Efecto en La Variacion de Grados Brix en La Fermentación (3)

Universidad Nacional Pedro

Ruiz Gallo

Alumnos:

Chambergo Morillo, L.

Mori Torres, Milton

Quevedo Salcedo, Aldo

Rodríguez Sánchez, E.

Asignatura: Tecnología de Alimentos II

Facultad de Ingeniería Química e Industrias Alimentarias

Escuela Profesional de Industrias Alimentarias

I. INTRODUCCIÓN

La fermentación alcohólica, también conocida como, fermentación etílica, o

del etanol, es un proceso de tipo biológico, en el cual se lleva a cabo una

fermentación sin presencia de oxígeno. Este tipo de fermentación se debe a

las actividades de ciertos microorganismos, los cuales se encargan de

procesar azúcares, como la glucosa, la fructosa, etc. (hidratos de carbono),

presentes en la melaza dando como resultado un alcohol a modo de etanol,

azúcares, transformándolos en etanol y CO2. Este es el proceso que se

conoce como fermentación alcohólica.

La fermentación alcohólica, es la producción de energía de tipo

anaeróbica (con ausencia de oxígeno).

Para este fin, se fragmentan, o disocian moléculas de azúcares, obteniendo así

la energía necesaria para que el microorganismo viva, pues

como productos de desecho, este proceso da alcohol y CO2. La principal

característica de los microorganismos que realizan este tipo de fermentación

es el lugar donde viven, que suelen ser ambientes libres de oxígeno, sobretodo

mientras se realiza la reacción química, por lo cual se dice que la fermentación

alcohólica es un proceso totalmente anaeróbico.

La fermentación alcohólica es utilizada desde antiguo para realizar productos

como la cerveza o el vino. Los griegos otorgaban el descubrimiento de este

proceso al dios Dionisio. Y algunos procesos similares, como la destilación de

alcohol, se llevaban a cabo ya en el año 1150., Gay-Lussac, a describir la

reacción de fermentación que tenía lugar partiendo de la glucosa, con

obtención de etanol, a pesar de que, por aquel entonces, aún no se conocía la

fermentación alcohólica y sus fundamentos.

Podemos decir que la fermentación alcohólica, además de un proceso

anaeróbico, es también un proceso exotérmico, es decir, libera energía.

En este laboratorio utilizaremos este proceso fermentativo para la elaboración

de alcohol partiendo de una melaza que contenga diferentes grados Brix para

saber cuál será nuestro rendimiento dependiendo a cuanto varíen estas

unidades.

II. OBJETIVOS

- Objetivos generales : Obtención de alcohol etílico a partir de melaza

- Objetivos Especifico: Determinar la cantidad de alcohol en el producto

final utilizando mosto de melaza o diferentes grados Brix (15, 20, 25°)

III. FUNDAMENTO

MELAZA

Definición

Las melazas, mieles finales, suelen ser definidas por muchos autores como los

residuos de la cristalización final del azúcar de los cuales no se puede obtener

más azúcar por métodos físicos.

También otros autores la definen como jarabe o liquido denso y viscoso,

separado de la misma masa cocida final en la obtención de azúcar.

Obtención

Según QUEZADA W. (2011), la masa cocida se separa de la miel por medio de

centrífugas, obteniéndose azúcar crudo o mascabado, miel de segunda o

sacarosa líquida y una purga de segunda o melaza. El azúcar moscabado

debe su color café claro al contenido de sacarosa que aún tiene.

Las melazas se emplean como una fuente de carbohidratos para el ganado

(cada vez menos), para ácido cítrico y otras fermentaciones.

La miel que sale de las centrifugas se bombea a tanques de almacenamiento

para luego someterla a superiores evaporaciones y cristalizaciones en los

tachas. Al cabo de tres cristalizaciones sucesivas se obtiene miel final, que se

retira del proceso y se comercializa como materia prima para la elaboración de

alcoholes y otros usos. Para obtener la melaza de caña, básicamente la

técnica consiste en la concentración del jugo obtenido directamente de la

molturación de la caña de azúcar, sometido luego a un proceso de inversión

ácida y evaporación al vació.

Composición de la melaza de caña de azúcar

Es un buen suplemento energético, con un alto contenido de hidratos de

carbono simples, de un agradable sabor y que contiene los minerales:

potasio, hierro, fósforo, calcio y sodio.

Mieles Agotadas, es la miel final conocida como melaza, después del proceso

de obtener azúcar. Una miel agotada generalmente tiene la composición

siguiente.

Cuadro 2.4: Composición de la melaza.

