Fermentacion Alcoholica

FERMENTACION ALCOHOLICA

I.

INTRODUCCION:

La fermentación alcohólica (denominada también como fermentación del etanol o incluso fermentación etílica) es un proceso biológico de fermentación en plena ausencia de aire (oxígeno – O2), originado por la actividad de algunos microorganismos que procesan los hidratos de carbono (por regla general azúcares: como pueden ser por ejemplo la glucosa, la fructosa, la sacarosa, el almidón, etc.) para obtener como productos finales: un alcohol en forma de etanol (cuya fórmula química es: CH3-CH2-OH), dióxido de carbono (CO2) en forma de gas y unas moléculas de ATP que consumen los propios microorganismos en su metabolismo celular energético anaeróbico. El etanol resultante se emplea en la elaboración de algunas bebidas alcohólicas, tales como el vino, la cerveza, la sidra, el cava, etc.1 Aunque en la actualidad se empieza a sintetizar también etanol mediante la fermentación a nivel industrial a gran escala para ser empleado como biocombustible. La fermentación alcohólica tiene como finalidad biológica proporcionar energía anaeróbica a los microorganismos unicelulares (levaduras) en ausencia de oxígeno para ello disocian las moléculas de glucosa y obtienen la energía necesaria para sobrevivir, produciendo el alcohol y CO2 como desechos consecuencia de la fermentación. Las levaduras y bacterias causantes de este fenómeno son microorganismos muy habituales en las frutas y cereales y contribuyen en gran medida al sabor de los productos fermentados (véase Evaluación sensorial).4 Una de las principales características de estos microorganismos es que viven en ambientes completamente carentes de oxígeno (O2), máxime durante la reacción química, por esta razón se dice que la fermentación alcohólica es un proceso anaeróbico. II.

OBJETIVOS:  

III.

Acondicionar la materia prima para la etapa de fermentación alcohólica. Realizar los controles para una optima obtención de etanol, durante la etapa de fermentación. MARCO TEORICO:

La fermentación alcohólica es una bioreacción que permite degradar azúcares en alcohol y dióxido de carbono. La conversión se representa mediante la ecuación:

Las principales responsables de esta transformación son las levaduras. La Saccharomyces Cereviceae, es la especie de levadura usada con más frecuencia. Por supuesto que existen estudios para producir alcohol con otros hongos y bacterias, como la Zymomonas mobilis, pero la explotación a nivel industrial es mínimo. A pesar de parecer, a nivel estequiométrico, una transformación simple, la secuencia de transformaciones para degradar la glucosa hasta dos moléculas de alcohol y dos moléculas de bióxido de carbono es un proceso muy complejo, pues al mismo tiempo la levadura utiliza la

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glucosa y nutrientes adicionales para reproducirse. Para evaluar esta transformación, se usa el rendimiento biomasa/producto y el rendimiento producto/ substrato. El rendimiento teórico estequiométrico para la transformación de glucosa en etanol es de 0.511 g de etanol y 0.489 g de CO2 por 1 g de glucosa. Este valor fue cuantificado por Gay Lussac. En la realidad es difícil lograr este rendimiento, porque como se señaló anteriormente, la levadura utiliza la glucosa para la producción de otros metabolitos. Con el fin de obtener altos rendimientos en la fermentación alcohólica es necesario considerar ciertos parámetros y realizar un estudio sobre los efectos que en mayor o menor grado alteren la buena marcha del proceso.

