TRABAJO DE INVESTIGACIÓN.

Obtención De Bioetanol a Partir Del Sorgo Dulce

UNIVERSIDAD NACIONAL

PEDRO RUIZ GALLO

Facultad de Ingeniería Química e Industrias Alimentarias

“OBTENCIÓN DE BIOETANOL A PARTIR DEL SORGO DULCE POR

FERMENTACION POR AGITACIÓN, BATCH Y POR LOTES”

Autores: Fernández Paredes Aldo

Curso: TRABAJO DE INVESTIGACIÓN

Profesor: Ing. Ind. Rubén Darío Sachun García

Fernández Paredes Aldo


TRABAJO DE INVESTIGACIÓN

I. GENERALIDADES

1.1. Titulo

OBTENCIÓN DE BIOETANOL A PARTIR DEL SORGO DULCE POR

FERMENTACION POR AGITACION, BATCH Y POR LOTES

1.2. Personal investigador

Autores: Fernández Paredes Aldo

Asesor: Ingº Sachún García Rubén Darío

1.3. Tipo de investigación

1.3.1 De acuerdo al fin de que se persigue

Aplicada

1.3.2 De acuerdo al diseño de la investigación

Experimental

1.4. Área de investigación

Biotecnología

1.5. Línea de investigación

Operaciones y procesos unitarios

1.6. Localidad e institución de ejecución

Localidad : Valle Lambayeque, distrito de Chongoyape

Institución : Laboratorio de Operaciones y Procesos Unitarios de

la Facultad de Ingeniería Química e Industrias

Alimentarias de la UNPRG.

1.7. Duración Del Proyecto: 4 Meses.



II.- ASPECTOS DE LA INFORMACION

2.1. Realidad problemática

La contaminación ambiental hoy en día se ha incrementado considerablemente

debido al excesivo incremento de los parques automotrices y equipos

motorizados que hacen uso de combustibles que unidos a su mala calidad

emanan gases tóxicos que contaminan el medio ambiente. Estudios realizados

certifican que gracias al etanol mesclado con la gasolina se puede mejorar el

rendimiento la calidad de los combustible, por tal motivo evitaremos la

contaminación además de alargar la vida del vehículo y ahorro de dinero.

Además que el cultivo de sorgo dulce para la elaboración de etanol resulta

menos costoso que el cultivo de caña de azúcar o explotación de petróleo;

siendo así que en una superficie cultivada, el sorgo consume dos veces menos

de agua que el maíz, con un valor nutritivo comparable y ocho veces menos

que la caña de azúcar.

En consecuencia, el sorgo necesita poca o ninguna irrigación, sistema que

requiere costosas bombas de agua que con frecuencia funcionan en base a

combustibles fósiles que emiten dióxido de carbono (CO2), principal gas que

produce el “efecto invernadero”, subraya Mark Winslow (revista agrimaq 2010).

En India, un galón (3,78 litros) de etanol producido a partir de sorgo cuesta 1,74

dólares, contra 2,19 dólares el fabricado de caña de azúcar y 2,12 dólares con

maíz, precisa el informe.

Proyectos desarrollados sobre el modelo de asociación están en marcha en

Filipinas, México, Mozambique y Kenia, precisa el documento del ICRISAT

cuya sede está en India y recibe fondos de varios Gobiernos.



Estados Unidos y la Unión Europea (UE) están también interesados en producir

biocombustibles a partir del sorgo, indicó Winslow.

El etanol, actualmente, en la mayoría de los países consumidores no es usado

como fuente principal de combustible, sino es mezclado en porcentajes que

varían entre 5% y 10%, reemplazando generalmente a los aditivos oxigenantes

como MTBE (metil terciario butil Ester) o ETBE (etil terciario butil Ester).

Únicamente en Brasil existe un parque vehicular que funciona con 100% de

etanol, lo que se conoce como E100. Desde el punto de vista de contaminación

ambiental, se ha reportado en Australia que adicionar 10% de etanol a la

gasolina significó una reducción de 32% de emisión de monóxido de carbono

(CO) en la atmósfera, de 12% de hidrocarburos totales (THC) y de 7% de

dióxido de carbono (co2). Por lo tanto, mejoraría la calidad del aire en zonas

urbanas, especialmente aquellas de alta tendencia a la contaminación, como lo

es Santiago de Chile. (India tierra adentro. 2007)

La Contaminación Ambiental de la ciudad de Lima, producido por el parque

automotor, se ha convertido en un problema para los residentes limeños dado

que el aire que respiran está bastante contaminado con partículas de plomo

producido por los combustibles usados por las unidades del parque automotor.

Este mismo problema presenta la ciudad de Chiclayo debido al uso masivo de

petróleo y sus derivados que unido a la antigüedad de parque automotriz se ha

visto incrementado la contaminación de nuestra región. Haciendo uso de este

nuevo combustible se evitara en parte la contaminación de nuestro medio

ambiente además de mejorar la economía de los agricultores de la región

debido al bajo costo en el cultivo del producto.



2.2. Planeamiento del Problema

En el Perú la producción de petróleo es baja debido a la poca existencia de

yacimientos petroleros, por tal motivo este producto se debe de importar de

países extranjeros debido a la gran demanda.

Para la elaboración del etanol la materia es la melaza de caña de azúcar y los

cereales (sorgo, maíz, cebada) siendo estos cada vez más escasos y debido a

que no se le ha dado la debida importancia como producto industrial

simplemente son considerados como desperdicios agrícolas, industriales o

alimento de ganado.

2.3. Formulación del problema

Ante la problemática presentada el problema queda planteado de la siguiente

manera:

¿Cuál es el Rendimiento de Bioetanol a partir del Sorgo Dulce por

Fermentación por Agitación, Batch y por Lotes?

2.4.-Objeto

El objeto de estudio del presente trabajo es el rendimiento del etanol a partir de

sorgo dulce el cual al ser utilizado como combustible permitirá un mejor

funcionamiento en los vehículos que los utilicen, lográndose evitar la

producción de gases contaminantes, los cuales dañan nuestra salud y el medio

ambiente.

