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EVALUACIÓN DE LAS CONDICIONES INICIALES DE PROCESO EN LA PRODUCCIÓN DE HIDROMIEL Carolina Acosta*, Martha Quicazán** *Ingeniera Química. Estudiante Maestría Ingeniería. Área Ingeniería Química. Universidad Nacional de Colombia. Sede Bogotá **Profesora Asociada. Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos ICTA. Universidad Nacional de Colombia. Sede Bogotá

Introducción La apicultura como actividad artesanal en Colombia ha limitado significativamente sus actividades comerciales a la distribución de los productos sometidos a proceso sencillos para su envasado, sin que se destaquen estrategias para generar valor agregado a la cadena. La miel, por su alto contenido de carbohidratos de hasta 80 ºBx [1], presenta una buena capacidad fermentativa, que lo hace un sustrato de interés en el mercado de las bebidas fermentadas. En países en los que se tiene mayor tradición en el campo apícola, hace más de 7000 años se conocen procesos de fermentación alcohólica que se encaminan a la producción de una bebida tipo vino, conocida con el nombre de Hidromiel; en las civilizaciones Egipcia, China, Iraní, Persa e Hindú la hidromiel se consideraba como néctar de los dioses empleada exclusivamente en rituales y ceremonias [2]. Actualmente, el vino de miel es bebida nacional en Polonia, Lituania Etiopia y es de amplia difusión en parte de Asia y Europa donde se obtiene mediante procesos industrializados y su consumo representa un 10% del consumo de bebidas tipo vino en Europa occidental y un 30% en Europa oriental [3]. En Latinoamérica, el vino de miel no presenta si quiera cultura de consumo, pero se adelantan algunas investigaciones enfocados en este producto. En Cuba se identificaron las mejores concentraciones de dilución en función del rendimiento y la eficiencia del proceso [4] y en Brasil se obtuvo un vinagre a partir de la fermentación de las mieles propias del territorio [5]; Chile ha centrado esfuerzos en el estudio de mercado del producto y la investigación del desarrollo para el establecimiento de una planta productora, con miras a competir en Europa [4]. Colombia por su parte cuenta con una potencial ventaja competitiva debido a la riqueza en biodiversidad botánica, la aceptación y reconocimiento de las bondades funcionales de la miel en el mercado nacional, por lo cual se han emprendido proyectos que buscan generar valor a los productos apícolas, mejorando a la vez la calidad a través del impulso de las buenas prácticas de manufactura. En este trabajo se presentan avances en el estudio del proceso fermentativo de la miel para la obtención de hidromiel evaluando la dilución inicial para disponer de un mosto con el nivel de azúcares adecuado; que constituye un paso inicial en la estandarización de un proceso que pueda ser transferido a las comunidades para producir hidromiel de buena calidad.

Materiales y Métodos Miel: Se empleo miel cristalizada, proveniente de la vereda San Mateo, localizada en el departamento de Boyacá en Colombia. Levadura: Se trabajó con Sacharomyces cerevisiae esp. Bayanus, nombre comercial Uvaferm BC. La activación se realizó en agua a 40 ºC empleando una concentración de 0.3 g/L, recomendada por la casa comercializadora Interenzimas. Adecuación del mosto: Se efectuaron diluciones en agua para alcanzar tres concentraciones iníciales, que representaron los ensayos: 17, 19 y 22, cifras que indican los Grados Brix del mosto inicial. Como nutriente se empleó fosfato de amonio en una concentración de 0.4 g/L y el agente antimicrobiano que asegura la inocuidad del mosto, fue metabisultifo de sodio a 100 ppm; el cual se empleo también en la parada de la fermentación, en una concentración de 75 ppm. Fermentación: El proceso de fermentación se realizó a 25 °C, durante 15 días, en los cuales se realizaron muestreos cada dos días, para cada uno de los ensayos. Para un total de 8 muestras por ensayo, en las cuales por duplicado se les evalúo el seguimiento del proceso. Seguimiento del proceso: En primer lugar se determinó el cambio en la concentración de azúcares a través de los sólidos solubles, expresados como grados Brix. Así mismo se determinó el pH y acidez titulable, siguiendo el método AOAC 939.05. Por otro lado, el grado alcohólico se determinó sólo en los días 5, 10 y 15, mediante destilación de la muestra y posterior relación de la concentración alcohólica con la gravedad especifica relativa [6]. Finalmente se determinó mediante cromatografía de gases el perfil de los volátiles resultantes junto con la identificación de los alcoholes superiores y el ácido acético. Se empleó un cromatografo Agilent 7890 adecuado con una columna carbowax que aplica el método para determinación de alcoholes de la AOAC. 983.13. Resultados En la Figura 1 se presentan los resultados obtenidos para el descenso de los sólidos solubles durante la fermentación, expresada en gramos de azúcares totales (sustrato) por litro de mosto; de donde se obtiene una expresión matemática que describe el comportamiento del sustrato en el tiempo S(t). Además se identifica en el ensayo 17 la caída más rápida, pues en el día 10 alcanza 5 ºBx mientras que los demás ensayos llegan a esta concentración luego de 15 días de proceso. El descenso de la concentración del sustrato puede explicarse a través de la forma Gay Lussac de la Ecuación 1, que aproxima el mecanismo metabólico de la vía ‘Embden-Meyerhoff-Parnas’. ‫ܪ ଺ܥ‬ଵଶ ܱ଺  ՜ ʹ‫ܪܥ‬ଷ ‫ܪܥ‬ଶ ܱ‫ ܪ‬൅ ʹ‫ܱܥ‬ଶ Ecuación 1.