VARIABLES DE LA FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA Y SUS EFECTOS SOBRE EL PROCESO Clase de microorganismo: Los microorganismos más empleados para la producción de etanol a partir de azúcares son las levaduras del género Saccharomyces y Kluyveromyces y las bacterias Zymomonas mobilis. Concentration del sustrato: El carbono es suministrado por los azúcares contenidos en la materia prima, siendo la concentración de azúcar un valor que se debe considerar ya que afecta la velocidad de la fermentación, el comportamiento y el desarrollo de las células de la levadura. Suele ser satisfactoria una concentración de azúcar del 10 al 18%, el valor más corriente es del 12%. Cuando se trabaja con concentraciones de azúcar muy altas, del orden de 22%, se observa una deficiencia respiratoria en la levadura y un descenso de la velocidad de fermentación; por el contrario, al trabajar con concentraciones muy bajas, el proceso resulta antieconómico ya que requiere un mayor volumen para la fermentación. Concentración de Etanol: La levadura es afectada en alto grado por la concentración de alcohol, una concentración alcohólica del 3% ya influye sobre el crecimiento; una concentración de un 5% influye tanto sobre el crecimiento como en la fermentación. Cuando la concentración es del 10%, en algunas levaduras el crecimiento sufre la paralización total. Temperatura: La selección de esta variable es influenciada tanto por factores fisiológicos como por problemas físicos (pérdidas debidas a la evaporación de etanol al trabajar con temperatura elevada). Se debe tener en cuenta que para cada levadura existe una temperatura óptima de desarrollo, en la cual se muestra activa. Además, se tiene una zona independiente de la temperatura óptima en la cual la levadura aún presenta actividad; a medida que se aleja de la temperatura óptima su actividad disminuye notablemente. Por debajo de la temperatura señalada como mínima y por encima de la máxima, las levaduras continúan viviendo en estado latente, sin embargo, al exponer cualquier levadura a una temperatura de 55 ºC por un tiempo de 5 minutos se produce su muerte. En el caso de la Saccharomyces Cereviceae se tiene un desarrollo óptimo entre 28-35 ºC, recomendable 30 ºC. pH: Este es un factor importante en la fermentación, debido a su importancia en el control de la contaminación bacterial como también al efecto en el crecimiento de las levaduras, en la velocidad de fermentación y en la formación de alcohol. Durante la fermentación la levadura toma el nitrógeno de los aminoácidos orgánicos, perdiendo su carácter anfótero y pasando a ácidos, lo cual origina una disminución del pH del medio. Cuanto más bajo el pH del medio, tanto menor el peligro de infección, pero si se trabaja con pH muy bajos la fermentación es muy lenta, Fermentación Alcohólica

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ya que la levadura no se desarrolla de la forma conveniente. Según estudios se halló que el pH más favorable para el crecimiento de la Saccharomyces Cereviceae se encuentra entre 4.4 - 5.0, con un pH de 4.5 para su crecimiento óptimo. Concentración de nutrientes: Como ya se dijo, la presencia de sustancias nutritivas adecuadas es una condición necesaria para el crecimiento y desarrollo de la levadura, siendo su concentración un factor primordial en la actividad vital de la levadura. Las principales sustancias nutritivas y las más influyentes son el nitrógeno, fósforo, azufre, vitaminas y trazas de algunos elementos. IV.

MATERIALES Y METODOLOGIA

Materia prima e insumos o o

Tomatillo (physalis peruviana). Azúcar.

Materiales y equipos o o o o o

Baño maría Refractómetro Termómetro pH-metro Balanza Reactor.

PROCEDIMIENTO Tomatillo Selección

Pesado

Lavado y desinfección

Acondicionamiento de materia prima

Estrujado*

Corrección del grado alcohólico

Activación de levadura

Fermentación *ANALISIS FISICOQUIMICOS: Fermentación Alcohólica

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   V.

ºBrix (concentración de azucares solubles). pH densidad RESULTADOS

CUADRO Nº1: Seguimiento de la fermentación alcohólica y maloláctica.

Nº 1 2 3 4 5 6

FECHA 15-10-10 17-10-10 20-10-10 02-11-10 03-11-10 04-11-10

DENSIDAD (g/l) 1061.6 1050.5 1035.4 1050.3 1050.5 1020.9

TEMPERATURA (ºC) 23 18.2 16.8 17.2 18.2 19.7

ºBRIX 14.5 8.5 7 7 7 7

Adición de azúcar al mosto: 38 g azúcar por Litro de mosto. En total se colocaron 114 g de azúcar ya que fueron 3 Litros de mosto. CONSUMO DE SUSTRATO Los azúcares que la levadura no ha consumido, se ha determinado mediante una evaluación con un equipo denominado Refractómetro, el cual los datos se muestran a continuación: CUADRO Nº2: Muestra la decadencia de los ºBrix en el tiempo.

N 1 2 3 4 5 6

TIEMPO (h) 0 48 120 408 432 456

Bx 14.5 8.5 7 7 7 7

GRAFICO Nº1: Tiempo vs Brix

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Brix

TIEMPO vs Bx 16 14 12 10 8 6 4 2 0

TIEMPO vs Bx

0

100

200

300

400

500

Tiempo (h)

VI.

