producción y usos del glutamato de sodio

Glutamato monosódico

sodium glutamate

El glutamato monosódico (MSG) es una sal sódica del ácido L-glutámico, que se utiliza ampliamente como potenciador del sabor en la industria alimentaria. Según Nikkan Keizai Tsushinsha Co., Ltd., la producción de glutamato monosódico alcanzó los 3 millones de toneladas en marzo de 2013.

El ácido L-glutámico es uno de los aminoácidos más abundantes que se encuentran naturalmente en las proteínas o como aminoácido libre en solución. Se utiliza ampliamente en alimentos comerciales, como alimentos envasados y preparados, sopas preparadas y como condimento de mesa.

En 1866, RITTHAUSEN aisló el ácido L-glutámico del hidrolizado ácido del gluten de trigo. Más tarde, en 1890, WOLFF identificó la estructura química del ácido L-glutámico mediante medios sintéticos.

KIKUNAE IKEDA descubrió las propiedades potenciadoras del sabor de la sal monosódica del ácido glutámico en 1908.

Tabla de contenido

1. Producción de glutamato de sodio

1.1. Procesos clásicos

glutamate process

La producción industrial de glutamato monosódico (MSG) comenzó en 1909 y continuó hasta 1965. Durante este tiempo, la principal materia prima utilizada fue el gluten de trigo que se separó de la harina de trigo debido a su alto contenido de ácido L-glutámico (aproximadamente 25% en peso). .

Después de 1934, las hojuelas de soja desgrasadas también se utilizaron como materia prima, ya que no producían almidón como subproducto.

La hidrólisis de materias primas implicó calentar con ácido clorhídrico. Después de la concentración a presión reducida y la adición de ácido clorhídrico concentrado, se formaron cristales de clorhidrato de ácido L-glutámico enfriando el hidrolizado.

Debido a su baja solubilidad en ácido clorhídrico concentrado, el ácido L-glutámico se puede separar fácilmente de otros aminoácidos en forma de clorhidrato.

Los cristales de clorhidrato de ácido L-glutámico se recogieron mediante filtración, se disolvieron en agua tibia y la solución se filtró para eliminar cualquier material húmico insoluble formado por la reacción de aminoácidos con carbohidratos.

El pH del filtrado se ajustó a 3,2, el punto isoeléctrico del ácido L-glutámico, con hidróxido de sodio o amoniaco para precipitar cristales de ácido L-glutámico.

El rendimiento de ácido L-glutámico fue alto debido a su baja solubilidad en agua (0,864 g por 100 ml a 25°C). Los cristales de ácido L-glutámico en bruto se suspendieron en agua y se neutralizaron con hidróxido de sodio.

Luego se decoloró la solución con carbón activado, dando como resultado una solución transparente que se concentró para cristalizar cristales de MSG. Los cristales de glutamato monosódico se separaron de las aguas madre mediante centrifugación y se secaron para su envasado.

1.2.Producción de glutamato de sodio mediante fermentación

production of sodium glutamate by fermentation

A principios de la década de 1950, DAGLEY y sus colegas informaron de la presencia de pequeñas cantidades de aminoácidos en el medio de cultivo de Escherichia coli. Observaron que la adición de un exceso de sales de amonio daba como resultado un aumento en la producción de aminoácidos.

En 1957, KINOSHITA et al. descubrieron bacterias que acumulan cantidades significativas de ácido L-glutámico. El estudio KINOSHITA et al. El método que utiliza Micrococcus glutamicus (más tarde rebautizado como Corynebacterium glutamicum) dio rendimientos de ácido L-glutámico de aproximadamente el 30%, que se aplicó inmediatamente a la producción industrial.

Las bacterias que producen ácido L-glutámico están ampliamente distribuidas en la naturaleza y la mayoría de estas bacterias son Gram positivas, no forman esporas, no son móviles y requieren biotina para crecer. Para la producción industrial de glutamato monosódico (GMS), la melaza y el hidrolizado de almidón se utilizan comúnmente como materias primas. La acumulación de ácido L-glutámico no se rige por su biosíntesis en las células bacterianas, sino por su secreción.

La biotina es una de las vitaminas esenciales para el crecimiento celular, pero una concentración de biotina en el medio de cultivo que sea suficiente para el crecimiento celular hace que las membranas celulares sean impermeables al L-glutamato, lo que da como resultado una acumulación deficiente.

El contenido crítico de biotina de las células para la producción de ácido L-glutámico es de 0,5 mg/g de células secas. Por lo tanto, la acumulación de ácido L-glutámico es máxima cuando la concentración de biotina es subóptima para un crecimiento máximo.

Por lo tanto, las materias primas ricas en biotina, como la melaza de remolacha y la melaza de caña, no pudieron utilizarse hasta el descubrimiento de los efectos inhibidores de la biotina de los ésteres de ácidos grasos de polioxietileno saturados C16-C18.

Se cree que limitar la cantidad de biotina causa una biosíntesis incompleta de ácido oleico, lo que resulta en una disminución de los fosfolípidos en la membrana celular y hace que la membrana sea permeable.