2.5 Justificación e importancia de la investigación

En la actualidad, el resurgimiento de alcohol como combustible, ayuda en la

reducción de la contaminación del medio ambiente ya que el alcohol produce

menos residuos tóxicos, siendo económico; facilitando el desarrollo sostenible,

en países cien por ciento consumidores de petróleo.



El alcohol como combustible es un recurso renovable, no como los

hidrocarburos que representan una riqueza única y agotable a comparación de

la materia celulósica (sorgo dulce). Asimismo permitirá un ahorro sustancial de

dinero en el usuario consumidor.

2.6. Objetivos

Objetivo General

Determinar el rendimiento de alcohol etílico en cada uno de los procesos

fermentativo por Agitación, Batch y por Lotes.

Objetivo Específico

Determinar el porcentaje de humedad, proteínas, cenizas, grasa, fibra, almidón

y azucares presentes en el sorgo dulce con el objetivo de saber con que

cantidad de azucares reductores contamos y por ello mismo saber con cuanto

alcohol etílico y dióxido de carbono podremos obtener como máximo en el

proceso fermentativo.

2.7. Campo de Acción

El etanol combinado con otros combustibles permite el mejor rendimiento de

los equipos motorizados que hacen uso de petróleo y sus derivados. Es aquí

en donde se verifica la importancia de este producto derivado del sorgo dulce.



III.- MARCO TEORICO

3.1. Antecedentes del Problema

Gay Lussac (1815)

Este investigador dijo que los responsables de la fermentación alcohólica son

las levaduras que pueden sufrir diversas subdivisiones de acuerdo con criterios

morfológicos, tecnológicos y bioquímicos.

Berzelius (18369

Supuso que la fermentación alcohólica era debida a la acción catalítica de

determinadas sustancias.

Pasteur (1815)

Anuncio la teoría vitalista de la fermentación, según la cual aquella se realiza

en el interior de las células de las levaduras vivas.

Buchner (1897)

Descubrió que un prensado de levaduras libre de células era capaz de producir

la fermentación, demostró que se trataba tanto de “mecanista” como “vitalista”.

Harden y Young (1905)

Hicieron el descubrimiento referente al quimismo de las fermentaciones, de que

parecían esteres de lo azucares con el acido fosfórico como paso intermedio.

Neuberg (1912)

Encontró que el desdoblamiento del acido Piruvico en acetaldehído y dióxido

de carbono era una reacción parcial de la fermentación.

Lohman (1929)

Descubrió el Adenosintrifosfato que se manifestó como un almacén de energía

química.



Warbur (1942)

Aisló las enzimas de la fermentación Aldosa Gliceralhidofosfato-

Deshidrogenasa y Enolasa y realizo in vitro las reacciones catalizadas por

ellas.

3.2. Base Teórica

3.2.1. Origen e historia del Sorgo

Existen varias teorías con respecto al origen y diseminación del sorgo. Algunos

primeros informes muestran que el sorgo existió en la india en el siglo I d.c.

Esculturas que lo describen se hallaron en ruinas Asirias de 700 años a.c. Sin

embargo, según Doggett ,los sorgos cultivados hoy en día se originaron del

silvestre Sorghum Bicolor y la mayor variación en el Género Sorghum se

encuentra en el cuadrante noreste de África ,abajo del Sahara ,en la región de

Etiopia –Sudan.La apreciación ocurrió a través del aislamiento, Doggett

describió el movimiento del Sorgo cultivado junto con su pariente silvestre

Sorghum Arundinaceum lo cual el crecimiento hacia el Sur fue restringido por

los bosques lluviosos del Congo y los sorgos cultivados siguieron cruzándose

con las especies silvestres generando nuevas formulas de ambos tipos.

La evidencia existente sugiere que el Sorgo llego a Etiopia de África Oriental

alrededor del año 200 a.c. y de allí, la tribu Bantú lo llevo a los países de la

Sabana del Este y Sur de África, usando el grano principalmente para elaborar

cerveza. Los Sorgos actualmente cultivados en África Central y África del Sur,

se asemejan más a los tipos de África Oriental que a los de África Occidental.

El movimiento del Sorgo (Guinea y Durra) de África a la India, fue

probablemente vía naves de vela a lo largo de la ruta oceánica de los Sabeos

de Arabia del Sur, aproximadamente en el año 1500 a.c. desde la india, el



cereal llego a China por la ruta de la Seda en el siglo III y dio lugar a las

características distintivas del grupo Caoling cultivado en China Oriental y

Central.

Para el año 700 a.c. El sorgo se había movido de la india hasta los países del

Mediterráneo (notablemente Italia) vía Arabia.

La llegada del cereal a varias partes del Hemisferio Occidental fue a través del

comercio de esclavos. Al principio ,los tipos Guinea Criollos, sensibles al

Fotoperiodo (Maicillos criollos) fueron llevados a América Central provenientes

de África Occidental, Central y Sur, como alimento para los esclavos durante el

siglo XVI.Otras introducciones a Estados Unidos incluyeron los Durras Cafés y

Blancos de Egipto en 1874,los Kafirs de Sudáfrica en 1876,Milo de África

noreste alrededor de 1880.

3.2.2. Características y descripción taxonómica del Sorgo

El sorgo pertenece a la amplia familia de las Gramíneas actualmente

denominada Poaceae y su clasificación es la siguiente:

Cuadro # 01: Distribución taxonómica del Sorgo Dulce

FAMILIA POACEAE

SUBFAMILIA PANICOPDEAE

GENERO SORGHUM SPP L

ESPECIE SORGHUM BICOLOR

NOMBRE COMUN SORGO O MIJO

Fuente: El Autor



El sorgo se conoce con vario nombres: Mijo Grande y maíz de Guinea en África

Occidental, Kafir en África Austral. Duro en el Sudan, Matama en África

Oriental, Jowar en la India y Kaoliang en China. El género Sorghum se

caracteriza por espiguillas que nacen en pares.