Componente Cantidad

Materias secas 80 %

Sacarosa 36 %

No azúcares 44 %

Brix 90

Importancia

TOALA G. y ASTUDILLO J. (2010). Como producto noble de primera

extracción, contiene los hidratos de carbono simples y minerales de la caña de

azúcar. Es un suplemento reconstituyente ideal para niños en edad escolar,

convalecientes y ancianos.

Constituye un excelente complemento energético para deportistas y personas

que practiquen ejercicio físico.

El azúcar tiene una importante participación en la economía nacional, su

contribución al PIB es del 1.4 % y con relación al PIB agrícola es del 12%. En

los últimos años se ha dado una integración vertical cada vez más significativa

del sector, convirtiéndose en una de las agroindustrias más importantes del

país.

En los seis ingenios azucareros laboran en época de zafra, 30.000 personas

directamente y 80.000 indirectamente, que representan el 9 % de la población

económicamente activa del sector agropecuario.

Usos

Las mieles se utilizan como materia prima para la producción de alcohol etílico

en la destilería.

Principalmente se emplea la melaza como suplemento energético para la

alimentación de rumiantes por su alto contenido de azúcares y su bajo costo

en algunas regiones. No obstante, una pequeña porción de la producción se

destina al consumo humano, empleándola como edulcorante culinario.

Las melazas de mejor calidad se utilizan para endulzar alimentos tales como

caramelos y bizcochos. Las de baja calidad, van a las fábricas de raciones

para animales o se emplean en la fabricación del alcohol.

*El proceso de elaboración de alcohol a partir de melaza, está basado en las

propiedades que tienen algunos microorganismos de metabolizar azúcares y

producir como residuo, alcohol etílico. Como el alcohol que se produce es de

baja graduación, es necesario eliminar el agua por destilación. Para efectuar

este proceso biológico, en una planta industrial a partir de melaza de caña, es

necesario efectuar varias operaciones que se resumen en tres secciones:

Preparación de mostos. Fermentación contínua. Destilación rectificación.

UREA

Sólido cristalino, blanco e inodoro, de sabor fresco y salino que recuerda al del

nitrato de sodio. Se forma en los mamíferos por descomposición de las

proteínas como producto final más importante del metabolismo del nitrógeno.

Se excreta por la orina.

Las aplicaciones industriales de la urea son numerosas. Merecen citarse sus

usos en agricultura como fertilizante y como producto que se agrega al

alimento de los rumiantes, en la industria de las resinas de urea. formaldehido,

como estabilizador de las proteínas y del almidón como ablandador para los

productos de la celulosa, como neutralizante y en medicina.

La urea vale como fuente de nitrógeno para la levadura en los procesos

fermentativos. El nitrógeno se hace necesario para la propia fisiología y

desarrollo de la levadura. La manera como se produce la asimilación del

nitrógeno aun no se ha hecho efectivo.

FOSFATOS

Es una sal utilizada ampliamente en la fermentación como fuente de fosforo. El

papel del fosforo durante la fermentación ha sido explicado por varios

científicos (Meyerfgof, Neuberg, Robinson, Lebedew, etc.) y se afirma su

presencia para la transformación de los reductores en monofosfato, difosfato

de hexosa y luego en una serie de síntesis llegara a la producción de alcohol

etílico. Sin la presencia del fosforo no se podría llegar a esta producción

alcohol etílico. Sin la presencia del fosforo no se podrá llegar a esta producción

alcohólica, ya que según Harden y Young, este fosforo inorgánico al inicio de la

fermentación, ira pasando a fosforo orgánico, lo que significa ir acondicionando

este nutriente para no decaer la velocidad de fermentación.

LEVADURA ALCOHOLERA

Son organismos monocelulares y de estructura interna compleja, se

reproducen por gemación pertenecen al género de la Saccharomyces

cerevisiae.

Su principal característica es la tolerancia al alcohol, también presenta alta

viabilidad y estabilidad genética.

Tiene bastante resistencia a variaciones de temperatura, pH bajos e

infecciones, se adapta a variaciones de concentración, es de fácil

reproducción, alta velocidad de producción de alcohol.

Las levaduras son las encargadas de transformar la glucosa a alcohol y dióxido

de carbono, de allí su importancia industrial.

Composición promedio de la levadura de S. cerevisiae

Composición promedio

Nitrógeno total 6.5%

Proteína bruta 42.0%

Cenizas 10.0%

Carbohidratos 43.0%

Grasas 2.89%

P2O5 3.0%

Ca 2.25%

Mg 0.38%

Mn 150 ppm

Fe 1950 ppm

Cu 120 ppm

Zn 10 ppm

Fuente: KLYBANSKY Y DELGADO, Miriam: “La industria de los derivados de

la caña de azúcar”

Características de la cepa de levadura S.C.

