piruvato + NADH/H+ → lattato + NAD+ • Prodotti alimentari fermentati (es yogurt) = colture miste (lattobacilli e lieviti) su terreni naturali • Acido lattico industriale = monocolture su terreni definiti Applicazioni: 1. Additivo alimentare (come conservante e per il sapore) 2. Lavorazione pelli 3. Tintoria 4. Solventi e vernici 5. Polimeri biodegradabili L’acido lattico deriva dalla riduzione del piruvato ad opera delle lattico deidrogenasi (LDH): piruvato + NADH/H+ → lattato + NAD+ L’acido lattico ha un centro chirale e può esistere in due configurazioni

L(+) lattico (animali, uomo e pochi microrganismi, come L. casei):   COOH  HOCH CH3 D(-) lattico (nella maggior parte dei microrganismi, insieme alla forma L) HCOH Le LDH sono stereospecifiche, quindi i microrganismi possiedono entrambe gli enzimi L-LDH e D-LDH, mentre gli animali possiedono solo la L-LDH

Tra i batteri lattici si distinguono due tipi metabolici: Microrganismi OMOLATTICI, che producono >80% di lattato, con una minima parte di prodotti secondari (etanolo, acetato, formiato, CO2 etc). Utilizzano preferenzialmente la GLICOLISI. Microrganismi ETEROLATTICI, in cui i prodotti secondari sono cospicui. Utilizzano preferenzialmente la via BIFIDA e/o la via della FOSFOCHETOLASI (PK). GLICOLISI

Via della FOSFOCHETOLASI

Via BIFIDA

Lattobacilli: • Generi di appartenenza (vedi tabelle) • Sensibili al pH: ottimale 5,5 - 6 • Sono Microaerofilici (metabolismo anaerobio facoltativo con consumo di poco O2) • Hanno estese esigenze nutrizionali (ammonio, fosfati, aminoacidi, vitamine: vedi tabella) → crescono solo in terreni complessi (cosa che innalza i costi di purificazione) come: 1. Siero di latte 2. Amidi grezzi saccarificati (non hanno amilasi) 3. Melasse supplementati • La crescita è inibita da acido lattico libero ( tamponatura con CaCO3) • L’ optimum di temperatura per la crescita è piuttosto elevato (vedi tabella) • Producono +/- lattato a seconda delle LDH stereospecifiche presenti e/o dalla presenza di RACEMASI

Produzione   La fermentazione lattica è il primo processo industriale (fine 1800) che contemplava la ‘sterilizzazione’ e l’inoculo con una coltura ‘pura’. Primo impianto industriale: 1895 Microrganismi usati: principalmente produttori selezionati empiricamente (ad esempio per la resistenza all'acidità) e non con metodologie mirate di ingegneria genetica. La produttività dipende dall'accoppiata fonte C-microrganismo: L. delbruekii + glucosio, saccarosio L. bulgaricus + glucosio, lattosio L. lactis + glucosio, saccarosio, lattosio, maltosio (es da amido) L. amylophilus e/o L. amylovorus hanno amilasi e possono utilizzare direttamente l'amido Nell'industria si usano prevalentemente i lattobacilli e non i lattococchi.

Materie prime più utilizzate: Glucosio o sciroppo di glucosio da amido idrolizzato (saccarificazione dell'amido con malto d'orzo o con amilasi batteriche e/o glucoamilasi fungigne) Maltosio (amido saccarificato) Saccarosio da molasse (molto usato con diversi organismi, tranne che L. bugaricus e L. helveticus: economico ma con elevati costi di purificazione downstream) Lattosio da siero di latte: basso costo ma bassa produzione (concentrazione del lattosio bassa) ed elevati costi downstream

PROCESSO:   Fonte C = 120-180 g/L Fonte N = 1-10 g/L azoto inorganico (ammoniaca, solfato d'ammonio) o organico (CSL, estratto di lievito, peptoni) Altre aggiunte: minerali etc Bioreattori fino a 100 m3 in acciaio (l'acido lattico è corrosivo) con agitazione convenzionale Dopo la sterilizzazione, la temperatura si abbassa (40-45°C), si completa il terreno, si inocula (scaling up 10%) e si inizia il processo. Non c’è bisogno di areazione. La tamponatura con CaCO3 mantiene il pH = 5,5-6. Il processo dura 2-6 giorni con dei valori di conversione del 85-95%. In certi processi la solubilità del lattato di calcio è il fattore limitante.

Downstream:   Alla fine del processo si recupera l’acido lattico trattando con H2SO4. L'acido lattico viene passato: su carboni attivi (eliminazione impurità e decolorazione) esacianoferrato (eliminazione metalli) resine a scambio ionico oppure: esterificazione con metanolo distillazione frazione volatile idrolisi dell'estere si ottiene acido lattico 80% Varianti di processo: tamponatura con ammoniaca (si ottiene lattato di ammonio, che alla fine si acidifica con s. solforico e si purifica l'a. lattico col metodo del metanolo) processi in continuo (con substrato residuo) processi con cellule immobilizzate