Modelagem e simulação do processo de produção de ácido cítrico por Aspergillus sp. utilizando rotas metabólicas.

Abstract

Resumo: O Ácido Cítrico é um ácido orgânico com diversos usos industriais, particularmente nas indústrias alimentícias e farmacêuticas devido a sua baixa toxicidade, fácil assimilação e palatabilidade. Sua produção global atinge 1,7 milhões de toneladas e seu consumo e demanda cresce entre 3,5 e 4% anualmente, trazendo interesse e estudos para processos tecnológicos mais baratos e econômicos. O Brasil, atualmente, não possui tecnologia própria com conhecimento na literatura científica para este processo. O desenvolvimento de um modelo baseado no metabolismo gera uma compreensão mais profunda do processo, uma vez que o metabolismo de um organismo é uma soma de todas as transformações químicas, onde cada etapa consecutiva produz uma pequena alteração química específica. Essa série de reações constitui uma rota metabólica, onde precursores são convertidos em produtos por meio de diversos intermediários metabólitos. A proposta desse trabalho é conhecer mais profundamente o processo de produção de ácido cítrico, utilizar modelos cinéticos para desenvolver um modelo matemático utilizando as rotas metabólicas, ou seja, realizar o estudo de um organismo In Silico. Como poderá ser visto, a produção de ácido cítrico por Aspergillus niger possui um mecanismo diferenciado baseado no acúmulo e desregulamento do metabolismo, além de ser constituído por diversas rotas metabólicas que são influenciadas diretamente por rotas secundárias mais complexas. O modelo proposto é adaptável para trabalhos futuros a fim de utilizar novas propostas de simulação, controle e otimização do processo; poderá ser desenvolvido em um software próprio para esse propósito, onde será possível escolher os parâmetros cinéticos e alterar o equacionamento das rotas metabólicas.

Abstract: Citric Acid is an organic acid with several industrial uses, particularly in the food and pharmaceutical industries due to its low toxicity, easy assimilation and palatability. Its global production reaches 1.7 million tons and its consumption and demand grows between 3.5 and 4% annually, bringing interest and studies to make it cheaper and more economical technological processes. Brazil currently does not have its own technology with knowledge in the scientific literature for this process. The development of a model based on metabolism generates a deeper understanding of the process, since the metabolism of an organism is the sum of all chemical transformations, where each consecutive step produces a small specific chemical change. This series of reactions constitutes a metabolic route, where precursors are converted into products through several metabolite intermediates. The purpose of this work is to know more deeply about the citric acid production process, use data and kinetic models to develop a mathematical model using the metabolic routes, in other words, to carry out the study of an In Silico organism. As can be seen, the production of citric acid by Aspergillus niger has a differentiated mechanism based on the accumulation and dysregulation of metabolism, in addition to being constituted by several metabolic routes that are directly influenced by more complex secondary routes. The proposed model will be adaptable for future work in order to use new proposals for process simulation, control and optimization; a specific software can be developed for this purpose, where it will be possible to choose the kinetic parameters and change the equation of metabolic routes.