Características

Origen Puerto Rico

Código SD – 13

Clima Tropical

Temperatura de incubación 35° C

Tiempo de incubación 72 h.

Temperatura de activación 38° C

Tolerancia al alcohol 9%

Tiempo máximo de producción 30 h.

Tolerancia a los sólidos 24 Bx.

Temperatura ideal de fermentación 32° C

Tiempo de reproducción 24 h.

Capacidad de reproducción 1: 200 x 106

Tiende a contaminarse rápido

Se repica hasta 200 veces ( 5 años)

Reproducción es por gemación

Forma de levadura, redonda y alargada

Fuente: Destilería de Alcohol “ANDESA”

IV. MATERIALES Y METODOS

Materiales y Equipos:

Matraz de 1 litro

Destilador de bolas

Placa Neubauer

Balanza analítica

Cocina industrial

Bomba de aireación

Refrigeradora

Baldes de 5 litros

Motor trifásico de 3 HP

Refractómetro

pHmetro

Mangueras.

Mechero Bunsen

Alcoholímetro

Probeta

Reactivos

Levadura Saccharomyces cerevisiae Urea Fosfato Acido cítrico

Muestras:

15 litros de melaza

Agua.

Variables:

- Independientes: Grados Brix

- Dependientes: % de alcohol

- Intervinientes: T°, Brix, pH.

Métodos:

Procedimiento

pH: 4.5

Levadura activada

Aire

Fosfatos y urea

Melaza almacenada (92° Bx)

Preparación melaza 40° Bx

Esterilización de la melaza

Dilución de melaza

16° BX 15° Bx 20° Bx 25° Bx

Propagación de la

levadura

Fermentación Fermentación Fermentación

Lev. Propagada

Destilación Destilación Destilación

- Biorreactor: se armo de la sgte. manera.

Se empleo 3 baldes de plástico de 5 litros cada uno, con tapa hermética.

Este balde tiene un pequeño caño en la parte inferior para la toma de

muestra.

A la tapa de los baldes se le hizo dos perforaciones, una para poder

colocar la manguera por donde se inyectaría el aire y la otra perforación

para la salida del CO2

Los baldes fueron lavados con agua y lejía y enjuagas con agua caliente

60° C.

El trabajo realizado en el laboratorio de se dividió en tres etapas: preparación de la

materia prima propagación de la levadura y fermentación alcohólica.

Preparación de la Materia Prima.

En la primera etapa se tomó un análisis de grados Brix dando como resultado 92° esto

nos permitirá tener un control de la cantidad de agua para diluir la melaza.

Luego tomamos 3 litros de melaza al cual agregamos 4,5 litros de agua para que este

baje a 40° Brix se esteriliza a 80° C esto ayuda a la homogenización de la solución, luego

dejamos que sedimente para eliminar cualquier tipo de contaminantes y luego lo

separamos.

Luego medimos el pH de la mezcla y este dio como resultado 6.6, se agrego 300 gr. De

acido cítrico para poder bajar el pH a 4.5 que es el medio requerido para la propagación

de la levadura.

Luego separamos 4 muestras: 3 muestras de 2 litros para la fermentación y 1 muestra de

1.5 litros para la propagación de la levadura.

A las 3 muestras de 2 litros se le agrega agua para bajar los grados Brix a los que

nosotros deseamos, 15, 20, 25°.

Propagación de la levadura

Tomamos la muestra de 1.5 litros que se encuentre a 40° Bx y le agregamos agua para

que este baje a 16 grados Bx requeridos para la propagación de la levadura.

Activamos la levadura agregándole agua a 40° C a una cantidad de 1:10 esperamos 10

min. que este bien disuelta y luego agregamos el mosto junto a la urea y el fosfato,

dejándolo durante 8 h. a una temperatura de 32 °C

De enseguida se inyecto aire a través del compresor de aire.

Fermentación

Terminada la propagación, la solución fue extraída con mucho cuidado evitando la

agitación.

Se desconecto el compresor de aire, puesto que para la fermentación no es necesario

para la inyección de aire.

La levadura propagada o fermentada se distribuye en los 3 baldes ya esterilizados y

luego se agrega el mosto.

Simplemente se le adapto al reactor una manguera en la salida del CO2 que estuvo en un

vaso con agua para controlar la fermentación.

Tomando como índice de que la fermentación a terminado el fin del burbujeo en el vaso.

Destilación

Tomamos 250 mililitros de cada muestra que será vertido en una 3 fiolas diferentes, a

cada una le agregamos perlas de vidrio que servirán como amortiguadores para el

burbujeo a la hora de la ebullición del fermento, que hará que la espuma producida no se

eleve tan rápidamente y evitando problemas en el manejo del equipo.

