolacha azucarera, la remolacha normalmente se lava con agua, se corta y las cosetas resultantes se extraen con agua, a partir de las cuales se elimina la pulpa de la remolacha y el jugo crudo resultante se trata posteriormente a azúcar mediante posterior purificación de jugo [es decir generalmente mediante adición de cal a pH de aproximadamente 11.2 en la pre-calcificación, seguido de una adición de cal sobrante en la adición de cal principal (la alcalinización) , adición de dióxido de carbono en dos estadios posteriores (la carbonatación) , donde tras la primera carbonatación se retira el residuo/cal de la carbonatación] dando como resultado un jugo fino, dicho jugo fino se concentra dando como resultado un jugo denso, dicho jugo denso se somete a uno o varios pasos de cristalización para formar más grados de azúcar y melaza como subproducto.

El jugo de remolacha crudo concentrado usado en el proceso según la invención se prepara sometiendo al jugo crudo (aproximadamente 16% de azúcar) a un paso de calentamiento a una temperatura entre 50 y 90 º C y concentrando el jugo de remolacha crudo a un Brix de al menos 60 (es decir, sin adición de cal a un pH de aproximadamente 11.2 y adición de cal sobrante mediante adición de dióxido de carbono en dos estadios con eliminación del residuo/cal de carbonatación) . Opcionalmente se lleva a cabo un paso de separación líquido-sólido entre el paso de calentamiento y el paso de concentración y/o después del paso de concentración para eliminar tierra residual, partículas de remolacha pequeñas y proteínas. El paso de concentración se lleva a cabo normalmente mediante evaporación a una temperatura entre 50 y 120 º C. También es posible combinar el paso de calentamiento y de concentración. Si se combinan los pasos de calentamiento y de concentración, la separación sólido/líquido opcional se lleva a cabo o bien antes del calentamiento/concentración o después. El jugo de remolacha crudo concentrado se puede añadir en forma diluida a la fermentación. Normalmente el jugo de remolacha crudo concentrado se diluye a una concentración de aproximadamente 16-30 Brix, más preferiblemente 20-30 Brix.

El tratamiento de la remolacha azucarera en azúcar blanco y la preparación del jugo de remolacha crudo concentrado a partir del jugo de remolacha crudo que es un paso intermedio del proceso de tratamiento de la remolacha, se ilustra esquemáticamente en la figura 1.

Se descubrió que la melaza y el jugo denso preparado durante el tratamiento de la remolacha azucarera no son muy adecuados para la fermentación en ácido láctico a escala industrial. Sin desear ligarnos a una teoría, pensamos que durante el tratamiento del jugo de remolacha azucarera crudo en jugo denso y posteriormente en melaza, diferentes impurezas o bien se concentran en la melaza y/o el jugo denso o bien se introducen mediante reacciones que ocurren durante la alcalinización, los tratamientos con calor y con dióxido de carbono (por ejemplo los resultados de las reacciones de Maillard) . Dichas impurezas interfieren con las reacciones de fermentación en ácido láctico a escala industrial. Esto se muestra también en nuestros datos experimentales.... [Seguir leyendo]

1. Proceso para la preparación de ácido láctico y/o lactato donde se usa un jugo de remolacha crudo concentrado, es decir jugo de remolacha que no ha sido sometido a la adición de cal a pH de aproximadamente 11.2 ni a la adición de cal sobrante seguida de la adición de dióxido de carbono en dos estadios con eliminación del residuo/cal de carbonatación, con una concentración de al menos 60 g de sacarosa por 100 g de líquido (al menos un Brix de 60) como sustrato para la fermentación en ácido láctico y/o lactato mediante un microorganismo productor de ácido láctico.

2. Proceso según la reivindicación 1 donde el jugo de remolacha crudo concentrado tiene un Brix de al menos 70.

3. Proceso según la reivindicación 1 o 2 donde el jugo de remolacha crudo concentrado se diluye hasta un Brix entre 16 y 30 antes de la adición a la fermentación.

4. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes donde el microorganismo es un Bacillus moderadamente termofílico.

5. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes donde el jugo de remolacha crudo concentrado se prepara mediante un procedimiento que comprende un tratamiento con calor de un jugo de remolacha crudo a una temperatura entre 50 y 90 grados Celsius y la concentración del jugo de remolacha crudo a al menos 60 Brix.

6. Proceso según la reivindicación 5 donde el jugo de remolacha crudo concentrado se prepara mediante un procedimiento que comprende los siguientes pasos:

a. lavar y cortar la remolacha azucarera para obtener cosetas y extraer las cosetas con agua,

b. eliminar la pulpa de remolacha del jugo de remolacha crudo resultante, y

c. tratar con calor el jugo de remolacha crudo a una temperatura entre 50 y 90 grados Celsius, y

d. concentrar el jugo de remolacha crudo a al menos 60 Brix.

7. Proceso según las reivindicaciones 5 o 6 donde se combinan el paso de tratamiento con calor y el paso de concentración.

8. Proceso según las reivindicaciones 5, 6 o 7 donde antes del paso de tratamiento con calor y/o entre el paso de tratamiento con calor y el paso de concentración, y/o después del paso de concentración, se lleva a cabo un paso de separación líquido/sólido.

9. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes donde el ácido láctico y/o lactato resultantes de la fermentación son sometidos a uno o varios pasos de purificación.

10. Proceso según la reivindicación 9 donde los pasos de purificación comprenden separación de la biomasa, extracción, intercambio de sal, destilación, intercambio iónico, tratamiento con carbono, extracción, y/o concentración y combinaciones de los mismos.