En general, para esta estequiometria se considera la expresión cinética de la Ecuación 2, en la que se pueden determinar la constante cinética k y el grado de reacción n, respecto al sustrato S y la velocidad de desaparición del mismo rs, tal y como indica el tratamiento logarítmico realizado. ‫ݎ‬ௌ ൌ ݇ܵ ௡ ‫ ࡿ࢘ ܏ܗܔ‬ൌ ࢒࢕ࢍ࢑ ൅ ࢔࢒࢕ࢍࡿ

En general, la evaluación de la acidez y pH muestra un perfil constante a lo largo de la fermentación y entre ensayos, tal y como se muestra en la Tabla 1. Tabla 1. Comportamiento promedio de la acidez y el pH para cada ensayo, durante 15 días de fermentación Acidez (g/L) pH

Ecuación 2.

gSustrato/Lmosto

250

2.585

3.38

Ensayo 19

2.501

3.27

Ensayo 22

2.689

3.30

Ensayo17 200 Ensayo19 150 Ensayo22 100 50 0 0

5

10

15

20

Diasdefermentación

Figura 1. Descenso de la concentración del sustrato durante el tiempo para diferentes niveles de sólidos iníciales en el mosto.

Y ya que se cuenta con la expresión S(t), ésta puede ser derivada en función del tiempo para que represente la velocidad media como una aproximación para rs, lo cual permite graficar el logaritmo de la velocidad como logaritmo de dS/dt contra el logaritmo de la concentración del sustrato (log S); tal y como se indica en la Figura 2.

logrS

Ensayo 17

2,5

y=0,966x+0,968 R²=0,981

2,0

y=0,832x+1,220 R²=0,944

1,5

y=0,940xͲ 0,855 R²=0,987 17

1,0

19 22

0,5 0,5

1,0

logS

1,5

2,0

2,5

Figura 2. Tratamiento de datos para la obtención de los parámetros cinéticos

De la Figura 2 se encuentran los órdenes de reacción para cada ensayo, así como las constantes cinéticas. Se identifica la mayor constante cinética para el Ensayo 19 y en el Ensayo 17, el mayor orden de reacción, 16.6 t-1 y 0.97 respectivamente; de modo que a partir de estos datos no es posible seleccionar el mejor ensayo, pero en cambio se puede descartar el Ensayo 22 pues no solo presenta el menor orden de reacción sino que la constante cinética más baja; lo que representa la velocidad de reacción más baja de los tres ensayos. Por otro lado, se encontró un incremento promedio del grado alcohólico de 4.0 hasta 9.0 % entre los días 5 y 15; lo cual frente al mínimo de 6,0 % aceptado en vinos, representa un buen comienzo para este proyecto [7], pues indica un rendimiento promedio de 0.4 g alcohol/g sustrato, valor no tan lejano del esperado teóricamente.

Finalmente, del análisis cromatográfico se encontró acetaldehído, acetato de etilo, alcohol iso-amílico, npropanol, iso-butanol, alcohol bencílico, una muy baja concentración de ácido acético y tan solo trazas de metanol, inferiores al 1 mg /L permitido (NTC 708). Conclusiones Con base en el estudio realizado se puede descartar el trabajo con diluciones iníciales de 22 ºBx debido a su baja velocidad de reacción. Para los demás ensayos es necesario realizar estudios más detallados para seleccionar la mejor opción, incluyendo en este caso, análisis de costos. Se obtuvo un vino de miel de características aceptables que sobrepasa los límites inferiores de grado alcohólico permitido en la bebidas tipo vino, además no presenta concentraciones significativas de metanol o ácido acético, de modo que puede considerarse de buena calidad. Por otro lado puede asumirse una buena aceptabilidad sensorial debido a los compuestos volátiles existentes que enriquecen la respuesta olfativa. Agradecimientos Los autores agradecen al apoyo del Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos ICTA mediante su proyecto: “Selección de Indicadores Fisicoquímicos en la catalogación mediante Nariz electrónica de los productos apícolas”, y a la Dirección de Investigación sede Bogotá DIB, de la Universidad Nacional.

Referencias 1.

2. 3.

4.

5.

6. 7.

Anklam, E., A review of the analytical methods to determine the geographical and botanical origin of honey. Food chemistry, 1998. 63(4): p. 549 -562. Rodriguez, F., Las maravillas de la colmena: hidromiel y Vinagre de miel. 2005. Vallebendito, S.A., Evaluación técnica y económica de la elaboración de vino de miel de alta calidad (hidromiel), incorporando valor agregado a la miel producida en la VI Región. 2006, Fundacion para la Innovacion Agraria - FIA: Chile. Lorenzo, M., Farjardo, M., Pérez, J. Evaluación de una cepa de levadura para fermentar diferentes concentraciones de miel de Apis mellifera. Ilha, E., Torres, Regina., Porto, Anna., Meinert, Elza., Utilization of bee (Apis mellifera) honey for vinegar production at laboratory scale. Acta Cientifica Venezolana, 2000. 51: p. 231-235. AOAC, Alcohol in wines by volume from specific gravity in Method 920.57. Instituto Nacional de Vitinicultura, Informe de Comercio Exterior. Colombia, S.d.E.y.A.T. Internacionales, Editor. 2006.