Instalamos el equipo destilador y empezamos la destilación.

Observamos que a los 15 minutos empezó a ebullir la muestra y 7 minutos después

empezó a caer la primera gota que fue probada para saborear la calidad y sentir la

cantidad de alcohol que tiene el destilado, este proceso de prueba se hace

constantemente para poder detener la destilación al sentir que el destilado ya no tiene

mucho alcohol y luego es retirado del equipo y se hace el análisis en el alcoholímetro para

ver los grados alcohólicos.

V. DISCUSIÓN

La cantidad de alcohol obtenida a través de la fermentación alcohólica se

constituye en el principal coeficiente de la medida de su actividad, o sea, de su

rendimiento Para proceder a este cálculo, se determinó el porcentaje de alcohol

en mosto.

Según Potter, cuando la fermentación alcohólica transcurre libremente, sin la

intervención de factores externos, los productos finales son alcohol etílico y

anhídrido carbónico.

La clásica ecuación de Gay – Lussac resumen el proceso.

C6H12O6 2CH3CH2OH ₊ 2CO2

VI. RESULTADOS

Gráficos N° 1

Comportamiento de los Brix, que nos indica que la fermentación se está efectuando

Muestra 1 (15° Brix)


Dia 0 Dia 1 Dia 2 Dia 3 Dia 4 Dia 5 Dia 6 Dia 7 Dia 80

2

4

6

8

10

12

14

16

1 2 3 4 5 6 7 80

5

10

15

20

25


*Datos en la Tabla N° 1

Gráficos N° 2

Comportamiento del pH



4.2

4.4

4.6

4.8

5

5.2

5.4

5.6


5

10

15

20

25

30



4.2

4.4

4.6

4.8

5

5.2

5.4



4.2

4.4

4.6

4.8

5

5.2

5.4


Gráficos N° 3

Grados Alcohólicos resultantes en cada muestra

15° Brix 20° Brix 25° Brix0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50


VII. CONCLUSIONES

La concentración de azúcares totales es obtenida transformando los azúcares presentes en el mosto, en azúcares reductores, expresados en glucosa.

En los procesos anaerobios, los microorganismos producen mucho menos

energía que en los aerobios y, para suplir sus necesidades de energía,

metabolizan una mayor cantidad de azúcares; por consiguiente, elaboran más

metabolitos [ALI03].

VIII. ANEXOS

TABLAS:

Tabla N° 1

Tabla de evaluación de ° Brix

Tabla N° 2

Tabla de evaluación del pH

Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3Dia 0 15 20 25Dia 1 14.5 18 23Dia 2 13 16.5 20.5Dia 3 Dia 4 10 14 16.5Dia 5 9.5 12 15Dia 6 9 12 14Dia 7 9 11 13Dia 8 8 10 12

Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3Dia 0 4.5 4.5 4.5Dia 1 4.59 4.6 4.6Dia 2 4.72 4.71 4.72Dia 3 Dia 4 4.95 4.94 4.95Dia 5 5.07 5.06 5.07Dia 6 5.15 5.14 5.15Dia 7 5.24 5.22 5.16Dia 8 5.35 5.3 5.26

Tabla N° 3

Evaluación de los grados alcohólicos obtenidos

Brix Grados Alcohólicos

15° 35

20° 38

25° 45

Imágenes del Proceso:

Preparación de muestra.

Destilación

IX. BIBLIOGRAFÍA.-

CAMPUÉS J. K., TARUPÍ J.C. (2000): “Obtención de Alcohol a partir de Jugo

de Caña, Cachaza y Melaza, mediante la incorporación de Dos Niveles de

Fermento”. Tesis. Fac. Ing. Agroindustrial. Universidad Técnica del Norte.

Ibarra - Ecuador

GUANILO N. L., LUMBA J. C., REVADENEYRA L. S. (2000): “Efecto de

Diferentes Tipos de Soporte sobre el Grado de Inmovilización de

Saccharomyces cerevisiae y de la Producción de Etanol a partir de la Melaza

de Caña” .Tesis. Fac. Ingeniería Química e Industrias Alimentarias.

Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo.

QUEZADA, W. (2011) “Manual de Industria Azucarera”. Creadores Gráficos.

Ibarra-Ecuador. p(217,218)

TOALA G. y ASTUDILLO J. (2010). “Proyecto de implementación de una

planta productora de etanol en base a la caña de azúcar”. Península de Santa

Elena, provincia del Guayas. Guayaquil – Ecuador

N. POTTER Y H. HOTCHKISS- Ciencia de los Alimentos. Zaragoza (España).

Editorial Acribia S.A, pag 296.

Efecto en La Variacion de Grados Brix en La Fermentación (3)

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