Upload
fabiana2212
View
222
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
8/11/2019 SECCIN III Proceso Optimo
1/13
PROYECTO FINAL PRODUCCIN DE GLUTAMATO MONOSDICO
24
SECCIN III: ELECCIN DEL PROCESO PTIMO
Breve descripcin de los distintos procesos:
Tres mtodos de produccin se han aplicado desde que el GMS se introdujo por
primera vez al mercado:
A. Hidrlisis de protenas vegetales con cido clorhdrico para interrumpir los
enlaces peptdicos (1909 -1962).
B.
Sntesis qumica directa con acrilonitrilo (1962 1973).
C. Fermentacin bacteriana.
A. HIDRLISIS
Este mtodo est basado en la extraccin del cido glutmico a partir de fuentesvegetales (protenas), mediante la hidrlisis cida o alcalina de las mismas.
Materias primas:
Para el proceso de obtencin de GMS por hidrlisis, en principio se us el gluten de
trigo, posteriormente se us la semilla de soja que resulta como subproducto del proceso
de extraccin con solvente del aceite de la misma. Otros vegetales con contenidos
apreciables de cido glutmico han sido usados pero el preferido fue el gluten de trigo con
un porcentaje del 30% aproximadamente de cido glutmico.
Descripcin del proceso:
Para la hidrolizacin de las protenas y, as, liberar los aminocidos presentes al
romperse los enlaces peptdicos, pueden usarse lcalis, enzimas o cidos, pero solamente
estos ltimos son utilizados a nivel industrial debido a que los lcalis producen la
racemizacin de los aminocidos y con las enzimas no se logra una hidrlisis completa.
De los cidos, el preferido es el clorhdrico. Debe mantenerse una concentracin
de cido del 20% mientras dura la hidrlisis, dependiendo de la sustancia usada como
materia prima; es conveniente mantener una relacin de cantidad de cido clorhdrico alnitrgeno total contenido en la materia prima mayor de 1.5, es decir:
% cido clorhdrico/ % de N en la materia prima >= 1.5
La hidrlisis se completa aproximadamente a las 24 horas de iniciada, a una
temperatura de 110C y una presin de 1 atm. A continuacin la solucin hidrolizada se
8/11/2019 SECCIN III Proceso Optimo
2/13
PROYECTO FINAL PRODUCCIN DE GLUTAMATO MONOSDICO
25
enfra a baja presin y se filtra para separar los productos de descomposicin (humus).
Este filtrado se concentra en un evaporador al vaco para obtener un concentrado con un
contenido de 50% de materia slida; consistente del cido glutmico hipocloritado
(G.A.HCl).
A partir de este momento, se separan los cristales de G. a. HCl por centrifugacin yse realiza la neutralizacin parcial de los mismos, con hidrxido sdico o amonaco hasta
un nivel de P.H. de 3.2 (punto isoelctrico del cido glutmico), precipitndose el cido
glutmico libre de la molcula de cido clorhdrico. Se cristaliza el cido y se separan los
cristales por centrifugacin, luego de lo cual son neutralizados con hidrxido sdico hasta
un P.H. de 7.0 y clarificados con carbn activado.
Luego de someter la solucin decolorada a un proceso de concentracin y
cristalizacin se obtienen los cristales incoloros de glutamato monosdico, los cuales son
separados por centrifugacin y secados para obtener el producto final.
Diagrama de flujo:
HUMUS
FILTRACINPROTENAS
VEGETALES
CIDO
CLORHDRICO
HIDRXIDO
DE SODIO
CIDO
GLUTMICO
NEUTRALIZACIN
CLARIFICACIN
HIDRLISIS CONCENTRACIN
LICOR MADRE
ENFRIAMIENTO Y
CRISTALIZACIN
DEL G.A. HCl
CRISTALIZACIN
Y SEPARACIN
CIDO GLUTMICO
HIDROCLORITADO
NEUTRALIZACIN
PARCIAL
SEPARACIN
CARBN
ACTIVADO
HIDRXIDO DE
SODIO O AMONIO
SEPARACINCONCENTRACIN
Y CRISTALIZACIN
SECADOPRODUCTO
FINAL (GMS)
8/11/2019 SECCIN III Proceso Optimo
3/13
PROYECTO FINAL PRODUCCIN DE GLUTAMATO MONOSDICO
26
B.