Clasificación

En 1753, Linneus descubrió en “Sub Especies Plantarium” tres especies de

sorgo cultivado: HOLCUS Sorghum. Saccaratus y H. Bicolor .En 1794 Moench

distinguió el género Sorghum del genero Holcus; En 1805 Persoon creó el

nombre Sorghum Bicolor Moench, como el nombre científico de los sorgos

cultivados y como tal ha sido aceptado desde entonces .Posteriormente varios

Taxónomos has clasificado el Sorgo a través de los años, donde no solo las

Panícula son importantes, también se observan los tallos, las hojas, etc. Y

3.2.3. Distribución Geográfica Del Sorgo Dulce

En el país tiene poca influencia la siembre del Sorgo Dulce (Sorghum Bicolor),

existe algunas ciudades como la ciudad de Piura, Tumbes, Ferreñafe, Ica tiene

una incidencia muy baja.

3.2.4. Fermentación Alcohólica

Un proceso de fermentación típico es esencialmente un proceso que se lleva a

cabo en un recipiente llamado fermentador o en general; Bioreactor.

Mediante el cual determinamos sustratos que componen el medio de cultivo;

son transformados por acción microbiana por metabolitos y biomasa. El

microorganismo va aumentando su concentración en el transcurso del proceso,

al mismo tiempo que el medio se va modificando y se forman productos nuevos

como consecuencia de las actividades Cataboliticas y Anaboliticas.Los dos



fenómenos de crecimiento y formación de producto, tienen lugar durante el

desarrollo del proceso.

3.2.4.1. Efectos Internos Y Externos

El comportamiento de un microorganismo en crecimiento es el resultado de la

iteración que se produce entre el microorganismo y el medio ambiente en el

reactor y que en rigor es el resultado de los llamados efectores intra y extra

celulares.

Los factores internos están representados por la dotación genética intrínseca

del organismo generado y por sus mecanismos de regulación metabólica.

Estos últimos pueden ser modificados por alteraciones del medio ambiente o

más precisamente por los factores externos, mientras que la existencia de un

gen depende de la especie de un microorganismo considerado. Con el fin de

mejorar la productividad de un proceso de fermentación, las cepas empleadas

pueden someterse a tratamiento físico o químico de mutación que al alterar

algún sector del genoma logran aumentar la producción de un metabolito

aunque también pueden disminuirla , incluso suprimirla.

3.2.4.2. Agentes De Fermentación Alcohólica

Para que una fermentación tenga una condición satisfactoria, es imprescindible

que se adicione al mosto una cantidad de microorganismo capas de desdoblar

los azucares en alcohol y gas carbónico, dentro de determinadas condiciones

de operación.

Este conjunto de microorganismos es conocido como “Pie de Cuba”, “Levadura

Alcohólica”,”Pie de Fermentación” o simplemente “Fermento”.

Las levaduras o Fermento son hongos microscópicos, Unicelulares de

constitución muy sencilla; las levaduras alcohólicas industriales son clasificadas



como Ascomicetos las especies más importantes perteneces al género

Saccharomyces siendo las de mayor interés a la Saccharomyces Cerevisiae y

Saccharomyces Carisbergensis.

Industrialmente las levaduras han sido clasificadas en grupos de acuerdo con

su comportamiento en los procesos fermentativos, así la designación de:

Levadura baja está dada por las levaduras que producen poco gas durante

el proceso fermentativo y tienden a depositarse en el fondo de las cubas.

Levadura alta tiene comportamiento universo, produciendo mucho gas y

siendo elevada a la superficie de la cuba, produciendo estas mayores

cantidades de alcohol.

En general las levaduras alcohólicas son más grandes que las bacterias, cerca

de cinco veces en tamaño.

Una vez inoculado el mosto se inicia el proceso fermentativo, pudiendo ser

dividido este en tres fases distintas según su mayor o menor productividad de

alcohol, dióxido de carbono y calor, estas fases son:

PRELIMINAR.-Se caracteriza por una multiplicación y desarrollo de la levadura

limitándose el desprendimiento del dióxido de carbono.

PRINCIPAL.-En esta fase el desprendimiento de dióxido de carbono aumenta

notablemente, las levaduras terminan su periodo vegetativo y comienzan su

acción fermentadora transformando los carbohidratos reductores y dióxido de

carbono y alcohol.

COMPLEMENTARIA.-Durante esta fase se hace más lento el desprendimiento

de dióxido de carbono, es la fase en que ocurren las contaminaciones, además

de la producción de componentes secundarios.



Cuadro # 02: Composición química de una levadura común.

COMPONENTE % PESO

Agua(Evaporada a 1020C)

Celulosa

Proteínas(Albumina)

Proteínas(Combinaciones

Fosfatadas)

Grasas

Materias extrañas

Peptonas

Cenizas(Materias minerales)

70.00

12.10

11.40

2.70

1.00

0.80

0.80

1.40

TOTALES 100.20

Fuente: El Autor

3.2.5. Bioquímica De La Fermentación Alcohólica

En el paso del azúcar hasta los productos de Fermentación Etanol y Anhídrido

Carbónico tiene lugar 12 reacciones intermedias que pueden simplificarse

resumidas de la siguiente forma:

En presencia de iones magnesio ,por acción de la Enzima Hexoquinasa y

por la colaboración de la Coenzima ATP(Adenosintrifosfato),que contiene

Fosfato ligado, la Glucosa se transforma en el Ester –Acido Fosfórico

(Fosforilación).A partir de ATP se genera ADP(Adenosindifosfato).La



Fructosa se Fosforiliza en Fructosa-6-Fosfato siguiendo el mismo

mecanismo de reacción.

La Enzima Glucosa –Fosfato-Isomerasa transforma la Glucosa -6-Fosfato

en Fructosa-6-Fosfato (Isomerización)

La Fructosa -6-Fosfato, bajo la acción del Enzima Fosfofructoquinosa y de

una segunda molécula de ATP como Coenzima, en presencia de iones

Magnesio, se Fosforiliza en el átomo C1 para convertirse en Fructosa -1,6-

Difosfato.

La Fructosa -1,6-Difosfato se desdobla bajo la acción del Enzima Aldolasa

y, sin la participación de ninguna Coenzima, en dos Triosafosfatos:

Gliceraldehido-3-Fosfato (GAP) y Dihidroxiacetona Fosfato. Se forma GAP

solo en un 4%.

