Acid Citric

În industria alimentară, frecvent, se utilizează, în ordinea descreşterii importanţei lor, următorii acizii organici: citric, acetic, lactic, tartric, ascorbic, malic, gluconic, propionic, fumaric, adipic, sorbic, etc. Ei se folosesc, în principal, ca acidulanţi şi corectori de aciditate.

În calitate de agenţi de aromatizare, acidulanţii îmbunătăţesc profilul de aromă al alimentelor şi armonizează anumite nuanţe de gust. La unele categorii de produse alimentare pot masca senzaţia de dulce, raportul dintre zahăr şi aciditate, fiind un indicator gustativ important.

Suplimentar, acidulanţii şi corectorii de aciditate manifestă efect secundar de conservare (acidul acetic, lactic, malic) prin:

- favorizarea distrugerii termice a microorganismelor;

- frânarea dezvoltării microorganismelor de alterare;

- împiedicarea germinării sporilor;

-prevenirea alterării produselor alimentare şi evitarea producerii toxiinfecţiilor alimentare.

Unii acizi organici sunt utilizaţi în egală măsură ca acidulanţi, agenţi de sechestrare şi ca substanţe sinergetice pentru antioxidanţii, de tipul BHT şi BHA.

Acidul citric, acidul lactic şi sărurile lor, acidul malic şi acidul tartric potenţează acţiunea antioxidanţilor şi contribuie la prevenirea râncezirii grăsimilor şi uleiurilor.

Acidul L-ascorbic şi ascorbaţii funcţionează ca antioxidanţi şi împreună cu agenţii de sărare (NaCl şi azotitul de sodiu) contribuie la formarea culorii şi aromei produselor de carne şi la ameliorarea capacităţii acestora de conservare. Totodată, unii acidulanţi se folosesc şi în calitate de emulgatori, stabilizatori, gelifianţi şi agenţi de îngroşare, remarcându-se în acest sens, sărurile de sodiu şi de calciu ale acizilor lactic şi stearic şi esterii acizilor citric, acetic, lactic cu mono şi digliceridele acizilor graşi.

Tehnologii de biosinteză a acizilor carboxilici

În prezent, tehnologiile de biosinteză sunt utilizate, în mod curent, pentru obţinerea următorilor acizi organici:

- acizi mono şi policarboxilici: acidul acetic, acidul propionic şi acidul itaconic;

- acizi monohidroxi şi monocarboxilici: acidul lactic;

- acizi monohidroxi şi policarboxilici: acidul citric;

- acizi polihidroxi şi monocarboxilici: acidul gluconic, acidul ascorbic. În procesul de biosinteză se folosesc medii de cultură conţinând melasă, zaharoză, amidon, maltoză, glucoză, lactoză, surse de azot, săruri minerale, vitamine, factori de creştere, pe care se cultivă microorganisme din clasa bacteriilor şi mucegaiurilor, producătoare de acizi carboxilici.

Pentru dirijarea procesului de fermentaţie spre un anumit acid se folosesc microorganisme specifice, cultivate pe medii nutritive adecvate.

Tehnologia de obţinere a acidului citric cu ajutorul microorganismelor

Acidul citric este un acid monohidroxi tricarboxilic (acidul 2-hidroxi-1,2,3-propan tricarboxilic), solubil în apă şi în solvenţi organici având următoarea formulă structurală:

Acidul citric este prezent, în mod natural, în ţesuturile şi sucurile vegetale, găsindu-se în cantităţi abundente în fructele citrice care includ lămâile (4-8%), grape fruit (1,2-2,1%), portocalele (0,6-1%), se mai găseşte în coacăze, zmeură şi în sfeclă.