SNTESIS QUMICA
Desarrollado en Japn y Alemania, este proceso de sntesis del cido glutmico
tiene como punto de partida al ACRILONITRILO (hidrocarburo obtenido principalmente del
petrleo y gas natural), que se forma catalticamente con CO/H2para dar un aldehdo que
mediante la reaccin de Strecter, en presencia de cido cianhdrico y amonaco, setransforma en dinitrilo del cido glutmico. En medio bsico se obtiene la mezcla racmica
del cido glutmico, que contiene los ismeros D y L. Luego de produce la separacin de la
mezcla.
Descripcin del proceso:
El proceso consiste en el flujo continuo controlado.
Partiendo del ACRILONITRILO (NCCH=CH2), mediante la reaccin cataltica con
CO/H2, que se produce a elevada presin y una temperatura moderadamente alta, seobtiene el - CIANOPROPINALDEHDO:
NCCH=CH2+ CO + H2 NCCH2CH2CHO
Uno de los problemas que tuvo que resolverse de este proceso fue la seleccin de
un catalizador adecuado (entre los compuestos de Cobalto), de manera de recuperarlo, y
el tratamiento del -CIANOPROPINALDEHDO, cuyas propiedades eran poco conocidas.
A continuacin se hace reaccionar al -CIANOPROPINALDEHDO con Cianuro
Amnico (que se obtiene por la combustin parcial de Metano y el Amonaco), en la
llamada reaccin STRECTER obtenindose el -AMINOGLUTARODINITRILO:
NCCH2CH2CHO + NH4CN NCCH2-CH2-CH-(NH2)-CN + H2O
Se hidroliza el Dinitrilo con Hidrxido de Sodio, obtenindose como resultado una
mezcla racmica de cido DL-glutmico y amonaco que se recupera para la formacin del
cianuro amnico.
El cido DL-glutmico se cristaliza de la solucin alcalina, luego de una
neutralizacin hasta su punto isoelctrico (P.H. 3.2), con una solucin de cido glutmico
recirculado conteniendo un exceso de cido sulfrico. En este punto se obtiene adems
Sulfato de Sodio que luego es separado.
A continuacin se realiza la resolucin ptica, la cual consiste en una disolucin de la
mezcla racmica a una concentracin definida, y una cristalizacin separada del cido L-
8/11/2019 SECCIN III Proceso Optimo
4/13
PROYECTO FINAL PRODUCCIN DE GLUTAMATO MONOSDICO
27
glutmico y D-glutmico alternativamente por la introduccin de los respectivos ismeros
pticamente activos.
Luego el cido D-glutmico debe ser racemizado mediante un tratamiento a
elevada temperatura para de nuevo proceder por recirculacin, a la resolucin ptica.
Finalmente el cido L-glutmico obtenido es tratado, al igual que en los procesos
de hidrlisis y fermentacin, con Hidrxido de Sodio para obtener el Glutamato
Monosdico que ser sometido luego a los procesos de clarificacin, concentracin,
cristalizacin, separacin y secado, para as obtener el producto final.