Por la acción de la Enzima Triosafosfato –Isomerasa se genera a partir del

Hidroxiacetonafosfato Gliceraldehido -3-Fosfato (GAP), hasta que se

insatura un equilibrio entre ambos Triosafosfatos. En esta etapa no

participan ningún Coenzima.

En presencia de Levadura –Coenzima NAD al GAD se oxida hasta Acido

1,3 Difosfoglicerico bajo la acción del Enzima Gliceraldehido- Fosfato-

Deshidrogenasa y mediante captación de Fosforo Inorgánico.

El Enzima Acido Fosfoglicerico-Fosfoquinasa traslada el resto Fosfatado

del Acido 1,3-Difosfoglicerico al Coenzima ADP. Se origina Acido-3-

Fosfoglicerico. Aquí se forma por mol de Hexosa 2 mol de ATP y 2 mol

de Acido Fosfoglicerico.Se recuperan así las moléculas de de ATP

utilizadas en la etapas 1 y 3.El balance energético se ve igualado.



Por la acción del Enzima Acido Fosfoglicerico.Se –Mutasa se transforma

en Acido 3- Fosfoglicerico.Se en Acido 2-Fosfoglicerico.

En presencia de Iones Magnesio, el Enzima Enolasa desprende agua del

Acido 2-Fosfopiruvico.Se origina así el Enol del Acido Fosfopiruvico. Esta

reacción es marcadamente Exotérmica.

Por efecto del Enzima Piruvato-Quinasa se traslada el resto del Fosfato al

ADP. La energía liberada resultante es aprovechada por la levadura para

otros procesos Bioquímicos. Como producto del desdoblamiento se forma

el Acido Piruvico.

El Acido Piruvico se desdobla en Acetaldehído y Dióxido de carbono por la

acción del Enzima Piruvato –Decarboxilasa.

El Enzima Alcohol-Deshidrogenasa ocasiona la reducción del

Acetaldehído a Alcohol Etílico. Como Coenzima vuelve a actuar el NAD. El

hidrogeno transferido procede de la etapa 6.

3.2.6. Factores que afectan la Fermentación Alcohólica

Como todos los seres vivos, las Levaduras tienen necesidades precisas en lo

que se refieren a su nutrición y al medio en que viven .Son muy sensibles a la

temperatura, necesitan oxigeno, una alimentación apropiada en azucares, en

elementos minerales, en sustancias nitrogenadas, en factores de crecimiento.

Cuanto mayor sea el grado que se desea obtener el vino, más necesario es

que las levaduras se multipliquen en condiciones óptimas.

Los factores que influyen en la fermentación son:

A.- Temperatura:

La temperatura es un factor preponderante para la vida de las Levaduras.



Estas no se desarrollan bien más que en una escala de temperatura

relativamente cortas, hasta 20℃ como máximo.

Por debajo de 13℃ o 14℃ el inicio de la fermentación es prácticamente

imposible o es tan lento que ocurre el riesgo de una activación espontanea.

En la fermentación alcohólica nunca se debe sobrepasar temperaturas de 32℃

a 33℃ durante el periodo fermentativo, ya que corren varios riesgos:

Inactivación de la levaduras responsables de la fermentación de los

Azucares en Alcohol y CO2.

Perdida de Alcohol por evaporación con la consiguiente pérdida del

grado alcohólico.

Iniciación de fermentaciones indeseables tales como las Lácticas y las

Butílicas.

Temperaturas entre 22℃ y 28℃ son las más adecuadas para que la

fermentación transcurra convenientemente a fin de obtener un vino de calidad.

La rapidez de la transformación de azucares aumenta con la temperatura (por

lo menos hasta cierto límite).Es esta la primera Ley que hay que recordar. La

fermentación es mucho más rápida a 30℃ que a 25℃ y a 25℃ que a 20℃.Su

actividad se duplica con una diferencia de 10℃.Por cada grado suplementario

de azucares en el mismo espacio de tiempo.

B.- Presión:

La fermentación es un proceso Biotecnológico que se realiza a presión

atmosférica .Acciones semejantes a las logradas fermentando a bajas

temperaturas se pueden conseguir también ejerciendo presión sobre la

fermentación.



C.-Aireación:

Las levaduras necesitan oxigeno para multiplicarse, en ausencia completa de

aire, en un mosto, se producen solo algunas generaciones y su reproducción

se detiene. Basta entonces proporcionarles un poco de aire para que su

gemación se reeprenda.

Si el estado de asfixia se prolonga la mayoría de las células mueren.

Pasteur definió la fermentación como “La vida sin aire” porque una célula de

levadura privada de oxigeno encuentra la energía que le es necesaria en la

transformación del Azúcar. Pero para conseguir una fermentación prolongada y

obtener productos fermentados que cifren 100GL e incluso mas, deben

formarse constantemente nuevas generaciones de levaduras, y por lo tanto, le

es indispensable el oxigeno.

D.-Acidez:

Las levaduras no necesitan de la acidez para multiplicarse, incluso hacen

fermentar mejor los azucares en un medio neutro o poco acido. Trabajan mejor

con un Ph 4,0 que con un Ph 3,0.

Cuando una fermentación se detiene no se debe a una falta de acidez, sino a

un exceso de temperatura que asfixia las levaduras. Sin embargo, una débil

acidez puede convertir en muy graves las consecuencias de esa detención,

pues las bacterias de enfermedades se desarrollan más fácilmente cuando más

débil es el medio acido.

El papel de la acidez se puede interpretar del siguiente modo: No favorece el

desarrollo de las levaduras, pero perjudica a las bacterias peligrosas en caso

que cese la fermentación.



E.-Nutrientes

A las levaduras le es necesario encontrar ciertos alimentos en el mosto donde

se desarrollan .Sus necesidades de azúcar, de materias minerales, son

fácilmente satisfechas, pero los mostos están peor provistos de sustancias

nitrogenadas asimilables.

Las levaduras para la producción de alcohol están constituidas por un 25% a

60% de materias nitrogenadas, por lo tanto para poder reproducirse necesitan

encontrar en el medio en que viven, suficiente nitrógeno asimilable.