INTERPRETACION DE RESULTADOS

Al inicio de la fermentación el nivel de los azúcares son altos (14.5 ºBx) ya que la levadura aún no consume el sustrato y el metabolismo es lento. En las horas siguientes, el metabolismo se acelera y el consumo de sustrato por la levadura aumenta, este consumo lo hace principalmente para mantenimiento celular y para generación de biomasa, además de que la levadura al no contar con oxígeno en el medio tiene que fermentar, por lo tanto genera un metabolito que utiliza como último aceptor de electrones (acetaldehído) para formar el etanol. Esto se observa en el gráfico Nº1: Tiempo vs Brix; ya que en los primeros tiempos de fermentación el consumo es elevado y se incrementa a una velocidad elevada; conforme transcurre la fermentación el consumo va disminuyendo, se puede observar que en los últimos tiempos los azúcares reductores no cambian, esto indica un cese del crecimiento de levaduras, ya no hay consumo de sustrato, muy posiblemente las levaduras han alcanzado una fase de muerte celular y no consumen el sustrato.

VII.

DISCUSIONES

1. Es posible observar en la Grafica Nº1: Tiempo vs Brix; que en el punto en que se presento el mayor consumo de azúcar en la fermentación fue a las 100 horas ya que en el tiempo anterior a este se llevo a cabo el crecimiento de las levaduras mientras que posterior a este se observa una disminución en cuanto al consumo de azúcar. Esta reducción en la cantidad de azúcar se puede atribuir a que la levadura es capaz de fermentar un mosto hasta niveles de etanol que van de un rango entre 8 a12% (v/v), por tal motivo si se llega a estos niveles de etanol las levaduras dejan de crecer y es por ello que observamos una disminución del consumo de azúcar y por ende la cinética de crecimiento. 2. Las condiciones de la operación no fueron las más óptimas, además de que la temperatura varió durante todo el tiempo de fermentación (cuadro Nº1), muy posiblemente disminuyendo el crecimiento por la noche ya que es donde la temperatura baja en mayor proporción y favoreciéndolo en el día por las elevadas temperaturas que se presenta. Las condiciones asépticas no fueron cuidadosamente manejadas debido a que éste tipo de fermentación y por sus características no permite el crecimiento de otros Fermentación Alcohólica

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organismos: al inicio existe un pH bastante ácido y la concentración de azúcares es muy alta lo que limita el crecimiento de bacterias. Posteriormente durante la fermentación se vuelve anaerobia, eliminando así las bacterias aerobias presentes en el medio. Por último la concentración de alcohol en la última fase de la fermentación es lo bastante alta como para limitar el crecimiento de otros organismos. 3. Lo anterior permite establecer que la fermentación alcohólica aparte de ser un proceso relativamente barato para la obtención de alcohol, es poco susceptible a contaminación y posee altos rendimientos, lo que se busca industrialmente es buscar un sustrato más barato proveniente de algún desecho o residuo para evitar gastar mucho en sacarosa. Cabe señalar que muchos productos de gran calidad como vinos, cervezas, tequila y otras bebidas alcohólicas se obtienen por este tipo de fermentación, en muchos de los casos el metabolito no se separa totalmente del producto (no se purifica), ya que perdería propiedades sensoriales, como en el caso de la cerveza que no sufre proceso de destilado.

VIII.

CONCLUSIONES

1. La levadura utilizada es capaz de fermentar mosto en un período de tiempo aceptable para producir niveles de etanol con un rango entre 8 a 14 % (v/v). 2. La levadura redujo la mayor cantidad de azúcares en las 100 primeras horas de fermentación. 3. La levadura utilizada realmente no es la indicada para realizar este tipo de fermentación, pues hubo mucho tiempo empleado en la fermentación la cual fue hasta donde analizamos 19 días es decir 456 horas. 4. El etanol alcanzó una concentración máxima de 10 g de alcohol/ L 5. La producción de etanol está relacionada directamente con el crecimiento de la levadura. 6. Las condiciones ambientales no controladas pudieron haber afectado el crecimiento de la levadura y por lo tanto la producción de alcohol. 7. En cuanto a los objetivos trazados no se cumplió completamente con estos ya que faltaron ciertos factores que influenciaron mucho en la producción de alcohol.

IX.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:

1. http://docencia.izt.uam.mx/mleh/alimentos_fermentados/otros_sitios/Contenido.htm Fermentación Alcohólica

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2. http://www.science.oas.org/Simbio/mbio_ind/cap5_mi.pdf 3. EDUARDO DE LA PEÑA; Vinos Y Licores, “Elaboración de vinos”. Primera Edición. Editorial Acribia. Pgs: 136.

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