8/11/2019 SECCIN III Proceso Optimo
5/13
PROYECTO FINAL PRODUCCIN DE GLUTAMATO MONOSDICO
28
Diagrama de flujo:
SEPARACIN
HIDRLISIS
CRISTALES DE CIDO
DL-GLUTMICO
SULFATO DE SODIO
RECUPERACIN CLARIFICACIN
L-CIDO GLUTMICO
CONCENTRACIN
AMONACO
HIDRXIDO DE SODIO
MONXIDO DE
CARBONO
ACRILONITRILO
REACCIN O x O
-CIANOPROPINALDEHDO CIANURO AMONACO
SEPARACIN
HIDRGENO
D-CIDO GLUTMICO
SOLUCIN DL-
GLUTMICO
RACEMIZACIN
RESOLUCIN PTICA
NEUTRALIZACINCIDO
SULFRICO
CIDO DL-GLUTMICO
RECUPERACIN
SECADO
COMBUSTIN PARCIAL
AIRE-METANO-
AMONACO
REACCIN STRECTER
-AMINOGLUTARODINITRILO
HIDRXIDO DE SODIO
CARBN ACTIVADO
CONCENTRACIN Y
CRISTALIZACIN
PRODUCTO FINAL (GMS)
8/11/2019 SECCIN III Proceso Optimo
6/13
PROYECTO FINAL PRODUCCIN DE GLUTAMATO MONOSDICO
29
C.
FERMENTACIN BACTERIANA
En este mtodo, las bacterias se cultivan en condiciones aerbicas en un medionutriente lquido que contiene una fuente decarbono (por ejemplo, dextrosa o citrato),una fuente de nitrgeno como iones de amonio o urea, y los ionesminerales y factores de
crecimiento. Las bacterias seleccionadas para este proceso tienen la capacidad de excretarel cido glutmico que sintetizan fuera de su membrana celular en el medio y se acumulanall. El cido glutmico se separa del caldo de fermentacin por filtracin, concentracin,acidificacin, y cristalizacin, seguida de la conversin a su sal Glutamato Monosdico.
Descripcin del proceso:
La melaza es bombeada de los tanques de almacenamiento a los tanques detratamiento para matar cualquier bacteria presente en la melaza.
Luego, la melaza es mezclada con amonaco para formar un caldo o extracto el cuales fermentado aerbicamente por la bacteria Corinevacterium Glutamicum durante unas40 horas a una temperatura de 30C. Este proceso es realizado para cultivar bacteriascapaces de convertir el carbono presente en la melaza en glutamina necesaria para laproduccin de cido glutmico.
El caldo concentrado es acidificado para producir cido glutmico en forma decristales. Este proceso es realizado aadiendo cido clorhdrico a travs de una serie detanques de enfriamiento diseados para reducir gradualmente la temperatura y el pH delcaldo concentrado.
El caldo concentrado de cido glutmico cristalizado es neutralizado aadiendoceniza de sosa (hidrxido de sodio, NaOH) para producir un monosodio glutamtico (MSG)de forma cruda.
La solucin de GMS refinada es transferida a un evaporador donde es concentradopara la ltima etapa.
Los cristales de GMS son colocados en una centrfuga para la remocin total o
completa de agua en los cristales obtenindose el producto final.
http://www.monografias.com/trabajos14/ciclos-quimicos/ciclos-quimicos.shtml#carhttp://www.monografias.com/trabajos10/fimi/fimi.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/fimi/fimi.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/ciclos-quimicos/ciclos-quimicos.shtml#car8/11/2019 SECCIN III Proceso Optimo
7/13
PROYECTO FINAL PRODUCCIN DE GLUTAMATO MONOSDICO
30
Diagrama de flujo:
TRATAMIENTO DE LA
MELAZA
FERMENTACIN
CONCENTRACIN
ACIDIFICACIN
SEPARACIN
NEUTRALIZACIN
PURIFICACIN Y
DECOLORIZACIN
EVAPORACIN
CRISTALIZACIN
PRDUCTO FINAL
(GMS)
SECADO
SEPARACIN
8/11/2019 SECCIN III Proceso Optimo
8/13
PROYECTO FINAL PRODUCCIN DE GLUTAMATO MONOSDICO
31
Cuadro de ventajas y desventajas de los distintos procesos:
A: HIDRLISIS
B: SNTESIS QUMICA
C: FERMENTACIN BACTERIANA
CARACTERSTICAS PROCESOS DETALLES VENTAJAS DESVENTAJAS
MATERIAS PRIMASY CATALIZADORES
A Materia prima cara.