El nitrógeno Amoniacal (Catión Amonio) es el primer alimento Nitrogenado

consumido por las levaduras y le siguen cierto Aminoácidos Libres como el

Acido Glutamico.En 36 horas de fermentación las levaduras agotan literalmente

el nitrógeno asimilado del mosto, así como también otros factores nutritivos.

Añadiendo de 10 a 20 gramos de Sales de Amonio por Hectolitro, casi siempre

aumentaban las colonias de levaduras y se acelera la fermentación.

3.3. Variables

3.3.1. Variable Dependiente:

Porcentaje de alcohol o grado alcohólico obtenido en el vino.

3.3.2. Variable independiente:

Cantidades de azúcares fermentescibles presentes en el mosto.

Dilución del jugo de Sorgo Dulce en el agua empleada en la

fermentación alcohólica.

3.4. Hipótesis

“¿Se lograra un alto rendimiento alcohólico en la obtención de Bioetanol por

sistemas de Agitación, Batch y por Lotes a partir del Sorgo Dulce?”



3.5. Definición de términos

El Sorgo es un cereal mayor, con características típicas de las plantas

Gramíneas. Las raíces son fibrosas y pueden extenderse hasta tres pies en el

suelo .El diámetro basal esta aproximadamente en una pulgada haciéndose

más delgada a la altura de la inflorescencia. La inflorescencia es una panícula

ramificada, que contiene racimos con o sin pedúnculos .Es una planta que

florea desde arriba hacia abajo.

El Sorgo es uno de los cereales más recientes a periodos largos sin agua; en

condiciones de sequedad y calor extremos, la planta entra en fase de letargo

o latencia, y cuando la situación mejora, recupera la actividad.

El Sorgo es una planta originalmente de día corto, sin embargo los híbridos

que actualmente se manejan son de día largo, por lo que se cultivan en el

ciclo de primavera-verano.

Tallo

El sorgo es generalmente una planta con un solo tallo, pero varía mucho en

su capacidad de ahijamiento dependiendo de la variedad, la población de

plantas y el ambiente. Muchos tipos son perennes. La altura varía de 45 cm a

más de 4 m y depende del número de nudos que es igual al número de hojas

producidas y es una función del periodo de madurez de la planta. La altura

depende también del entrenudo, el pedúnculo y la panícula y todos estos

factores están bajo control genéticos separados.

Los tallos tienen 7 a 24 nudos y son erectos, sólidos con una corteza dura y

una medula suave. El diámetro del tallo varia de 5 a 30 mm en la base .Las

haces vasculares son más numerosos, duros y pequeños hacia la periferia del

tallo donde forman casi un anillo solido. Las del parénquima entre los haces



interiores, tienen paredes delgadas; pero aquellos entre las periferias son, con

paredes gruesas y lignificadas.

Esta acumulación difusa de almidón puede ser extensa especialmente entre

los sorgos dulces. La medula es jugosa y seca, dulce o insípida. Se forma una

yema en cada nudo excepto en el nudo terminal. Las yemas son alternas y las

inferiores pueden formar hijos axilares después del desarrollo de las raíces

coronarias; mientras que las superiores pueden desarrollarse como ramas

laterales especialmente si se daña el ápice del crecimiento.

Pedúnculo

Es el entrenudo más alto que lleva inflorescencia y es siempre el más largo.

Una buena exercion permite que los granos queden fuera de la vaina de la

hoja bandera y entonces se reduce el daño por plagas y enfermedades en la

parte inferior de la panícula .La longitud del pedúnculo o exercion está

controlada genéticamente, pero los factores ambientales como deficiencia de

agua pueden ejercer efectos pronunciados.

Hojas

El número de hojas varía entre 7 a 24 según la variedad y longitud del periodo

de crecimiento. Las hojas son erectas casi horizontales y se encorvan con la

edad. Las hojas maduras son de 30 a 135 cm de largo y 1.5 a 15 cm de

ancho. Son alternas y lanceoladas o linear-lanceoladas con una superficie

superior lisa y cerosa. Los márgenes de las hojas son ásperos o lisas y

pueden ser peludos hasta la punta. Las estomas están en fila sencilla o doble

en ambas superficies de las láminas.

La última hoja producida es la hoja bandera y su vaina protege la

inflorescencia.



Raíz

La radícula sencilla, es responsable del establecimiento de la plántula y es

temporal. El sistema radical adventicio fibroso se desarrolla de los nudos más

bajos del tallo. La profundidad del enraizado es de 1 a 1.3 m con el 80% de

las raíces en los primeros 30cm.Los depósitos de sílice en la endodermis de

la raíz probablemente la fortalecen y la hacen soportar presiones altas

durante las épocas de sequia.

Inflorescencia

Es una panícula con racimos con un raquis central completamente escondido

por la densidad de las ramas de la panícula o totalmente expuesto. La

exercion de la panícula es importante para la cosecha mecanizada y para la

tolerancia a las pestes y enfermedades. La panícula es corta o larga, suelta y

abierta, compacta o semi compacta; puede tener de 4 a 25 dm de largo, de 2

a 20 cm de ancho y llevar de 400 a 8000 granos.

Destilación

La destilación es un proceso que se vale de la diferencia de el punto de

ebullición para separar uno o más componentes de una mezcla, es utilizado

para separar el Alcohol Etílico de una mezcla Hidroalcoholica libre de

sustancias fijas y de una parte de sustancias volátiles que acompañan el vino,

las sustancias volátiles de un vino poseen diferentes grados de volatilidades y

es posible separarlos después de su identificación.

Las mezclas hidroalcoholicas,a presión normal(760mmhg) tiene una

temperatura de ebullición entre 78,35℃ y 100℃,respectivamente a las

temperaturas de ebullición de alcohol etílico y del agua que será tanto más

próximo a 78,35℃ cuanto más alto sea el contenido de alcohol etílico.



La destilación ordinaria en los aportes de columnas de trabajo periódico o

continuo produce a lo sumo un alcohol de 960GL, el alcohol de esta

composición constituye una mezcla azeotropica de etanol –agua con un punto

de ebullición mínimo en el cual el liquido y el vapor que se desprenden tienen

la misma composición. El punto de ebullición de esta mezcla es de 78,174℃.

