Del melazo de remolacha a ácido málico: desarrollo integral de la fermentación y el proceso de separación

Área de la Ciencia:

• Biotecnología e Ingeniería Biomédica; Química Sostenible

Sus antecedentes:

• La creciente demanda de alternativas sostenibles a los productos químicos de origen fósil impulsa el interés en productos químicos de plataforma renovables como el ácido málico. Los métodos de producción actuales se ven obstaculizados por altos costos, particularmente los costos del sustrato, y desafíos en el procesamiento posterior del ácido málico a partir de materias primas complejas como el melazo de remolacha azucarera. La alta osmolalidad, los inhibidores y la pigmentación en la fermentación del melazo complican la producción y separación microbianas.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un proceso integrado y tecno-económicamente viable para la producción de ácido málico a partir de melazo de remolacha azucarera sin tratar. Optimizar la producción fermentativa y el procesamiento posterior para el ácido málico y el ácido succínico. Demostrar la viabilidad de utilizar residuos agrícolas para la fabricación sostenible de productos químicos de plataforma.

Principales métodos:

• Se investigó la producción fermentativa de ácido málico por Ustilago trichophora en varias configuraciones de lotes (lote, lote alimentado, lote pulsado) a escala de matraz agitador y escala piloto (150 L). Se empleó retención celular basada en membrana para la fermentación por lotes pulsados repetidos, logrando altos títulos y rendimientos. Se utilizó carbón activado para la captura del producto en dos etapas, el cambio de disolvente y la decoloración, seguido de cristalización para la purificación posterior.

Principales resultados:

• Se produjeron 15,7 kg de ácido málico con un título de 108 g/L, un rendimiento de 0,50 g/g y un rendimiento espacio-temporal de 0,66 g/L/h utilizando fermentación por lotes repetidos con retención celular. Se detectó ácido succínico como subproducto a concentraciones de hasta 22,9 g/L. Se desarrolló un modelo Aspen Plus que estima rendimientos generales del proceso de 0,43 g de ácido málico (98 % de pureza) y 0,10 g de ácido succínico por gramo de equivalente de sacarosa, con costos de producción competitivos con los precios de mercado.

Conclusiones:

• El enfoque integral desarrollado para la producción de ácido málico a partir de melazo sin tratar aborda desafíos clave, demostrando la viabilidad tecno-económica a una escala significativa. Este proceso ofrece una ruta viable para utilizar residuos agrícolas como materias primas rentables para la producción de productos químicos de plataforma. El estudio destaca el potencial para la fabricación sostenible y competitiva de ácidos orgánicos a partir de recursos renovables.