B Utiliza temperaturas altas. ElAcrilonitrilo es caro debido a laescasez del petrleo y de gasesnaturales. Dificultad en larecuperacin del catalizador.
C Materia prima barata. Separacinrpida de productos y substratos.
REACCIONESDESEADAS
A Reacciones deseadas eficientescomo la hidrlisis de lasprotenas, de los Hidratos deCarbono y de las grasas.
B Eficiente.
C Muchos avances en las tcnicasde fermentacin lo hacen muyeficiente.
REACCIONES NODESEADAS
A Reacciones no deseadas ya quecualquier sustancia orgnica en lamateria prima se hidrolizaformando sustanciascancergenas como mono ydicloro propanoles. Formacin delas mezclas racmicas del cido
glutmico.
B Mezcla racmica del cidoglutmico que hay que separar.Productos intermedios concaractersticas poco conocidascomo es el caso del-CIANOPROPINALDEHDO.
C No tiene.
EQUIPOS A Problemas tcnicos para poderdesarrollarse a gran escala.
B Las maquinarias y equiposnecesarios tienen un alto costo.
C Fermentadores que maximizan laproduccin, disminuyen loscostos y facilitan la recuperacinde productos, el diseo y laseleccin de las condiciones ysistemas de cultivos.
MTODO A Discontinuo. Obsoleto.
B Continuo.
C Continuo.
8/11/2019 SECCIN III Proceso Optimo
9/13
PROYECTO FINAL PRODUCCIN DE GLUTAMATO MONOSDICO
32
Seleccin del proceso ptimo:
Se desprende de lo antes citado y de la realidad, que el proceso de mayor
desarrollo y con mejores perspectivas futuras a nivel mundial es el de fermentacin
bacteriana.
En nuestro pas esto est aun ms justificado por la presencia de una gran
produccin de melaza de caa de azcar y la carencia de las materias primas utilizadas en
los dems procesos descriptos.
Conclusin final:
PROCESO PTIMO: FERMENTACIN BACTERIANA
Descripcin detallada del proceso ptimo:
Materia prima:
La materia prima requerida en el proceso de fermentacin, son: Una fuente de
carbono para producir el "esqueleto" de carbono del cido glutmico y una fuente de
nitrgeno para el grupo amino. Adems, son necesarios como materiales auxiliares: sales
orgnicas, elementos de nutricin para el crecimiento de la bacteria, agentes
neutralizantes y agentes despumantes.
Como fuentes de carbono, se han usado tpicamente las soluciones de glucosa
provenientes de la hidrlisis de almidn y otras fuentes de glucosa y, particularmente
importante es el desarrollo del proceso a partir de la melaza de la caa, la cual debe ser
previamente sometida a un proceso de purificacin.
Como fuentes de nitrgeno pueden usarse: rea, amonaco lquido o en solucin
acuosa y sales amoniacales inorgnicas tales como sulfato de amonio, etc. Como sales
inorgnicas es necesario usar sulfatos de fosfato, magnesio, fsforo, manganeso y hierro.
Los factores nutricionales para el crecimiento de la bacteria, as como las
cantidades de los mismos a ser usadas, deben ser seleccionados cuidadosamente debido a
que estas variables afectan grandemente el rendimiento de la fermentacin; una
concentracin total de tales elementos de un 0.2% se considera adecuada. Para este fin se
usan normalmente sustancias naturales, aun cuando lo ms recomendable es usar
aminocidos y vitaminas purificadas (Biotn), tales como: D-Biotn, Desthiobiotn, cido 7-
8 Diaminoperalgnico y Thiamina. En sustitucin del Biotn pueden usarse hormonas
vegetales tales como el cido 2,4 Diclorofenoxiactico y cido Indoelactico.