IV.- MARCO METODOLOGICO

4.1. Diseño de contrastación de hipótesis

El diseño aplicado es Con Estimulo Creciente o con Prueba, Post Prueba y

varios grupos, se usan varios grupos experimentales a los que se les aplica el

estimulo progresivamente en magnitudes diferentes y las conclusiones se

establecerán por comparación, pero dicha comparación serán con su homologo

en este caso aguardiente o guarapo proveniente del jugo de caña; pues no

existe un licor establecido proveniente del Sorgo Dulce para comparar.

4.2. Población y Muestra

La población lo constituye media hectárea de Sorgo dulce del distrito de

Chongoyape, departamento Lambayeque,

Se toman 29 Kg representativos de Sorgo Dulce en forma selectiva para

proceder a proceso de fermentación.

4.3. Materiales, Técnicas e instrumentos de recolección de datos

4.3.1. Técnica e instrumentos de recolección de datos

Para la recolección de información o datos importantes para el desarrollo del

presente proyecto se recurrió primeramente a la técnica documental o

bibliográfica, que consiste en revisar, analizar y seleccionar aquellas

publicaciones, obras o artículos relacionados con el tema de investigación; y

luego se utilizara la técnica de campo (Observación) que consiste en recoger

los resultados obtenidos directamente de la experimentación.



4.3.2. Material de laboratorio y campo.

4.3.2.1. Materiales de laboratorio.

Vaso de precipitación 100-

500ml

Matraces Erlenmeyer de

250ml

Pipetas

Goteros

Desecador

Termómetro de 0℃-100℃

Papel filtro

Probetas de 100 y 500ml

Embudo de vidrio

Buretas de 25 y 50 ml

Fiola de 100ml

Luna de reloj

Placa Petri

Crisol

Capsula de porcelana

Brixometro

Alcoholímetro

4.3.2.2. Reactivos

Subacetato básico de plomo

seco

Acido clorhídrico

concentrado

Acido sulfúrico concentrado

Acido cítrico

Agua destilada

Fenolftaleína

Solución de Fehling “A” y

Fehling “B”

Hidróxido de sodio 0.1N

Sulfato de potasio

Sulfato de cobre

pentahidratado

Acido clorhídrico 0.1N

Rojo de metilo

Azul de metilo 0.1%

Sulfato de sodio

Hidróxido de sodio 40%

Solución de Yodo

Anaranjado de metilo

Papel rojo de tornasol

Hexano



Mezcla catalítica

(NO2,SO4,CuSO4.SeCO2)

Sulfato amónico ferroso

0.34N

Dicromato de potasio

Ferrocianuro de potasio

Agua desmineralizada

4.3.2.3. Equipos

Desecador

Balanza analítica

Estufa

Cocina de digestión

Aparato de destilación de

Kjeldhl

Extractor Soxhlet

Bomba de vacio

Erlenmeyer con refrigerante

Aparato de destilación

alcohólica

V.-DESARROLLO DEL TEMA

Agua

Se utilizo agua potable para las extracciones correspondientes relación 21 Jugo

de Sorgo y Agua.

Agentes Fermentativos

Para los procesos fermentativos se utilizo la Levadura Saccharomyces

Cerevisiae, identificada en el laboratorio para su respectiva activación y luego

agregarlos al mosto.

Procedimiento de Selección de Muestra

Las muestras fueron obtenidas en forma selectiva de acuerdo a grado Brix que

presentaban.



5.1. Determinación de las Operaciones y Parámetros de Procesamiento

El Presente trabajo de investigación se realizo siguiendo la secuencia de

diagrama de flujo mostrado en la figura siguiente:

Diagrama de Flujo para la Obtención de Alcohol Etílico a partir del Sorgo

Dulce

5.1.1. Materia Prima


MATERIA PRIMA

LIMPIEZA Y SELECCION

PESADO

PRENSADO

ACONDICIONAMIENTO DEL MOSTO

FERMENTACION ALCOHOLICA

DESTILACION

ALCOHOL ETILICO


El Sorgo Dulce que se utilizo para la obtención de Etanol procede del Valle

Lambayeque, distrito de Chongoyape, recolectado en el mes de mayo del

presente año.

5.1.2. Seleccion y Limpieza

El Sorgo Dulce se sometió a una selección con el Refractómetro en el que tenia

mayor índice era el elegido, para luego sacar las hojas y materia extraña que

se encontraba en el tallo y quedando finalmente con el tallo.

5.1.3. Pesado

Se realiza pesando tres muestras con igual peso en una balanza plataforma.

5.1.4. Prensado

Se utilizo un Trapiche eléctrico que consistía en tres rodillos que realizaba el

prensado. Es el que utilizan los ambulantes para extraer jugo de Caña.

5.1.5. Acondicionamiento de Mosto

El jugo de Sorgo fue diluido con agua hasta llegar a 200 Brix y tener un pH

óptimo para la fermentación de 4.5 con Bicarbonato de Sodio.

Luego se separaron en tres Bioreactores de 2.3 litros cada uno para su

posterior fermentación.

5.1.6. Preparacion de la Levadura Alcohólica

A cada Bioreactor se le agrego 5 gramos de levadura respectivamente

activándolo a una temperatura de 30℃

5.1.7. Fermentacion Alcohólica

La fermentación se inicia desde el momento que se agrega la levadura activada

al mosto. Para la fermentación se designaron Bioreactores de la siguiente

manera:

A.-Sistema de Fermentación por Agitación



Para este proceso se utilizo como cuba de fermentación, un depósito de

plástico de 4 litros de capacidad con una capa hermética a la cual se le hicieron

3 orificios: uno en el cual se le instalo la manguera para el escape del gas

carbónico sumergido en un recipiente con agua. La otra manquera de menor

diámetro para los análisis que se realiza cada hora.

En la tapa se instalo un agitador de 100 rpm la agitación se realizo de forma

continua por espacio de 15 minutos después de cada hora de fermentación.

B.- Sistema de Fermentación Batch

Este Bioreactor al igual que el primero consiste en un recipiente de plástico,

con tres orificios a los cuales se instalaron mangueras: uno para escape de

gases, otro para el termómetro y el último para el análisis del mosto por hora.