Acidul citric a fost izolat prima dată în anul 1874 de Scheele, prin precipitare sub formă de citrat de calciu, prin adăugare de hidroxid de calciu la sucul de lămâi. La început, acidul citric, la nivel industrial, a fost obţinut din sucul fructelor citrice (lămâi), apoi au fost perfecţionate o serie de tehnologii de obţinere a acidului respectiv prin biosinteză pe culturi de Aspergillus niger, Aspergillus clavatus, Aspergillus wentii, Aspergillus awamori, Penicillium luteum, Penicillium citrinum, Penicillium simplicissimum, Trichoderma viridae, Yarrowia lipolytica, Candida guilliermondii şi bacterii din genul Arthrobacter. În urma studiilor de laborator s-a stabilit că cel mai bun producător de acid citric este Aspergillus niger. Materiile prime, destinate fabricării acidului citric, sunt constituite, în principal, din deşeurile vegetale de cartofi, tărâţele de grâu, supuse fermentaţiei tip Koji, materiale zaharoase (melasă de sfeclă sau trestie de zahăr, zaharoză, glucoză), supuse fermentaţiei de suprafaţă (în tăvi) sau submerse (în fermentatoare) în prezenţa unor tulpini selecţionate de Aspergillus niger. Dintre mediile de cultură studiate, cel mai eficient s-a dovedit a fi mediul de cultură pe bază de melasă.

Mecanismul de biosinteză al acidului citric

Fermentaţia citrică este un proces de transformare a glucidelor în acid citric sub influenţa sistemului enzimatic, secretat de unele mucegaiuri din genurile Aspergillus şi Penicillium. Prezenţa în biomasă a acizilor aconitic, succinic, malic şi fumaric demonstrează faptul că acidul citric se formează ca rezultat al reacţiilor ciclului acizilor di şi tricarboxilici.

Acidul citric este un intermediar în procesul biologic de degradare oxidativă a glucidelor, care are loc în toate celulele vii (care respiră), numit "ciclul acidului citric". Excreţia apreciabilă a acestui metabolit primar rezultă ca o consecinţă a unei imbalanţe metabolice sau a unor deficienţe genetice. Căile metabolice implicate în producţia de acid citric de către Aspergillus niger sunt arătate în figura 1.

Molecula de glucoză este degradată în anaerobioză în două molecule de triozo-fosfaţi şi apoi în două molecule de piruvat cu participarea următoarelor enzime: glucozo-kinaza; fosfohexozo-izomeraza; fructo-6-fosfat-kinaza; aldolaza; triozofosfat-izomeraza; triozofosfat-dehidrogenaza; transfosforilaza; fosfoglicero-mutaza; enolaza; piruvat-kinaza. Enzimele cheie în biosinteza citratului sunt fosfofructo-kinaza, piruvat-decarboxilaza, citrat-sintetaza şi α-cetoglutarat-dehidrogenaza. Fosfofructo-kinaza este inhibată de citrat, dar această inhibare este contracarată de prezenţa nivelurilor ridicate de NH4+ şi de acumularea fructozo-1,6-difosfatului. Activitatea citrat-sintetazei la Aspergillus niger este reglată prin nivelul de oxalacetat, produs printr-o reacţie anaplerotică, catalizată de piruvat-carboxilaza, o enzimă prezentă în citosol. Transformarea acidului piruvic în acid citric are loc în prezenţa acidului oxalacetic (ciclul Krebs). Piruvatul este mai întâi oxidat, pierzând CO2 la acetil-CoA, care apoi reacţionează pe cale enzimatică cu oxalacetatul pentru a forma citratul. Decarboxilarea oxidativă a piruvatului la acetil-CoA şi CO2 necesită complexul piruvat-dehidrogenaza (complex multienzimatic constituit din trei enzime diferite şi cinci coenzime). Condensarea acetil-CoA cu oxalilacetatul este catalizată de citrat-sintetaza (enzimă de condensare). Pentru supraproducţia de acid citric sunt esenţiale: un flux ridicat de metaboliţi ai glicolizei, o blocare a reacţiilor de degradare a citratului şi o secvenţă anaplerotică de sinteză a oxalacetatului, utilizat în producerea citratului. Enzimele lanţului respirator sunt, de asemenea, importante pentru supraproducţia de acid citric.

biotehnologii acid citric