8/11/2019 SECCIN III Proceso Optimo
10/13
PROYECTO FINAL PRODUCCIN DE GLUTAMATO MONOSDICO
33
Como agente neutralizante puede usarse rea o amonaco, los cuales sirven
adems como fuentes de nitrgeno. Tambin pueden emplearse para este fin el hidrxido
de sodio o carbonato clcico.
Como agente despumante se puede usar cualquier aceite vegetal o aceite de
siliconas.
Microorganismos:
Solamente las bacterias se sabe que producen cido glutmico con un rendimiento
del 50% (sobre glucosa), con una concentracin inicial del 10% de glucosa en el medio. Los
cultivos industriales usados en Japn pertenecen a los gneros Micrococcus,
Brevibacterium, Microbacterium o Corynebacterium, es decir, bacterias que son gram (+),
inmviles, aerbicas y, a excepcin del Micrococcus, con forma de bastones. En presencia
de pequeas cantidades de factores de crecimiento adecuados, estas bacterias proveen
un rendimiento mximo de cido glutmico del orden de 50gr./lt.
Descripcin del proceso productivo:
La melaza de caa cruda, deber someterse primero a un proceso de clarificacin y
de hidrlisis de la sacarosa, toda vez que las sustancias de partida o sustratos a partir de
las cuales la bacteria producir el cido glutmico con la dextrosa y fructosa, las cuales ya
se encuentran presentes en la melaza en forma de azcar invertido (partes iguales de
dextrosa y fructosa).
El porcentaje en el cual se encuentra presente dicho azcar invertido en la melazafresca es del 20%, mientras que la sacarosa est en un 30%; sta es la razn de la hidrlisis
de la sacarosa, la cual se realiza de acuerdo a la siguiente reaccin:
SACAROSA GLUCOSA + FRUCTOSA (azcar invertido)
Por razones de crecimiento de la bacteria, se har el cultivo en dos tanques en
serie; en este sentido es importante cuidar de los siguientes puntos relativos al control del
proceso:
Se requiere una seleccin cuidadosa de los componentes en el medio de cultivo,
as como de la concentracin de los mismos ara maximizar el rendimiento.
Es necesario realizar una esterilizacin estricta del medio de cultivo y del
fermentador. Deber evitarse una exposicin del mismo con vapor a temperatura muy
elevada, no solamente para ahorros de calor, sino tambin para prevenir la
calor
Medio cido
8/11/2019 SECCIN III Proceso Optimo
11/13
PROYECTO FINAL PRODUCCIN DE GLUTAMATO MONOSDICO
34
desnaturalizacin del medio de cultivo, que incrementar el tiempo de fermentacin y
disminuir el rendimiento. Es adecuado usar un filtro de lana de vidrio para eliminar la
contaminacin del aire, el cual debe mantenerse libre de gotas de agua.
Luego de agregadas las sales para el crecimiento de la bacteria, los agentes
despumantes, antibiticos para evitar la infeccin por bacterifagos, vitaminas, y unasolucin de rea esterilizada (para mantener el PH neutro y como fuente de nitrgeno), se
lleva a cabo la fermentacin de acuerdo a las siguientes reacciones:
O
C6H12O6+ 2O2 C-COOH + CO2 + 3H2
CH2-CH2-COOH
O
2C-COOH + N2 2NH2-HC-COOH + 2H2O
CH2-CH2-COOH CH2-CH2-COOH
NOTA: Existen bacterias selectivas que solo pueden actuar sobre la dextrosa, pero las
actualmente utilizadas en la industria de GMS pueden actuar tambin sobre la fructosa.
Todos los materiales a ser introducidos en el fermentador, deben ser previamente
esterilizados. La temperatura ptima de fermentacin (entre 30 y 37C), debe mantenerse
aproximadamente constante, para lo cual es necesario un instrumento de control de la
temperatura altamente sensible.
El fermentador se construye generalmente de acero inoxidable y debe equiparse
con agitador, equipos de ventilacin y debe ser de tipo cerrado.