C.- Sistema de Fermentación con Alimentación por Lotes

El Bioreactor tiene las mismas características que los anteriores pero además

contiene un recipiente auxiliar graduado conteniendo 1725 ml de mosto sin

levadura el cual se va agregando aproximadamente a los 575 ml iniciales en

cuatro etapas, cada una de 575 ml cada dos horas.

5.1.8. Destilacion

Una vez obtenido el mosto fermentado de cada Bioreactor es llevado al Equipo

de Destilación Batch del Laboratorio de Química Orgánica.

La finalidad de esta operación es separar o extraer la mayor cantidad de

alcohol que se encuentra en el vino.

5.2. Analisis del Mosto Inicial y Final de la Fermentación



5.2.1. Analisis de Brix

Es el método por el Brixometro, el objetivo es determinar la cantidad de sólidos

disueltos en mosto en la fermentación de los tres Procesos.

Se determino el grado Brix aparente introduciendo en Brixometro en una

muestra de solución de mosto en una probeta, dejando que se estabilice, se

realiza la lectura correspondiente.

5.2.2. Analisis de pH

El objetivo es determinar la acidez de la solución. Se determino colocando la

muestra problema en un vaso de 50 ml de mosto. Se introducen los electrodos

del Potenciómetro previamente calibrado con soluciones estándar para 4 y 10

pH respectivamente y por último se lee el valor en la pantalla del instrumento.

5.3. Determinacion del Contenido Alcohólico en el Mosto Fermentado

Método Oxidación de Dicromato de Potasio

El objetivo es determinar el contenido alcohólico en el mosto fermentado.

El método consiste en tomar 25 ml del mosto fermentado, el que se afora en un

balón de 100 ml. En un Matraz de 250 ml se prepara un blanco al que se le

agrega 5ml de Dicromato de Potasio 0.69N gota a gota 1ml de agua

desmineralizada y 1ml de Ferrocianuro de Potasio al 2%(indicador), se utiliza

con Sulfato Ferroso Amoniaco 0.34N hasta llegar a un color azul gota a gota,

se reporta el gasto.

Al mosto fermentado se le añade 1ml de Dicromato de Potasio y se deja en

reposo por un lapso de media hora, luego se titula con Sulfato Ferroso

Amoniaco hasta la obtención de una coloración azul, el gasto también se

reporta.



Los datos reportados de la titulaciones son reemplazados en la siguiente

formula obteniéndose de esta manera el grado alcohólico de la muestra.

0GL= A∗(1−Gm)Vm∗Gb

A= 5ml de Dicromato de Potasio

Vm= ml de muestra

Gm= Gasto de Sulfato Ferroso Amoniaco 0.34N en el blanco (ml)

VI.-RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Cuadro # 03: controles Físicos y Químicos del mosto acondicionado sin

fermentar.

Determinaciones Resultados

pH 4.5000Brix 14.00

Densidad(g/ml) 1.0549

Temperatura(0C) 21.00

Volumen del Mosto(Lts) 6.90

Azucares Reductores (%) 3.12

Sacarosa(g) 4.28

Fuente: El Autor

Cuadro # 04: Controles Físicos y Químicos del mosto fermentado.

Sistema pH Brix Temperatura(0C)

Por Agitación 4.80 8.50 20

Batch 4.80 8.00 21

Por Lotes 4.80 9.00 21

Fuente: El Autor



Cuadro # 05 : Controles y registros en el proceso de fermentación alcohólica

en el sistema con agitación.

Tiempo(Horas) Temperatura(0C)

0Brix

0 21 14.0

1 25 14.0

2 28 14.0

3 25 13.8

4 25 13.7

5 23 13.6

6 24 13.5

7 22 13.4

8 22 13.1

9 23 13.0

10 24 12.8

11 22 12.0

12 22 11.0

13 21 10.8

14 23 10.8

15 24 10.5

16 23 9.7

17 22 9.2

18 22 9.0

19 21 9.0

20 22 8.5 Fuente: El Autor



Grafico # 01 : Relación entre tiempo de Fermentación y 0Brix en el proceso de

Fermentación Alcohólica para el Sistema con Agitación.

0 5 10 15 20 250

2

4

6

8

10

12

14

16

Tiempo(horas)

Brix

Fuente: Cuadro # 05




en el sistema a condiciones constantes.


0Brix

0 21 14.0

1 25 13.8

2 28 13.8

3 25 13.7

4 25 13.7

5 23 13.6

6 24 13.5

7 22 13.5

8 22 13.3

9 23 13.2

10 24 13.1

11 22 13.0

12 22 12.8

13 21 12.0

14 23 11.8

15 24 11.8

16 23 11.5

17 22 11.0

18 22 10.0

19 21 9.0

20 22 8.0 Fuente: El Autor



Grafico # 02 : Relación entre Tiempo de Fermentación y 0Brix en el proceso de

Fermentación Alcohólica para el Sistema a Condiciones Constantes.

0 5 10 15 20 250

2

4

6

8

10

12

14

16

Tiempo(horas)

Brix

Fuente: Cuadro # 06




en el sistema de alimentación por lotes.


0Brix

0 21 14.0

1 23 13.8

2 23 13.8

3 21 13.3

4 22 13.3

5 23 13.2

6 23 13.0

7 22 12.8

8 23 12.5

9 21 12.3

10 22 12.2

11 21 12.0

12 21 11.5

13 23 11.1

14 22 10.0

15 23 9.5

16 21 9.4

17 23 9.2

18 22 9.0

19 22 9.0

20 21 9.0



Grafico # 03 : Relación entre Tiempo de Fermentación y 0Brix en el proceso de

Fermentación Alcohólica para el Sistema de Alimentación Por Lotes.

0 5 10 15 20 250

2

4

6

8

10

12

14

16

Tiempo(horas)

Brix

Fuente: Cuadro # 07

Rendimiento en la Operación de Destilación

La mayor producción de alcohol corresponde a la fermentación realizada en

el Sistema Batch por el lapso de 20 horas ,seguido del Sistema de

Fermentación Con Agitación y luego el del Sistema de Alimentación Por

Lotes.

El Sistema Por Agitación alcanzo un grado alcohólico de 500GL.