Las sales de amonio y la urea se utilizan como fuentes de nitrógeno tanto para el crecimiento microbiano como para la formación de productos. La asimilación de iones amonio y la formación de ácido L-glutámico hacen que el medio de cultivo se vuelva ácido.

El amoníaco gaseoso se utiliza ventajosamente para mantener el pH neutro y evitar la dilución del caldo porque no contiene iones hidroxilo ni agua.

Como la biosíntesis del ácido L-glutámico es un proceso aeróbico, la presión del oxígeno disuelto debe mantenerse estrictamente por encima de 1 kPa mediante aireación y agitación en el fermentador.

Los avances en la tecnología de fermentación han permitido elevar la acumulación y el rendimiento de ácido L-glutámico por encima de 120 g/L y 63%, respectivamente.

El pH del caldo de fermentación se ajusta a 3,2 para recuperar los cristales de ácido L-glutámico, que luego se convierten en glutamato monosódico mediante el mismo método utilizado en el proceso de extracción.

2. Propiedades del glutamato de sodio

El ácido L-glutámico sufre la formación de enlaces peptídicos intramoleculares entre sus grupos α-amino y γ-carboxilo tras la deshidratación. Esta reacción muestra preferencia por la formación de ácido 2-pirrolidona-5-carboxílico (PCA) en condiciones de pH débilmente ácidas o débilmente básicas.

A pH neutro, la deshidratación se produce a un ritmo menor. Por el contrario, las condiciones ácidas o alcalinas fuertes promueven la hidratación del PCA.

Las condiciones de cocción que se encuentran normalmente no resultan en racemización o deshidratación.

La concentración mínima perceptible de glutamato monosódico es del 0,03%, que es menor que los valores umbral de cloruro de sodio (0,2%) o sacarosa (0,5%). La actividad potenciadora del sabor del glutamato monosódico aumenta sinérgicamente en presencia de 5′-inosinato y 5′-guanilato.

El ácido L-glutámico está clasificado como un aminoácido no esencial y desempeña un papel fundamental en el metabolismo del nitrógeno de los aminoácidos. La glutamato deshidrogenasa cataliza la aminación reductora del 2-oxoglutarato a L-glutamato para la incorporación de nitrógeno inorgánico.

Muchos organismos poseen una variedad de aminotransferasas que transfieren grupos amino de aminoácidos a 2-oxoácidos, y muchas de estas enzimas utilizan el par glutamato/2-oxoglutarato como amino donante/aceptor.

El L-glutamato sirve como precursor directo de varias sustancias esenciales, incluida la L-glutamina, el neurotransmisor ácido γ-aminobutírico (GABA), el γ-carboxiglutamato en las proteínas fijadoras de calcio y el tripéptido glutatión.

3. Usos del glutamato monosódico

Condimento

Como condimento o potenciador del sabor bien establecido, el glutamato monosódico se usa ampliamente para mejorar la palatabilidad de los alimentos. El sabor característico del glutamato monosódico, umami, lo distingue de los otros cuatro sabores básicos: dulce, salado, ácido y amargo.

Avances recientes en biología molecular han identificado las proteínas que funcionan como receptores del gusto umami, que se expresan en células especializadas de las papilas gustativas de la lengua y a través de la cavidad bucal.

Los glutamatos están presentes en diversos alimentos como la leche humana, los tomates, el queso, las algas, el pescado, las carnes y las verduras. Otras sustancias umami, como los 5′-ribonucleótidos como el inosinato y el guanilato, también se encuentran en las carnes, el pescado y los champiñones secos.

El glutamato monosódico es eficaz para realzar el sabor de una amplia variedad de alimentos, especialmente carnes, mariscos, verduras, sopas, guisos y sopas de pescado.

Sin embargo, las bebidas alcohólicas, las frutas y los dulces no mejoran con la adición de glutamato monosódico y su efecto sobre el olor o el aroma es insignificante.

Usos industriales

El ácido glutámico se utiliza para aplicaciones industriales, dependiendo del pH. Por ejemplo, el glutamato de arginina se utiliza como materia prima para productos farmacéuticos y cosméticos.

El clorhidrato de ácido glutámico, que se produce al hacer reaccionar ácido glutámico con ácido clorhídrico, se utiliza como acidificante gástrico.

Las propiedades electrolíticas anfóteras del ácido glutámico se aprovechan en agentes quelantes, tampones y aditivos para detergentes.

La sal sódica del ácido piroglutámico, obtenida neutralizando el ácido glutámico deshidratado con hidróxido de sodio, es muy higroscópica y se utiliza como componente de factores hidratantes naturales de la piel humana y como humectante en cosmética.

Un polímero de glutamato de metilo sirve como agente de recubrimiento para cuero sintético.

Un condensado con formaldehído actúa como retardador del yeso.

El compuesto N-acilado producido por la reacción con un ácido graso de cadena larga es un tensioactivo aniónico que se usa popularmente en limpiadores para la piel y el cabello debido a su suavidad y alta seguridad.

La dibutilamida de este ácido N-acilglutámico gelatiniza aceites no polares y puede usarse como agente de recuperación de petróleo marino derramado.

Referencia