La fermentacin tarda unas 30 a 35 horas, luego de lo cual se extrae el caldo
delgado del fermentador (contenido aproximado de 50 gr./lt. de G.A.) y se concentra paraproceder a la hidrocloritacin del cido glutmico. Esta hidrocloritacin es realizada con el
fin de hacer insoluble al cido glutmico y poder cristalizarlo, y su mecanismo es el
siguiente:
(Dextrosa y/o
fructosa)(cido -Cetoglutrico)
10H
Fuente de
Nitrgenocido Glutmico
8/11/2019 SECCIN III Proceso Optimo
12/13
PROYECTO FINAL PRODUCCIN DE GLUTAMATO MONOSDICO
35
NH2-CH-COOH + HCl HCl.NH2-CH-COOH
CH2-CH2-COOH CH2-CH2-COOH
Este cido glutmico hidrocloritado se hace insoluble cuando la concentracin deHCl en la solucin es del 30 al 40%, de esta manera, por filtracin y cristalizacin pueden
obtenerse los cristales del mismo.
A continuacin se disuelven estos cristales en agua para ser lavados, luego de lo
cual son neutralizados con hidrxido de sodio, llevando el PH a 3.2 con el fin de cristalizar
el cido glutmico. La "masa cocida" o Massecuite es entonces centrifugada para separar
totalmente los cristales de cido glutmico. Estos cristales son disueltos nuevamente y
neutralizados con hidrxido de sodio para producir una solucin de GMS; la reaccin es:
NH2-CH-COOH NH2-CH-COOH
CH2-CH2-COOH + NaOH CH2-CH2-COONa + H2O
Esta solucin es clarificada con carbn activado y otras resinas de colorantes si es
necesario, hasta que se haga incolora. A continuacin se filtra la solucin para separar las
impurezas presentes, luego de lo cual se cristaliza obtenindose el Massecuite de GMS,
del cual se separan los cristales por centrifugacin y se recircula el licor madre restante
que todava puede contener trazas de cido glutmico hidrocloritado.
Los cristales de GMS son sometidos luego a un proceso de secado para obtener el
producto final.
Diagramas de flujo:
G.A. cido glutmico
hidrocloritado
cido glutmico Glutamato Monosdico
Glutamato
Monosdico
8/11/2019 SECCIN III Proceso Optimo
13/13
PROYECTO FINAL PRODUCCIN DE GLUTAMATO MONOSDICO
36
MELAZA CRUDA
CULTIVO DE
BACTERIADISOLUCIN
HClFRASCOS
HIDRLISIS DE
SACAROSA
PRIMER TANQUEDE CULTIVO
LICOR CLARO
(GLUCOSA)
CLARIFICACIN
SEGUNDO TANQUE
DECULTIVO
FERMENTACIN
FILTRACIN
CALDO DELGADO
CRISTALIZACIN
FILTRACIN
CONCENTRACINDEL CALDO
HIDROCLORITACIN
DEL CALDO
AIRE COMPRIMIDO
ESTERILIZACIN
SALES DE N, P,
Fe, Mg, Mn
SOLUCIN DE REA
ESTERILIZADA
ESTERILIZACIN
AGENTES
DESPUMANTES
ANTIBITICOS
VITAMINAS
HIDRXIDO
SDICO
G.A. HCl
FILTRACIN
CIDO
CLORHDRICO
HUMUS
NEUTRALIZACIN
DEL G.A.HCl
LAVADO
NEUTRALIZACIN
CLARIFICACIN
SOLUCIN DE G.A.
HCl A RECIRCULAR
MASA COCIDA
(MASSECUITE)
SEPARACIN
CIDO GLUTMICO
SEPARACIN
CRISTALIZACIN
SOLUCIN CLARA
DE GMS
TORTAFILTRACIN
AGUA
LQUIDO DE
DESECHO HIDRXIDOSDICO
CARBN
ACTIVADO
RESINAS
DECOLORANTES
SECADO
CRISTALES DE GMS
PRODUCTO FINAL