El Sistema Batch alcanzo un grado alcohólico de 600GL y el Sistema de

alimentación Por Lotes alcanzo un grado alcohólico de 500GL, eso nos

indica que el Sistema de mayor obtención de Alcohol Etílico es el Sistema

Batch.



VII.-CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Conclusiones

Los parámetros de la fermentación discurren con la desaparición de los

azucares, debido a esto el Brix disminuye con respecto a los valores

iniciales en el Sistema con Agitación se inicio la fermentación con

140Brix y termino con un valor de 8.50Brix; en el Sistema a Condiciones

Constantes se inicio la fermentación con 140Brix termino con un valor de

8.00Brix y por último, el Sistema Por Lotes se inicio con 140Brix y

termino con un valor de 9.00Brix.

La fermentación duro aproximadamente 20 horas, luego del cual los

parámetros analizar se mantuvieron constantes.

El vino con más alto grado alcohólico fue el del Sistema Batch,

determinándose con esto que es el mejor Sistema para la fermentación

del Sorgo.

La eficiencia que se obtuvo en la obtención de Alcohol Etílico en el

Proceso por Agitación, Batch y Por Lotes fueron de 59,69% y 49%

respectivamente.

Recomendaciones

Para lograr una buena separación de la sustancia azucarada se diluyo

con agua potable caliente (50℃-60℃), para extraer la mayor cantidad

de azucares; para luego realizar la etapa de maceración, ya que en el

procedimiento de Extracción queda la miel en el Bagazo del Sorgo

Dulce.

Para realizar una buena Hidrólisis de los azucares se utiliza Acido Cítrico

para adecuar el pH de 4.6; elevar la temperatura a 35℃.



El afrecho obtenido después de la fermentación puede utilizarse para la

industria de papel por el contenido de fibras y combustible para los

calderos con una humedad mínima del 50% porque von mas humedad

los calderos no quemarían el bagazo por el alto porcentaje de agua.

Manteniendo el mosto a un pH acido (4.6) se evita reacciones

secundarias entre las cuales tenemos reacciones Acéticas, Aldolicas,

Aldehidas contaminantes, Bacteriológicas.

El mosto obtenido es acondicionado con Bicarbonato de Sodio para

lograr un pH adecuado a 4.6.

Cuando se agrega la levadura al sustrato, darle un previo calentamiento

a una temperatura aproximada a 35℃, para lograr una buena activación

de las levaduras y por otro lado el inicio de la fermentación.

Se recomienda para posteriores estudios en la fermentación del Sorgo

Dulce, se debe llegar a un Brix final de fermentación de cero.



VIII.-ASPECTO ADMINISTRATIVO

8.1. Cronograma De Actividades

Actividades

2011

FEBRERO MARZO ABRIL MAYO

I. Etapa de planificación

Revisión bibliográfica X

Contacto con la realidad X

Elaboración de proyecto X

Presentación del proyecto X

II. Etapa de ejecución

Implementación material X

Recolección de muestras X

Registro de datos X X

Identificación taxonómica X

Procesamiento de datos X

III. Etapa comunicación

Elaboración de informe X

presentación informe X



8.2. Presupuesto:

Fecha:

Bienes ………………………………………… S/.1021

Servicios ………………………………………… S/.80

Otros ………………….………………………S/.40

Total ………………………………………. S/.1141

2.1. BIENES:………………………………..………………………….…… S/. 1021

Material de escritorio: …………………………...s/. 41

2 Cientos de papel bond.

3 Lapiceros.

1 Resaltadores.

Material de laboratorio: ………………….…….s/. 880

Bioreactor.

Sorgo Dulce.

Levadura.

Acido sulfúrico.

Acido ascórbico.

1Caja de fosforo.

Termómetro.

Brixometro.

pH metro.

Cuchara

Balón de gas.

Ollas.

Depósitos para el alcohol



Material para procesamiento de datos:………..s/. 100

1 memoria USB

1 cartucho para impresora hp 2460

Internet

2.2. SERVICIOS: …………………………...………….……………..…… S/. 80

Pasajes y subvenciones: …………………………..……….…… S/. 70

Viajes a distrito de Chongoyape

Viajes Laboratorio de Operaciones y Procesos Unitarios de la Facultad

de Ingeniería Química e Industrias Alimentarias de la UNPRG.

Publicaciones: ………………………………………………..…..…S/. 10

Publicación del informe final ,1 ejemplar.

2.3. OTROS: …………………………………………… S/.40

TOTAL: S/.1141

3. FINANCIAMIENTO:

El presente proyecto de investigación será autofinanciado.

IX.-REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS



A.O.A.C.,Official Methods of analysis of the Association of Official

Analytical Chemistry,EE.UU.1980

De. José Silva Vera “Bromatología Analítica”Departamento de

Bioquímica –Universidad Nacional de Trujillo, 1998.

Emile Peynaud, “Enología Practica: Conocimiento y Elaboración del

vino”España,1984

Ernest-Bruchmann E., “Bioquímica Técnica”, Editorial Acribia,

Zaragoza-España, 1980.

Ernst Vogt,”El Vino:”Obtención, Elaboración y Analisis”,90 Edición,

Editorial Acribia S.A; Zaragoza-España, 1986.

Formoso, A., “Procedimientos industriales al alcance de todos” Editorial

Limusa, Noriega Editores, España.1997.

Francisco Vallejos;”Alcoholes, su Fabricación y Usos”,1998.

Galvez Peres Jhon;”Familia de Gramineas”Primera Edición, 1998.

Internet:WWW.SorgoDulce.com,(china)

Harma,K., “Levaduras y Alcoholes”, Editorial Reverte S.A,Zaragoza-

España,1961.

Leandro Ibar Albiña “Sorgo Cultivo y aprovechamiento”, Edición

Mexicana.S.A, Editorial Aedos Barcelona, 1985.

Pearson,D., “Técnicas de Laboratorio para análisis de

alimentos” ,Editorial Acribia S.A.,Zaragoza-España,1986.

Spencer,E.Meade,G.”Manual de Fabricantes de Azúcar de Caña y

Químicos Azucareros”, Editorial Wiley,New Cork,1932.


TRABAJO DE INVESTIGACIÓN.

Documents