Obtención de Vinagre de Manzana Fuji Balance de Materia y Energía
August 19, 2022 | Author: Anonymous | Category: N/A
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍA QUÍMICA
OBTENCIÓN DE VINAGRE DE MANZANA FUJI CÁTEDRA: PROCESOS INDUSTRIALES CATEDRÁTICO: ING. JOSE LUIS CAJAHUANCA VALVERDE
REALIZADO POR: CAPCHA IBARRA, Cristian Anthony
IQI
Alumno del VIII Ciclo de Ingeniería Química Industrial. Huancayo, 20 de enero del 2022
INTRODUCCIÓN El vinagre ha sido desde las civilizaciones antiguas debido a su uso como agente saborizante y conservador de alimentos. Si bien ha sido tradicionalmente considerado como un producto industrial secundario sin interés comercial relevante, la gran diversidad de productos que actualmente contienen vinagres (salsas, kétchup, mayonesa mayonesa,, aderezos), ha favorecido su resurgimiento también se ha propuesto su uso medicinal debido a que presenta efectos fisiológicos que contribuyen a regular la glucosa en la sangre y la presión sanguínea, ayudar a la digestión, estimular el apetito y promover la absorción del calcio. El vinagre de manzana es el producto de la fermentación alcohólica seguida de la fermentación acética del zumo de la manzana. Suele tener un 5-6 % de ácido acético (pH 2,5 -3,5). El ácido es el ácido del vinagre su fórmula es
, puede considerarse
como el producto de la oxidación del alcohol etílico, con eliminación de agua. Por fermentación además de ácido acético también se forman algunos ácidos grasos como el ácido fenico y el ácido valeriánico, estos ácidos combinados con residuos de alcohol combinados con residuos de alcohol forman éteres, estos compuestos combinados con los acetales (producto del aldehído acético y alcohol) contribuyen a dar el aroma al vinagre. La materia prima, manzana, presenta una amplia composición de acuerdo a su variedad, destacándose destacánd ose su contenido de ácido L-málico y ácido cítrico en pequeñas cantidades. Los aromas de esta fruta se desarrollan durante la maduración y están constituidos por aldehídos, alcoholes, ésteres e hidrocarburos. Las condiciones de fermentación son otros parámetros importantes en la calidad del vinagre. La fermentación alcohólica debe ser conducida con las sepas de la manzana la cual cumple la función de una bacteria apropiada que aporta el complejo enzimático para la conversión de los azúcares del jugo de manzanas en alcohol etílico. El vinagre presenta un aroma suave frutal, característico de la materia prima (manzana) de partida, las condiciones de temperatura, pH, concentración del sustrato y oxígeno disuelto son factores fundamentales en la calidad del vinagre. El uso del vinagre es muy amplio en la industria alimentaria, se utiliza en la cocina doméstica como aliño, en la fabricación de salsas (kétchup, mayonesa) y encurtidos.
OBJETIVOS. Objetivos generales.
Conocer y realizar el balance de materia y energía aplicado a la producción
•
de vinagre de manzana Fuji.
Objetivos Específicos. Se describe el proceso de cada máquina, para poder entender la obtención
•
de Vinagre de Manzana Fuji. Se realizará el Balance de Materia con reacción y sin reacción química en
•
las maquinas del proceso de obtención de vinagre de manzana Fuji. Se realizará el Balance de Energía en las maquinas del proceso de
•
obtención de vinagre de manzana Fuji.
ÍNDICE INTRODUCCIÓN.................... .......................................... ............................................ ............................................ ............................................ ...................... 2 OBJETIVOS. .................... ........................................... ............................................. ............................................ ............................................. ............................. ...... 3 Objetivos generales. .............. .................................... ............................................ ............................................. ............................................ ..................... 3 Objetivos Específicos. ..................... ........................................... ............................................. ............................................. ................................ .......... 3 I. CAPÍTULO I ..................... ........................................... ............................................ ............................................ ............................................ ...................... 7 1.1. Manzana Fuji. ................... .......................................... .............................................. ............................................. ................................... ............. 7 1.1.1. Principios activos de la manzana Fuji. ...................... ............................................. ................................. .......... 7 1.2. Definición de Vinagre. ..................... ........................................... ............................................. ............................................ ..................... 8 1.2.1. Vinagre de Manzana. .................... .......................................... ............................................. ........................................ ................. 8 1.2.2. Composición de Vinagre Natural de Manzana........................................... .......................................... 9 1.2.3. Propiedades fisicoquímicas. .................... ........................................... .............................................. .......................... ... 10 1.2.4. Propiedades químicas del Vinagre. .................... ........................................... ...................................... ............... 10 1.2.5. Beneficios del Vinagre Natural de Manzana. ........................................... ........................................... 11 1.3. Fermentación Alcohólica. .......................................... ................................................................. ...................................... ............... 13 1.3.1. Definición. ..................... ........................................... ............................................. ............................................. .............................. ........ 13 1.3.2. Reacción. ................... .......................................... .............................................. ............................................. ................................. ........... 13 1.4. Fermentación Acética. ..................... ........................................... ............................................. .......................................... ................... 15 1.4.1. Definición. ..................... ........................................... ............................................. ............................................. .............................. ........ 15 1.4.2. Reacción. ................... .......................................... .............................................. ............................................. ................................. ........... 15 1.5. Factores claves de la fe fermentación rmentación Acética. ..................... ............................................ ............................... ........ 15 1.5.1. Temperatura:...................... ............................................ ............................................. ............................................. .......................... .... 15 1.5.2. Influencia de la aireación:........................................ aireación:.............................................................. ................................. ........... 16 1.5.3. pH ......................................... ............................................................... ............................................. .............................................. ....................... 16 1.6. Descripción del proceso. ...................... ............................................ ............................................. ...................................... ............... 17 1.6.1. Descripción. ................... ......................................... ............................................ ............................................. ............................... ........ 17 1.6.2. Recepción. ..................... ........................................... ............................................. ............................................. .............................. ........ 17 1.6.3. Selección.................... .......................................... .............................................. ............................................. ................................. ........... 17 1.6.4. Lavado y Desinfección .................... ........................................... .............................................. .................................. ........... 17 1.6.5. Trituración. .................... .......................................... ............................................. ............................................. .............................. ........ 17 1.6.6. Escaldado....................... ............................................ ............................................. ............................................. .............................. ........ 18 1.6.7. Estandarizació Estandarización. n. ........................................... .................................................................. ............................................. ...................... 18 1.6.8. Inoculación. ................... ......................................... ............................................ ............................................. ............................... ........ 18 1.6.9. Fermentación alcohólica...................... ........................................... ............................................. ............................... ........ 18 1.6.10. Filtración.................... .......................................... .............................................. ............................................. ................................. ........... 18 1.6.11. ...................... ............................................ ............................................. ............................................. .............................. ........ 18 1.6.12. Mezclado. Fermentación Acética. ..................... ............................................ .............................................. .................................. ........... 18
1.6.13. Trasiego Final. ............................................. .................................................................... ............................................. ...................... 19 1.6.14. Tanque de almacén (Vinagre).................. (Vinagre)......................................... ............................................. .......................... .... 19 1.6.15. Envasado.................... .......................................... .............................................. ............................................. ................................. ........... 19 1.7. Maquinas utilizadas en el pproceso roceso de obtenc obtención ión de Vinagre de de Manzana. Manzana. ...... 19 1.7.1. Tolva ......................................... ............................................................... ............................................. .......................................... ................... 19 1.7.2. Faja transportadora ................... ......................................... ............................................ .......................................... .................... 19 1.7.3. Tanque de lavado. ..................... ........................................... ............................................. .......................................... ................... 20 1.7.4. Trituradora. .................... .......................................... ............................................. ............................................. .............................. ........ 20 1.7.5. Escaldadora.................... ......................................... ............................................ ............................................. ............................... ........ 21 1.7.6. Tanque de Mezclado..................... .......................................... ............................................. ...................................... ............... 21 1.7.7. Fermentadores Fermentadores.. ..................... ............................................ .............................................. ............................................. ...................... 21 1.7.8. Filtrador. .................... ........................................... .............................................. ............................................. ................................. ........... 21 1.7.9. Tanque de Almacenamiento. .......................................... ................................................................. .......................... ... 22 1.8. Tabla de máquinas usadas en el proceso. ...................... ............................................. .................................. ........... 22 Faja transportadora ................ ...................................... ............................................ ............................................. ...................................... ............... 22 Tanque de lavado ............................................ ................................................................... ............................................. ................................. ........... 23 Escaldadora. Escaldado ra. ...................... ............................................ ............................................ ............................................ .......................................... .................... 24 Tanque de Mezclado. .................................. ........................................................ ............................................. ...................................... ............... 24 Fermentadores. Fermentadore s. ...................... ............................................ ............................................. ............................................. ..................................... ............... 24 Filtrador. .................... ........................................... ............................................. ............................................ ............................................. ........................... .... 25 Tanque de Almacenamiento.......................................... ............................................................... .......................................... .................... 25 1.9. Diagrama de bloque. .................... ........................................... .............................................. ............................................. ...................... 26 1.10. Diagrama de operaciones. .................... .......................................... ............................................. .................................. ........... 27 1.11. Diagrama de flujo. .................... ........................................... .............................................. ............................................. ...................... 28 II. CAPITULO II: BALANCE DE MATER MATERIA. IA. ........................................... .......................................................... ............... 29 2.1. BALANCE DE MATERIA EN CADA MÁQUINA CON Y SIN REACCIÓN QUÍMICA. .................... ........................................... ............................................. ............................................ ............................................. ........................... .... 29 2.1.1. Selección.................... .......................................... .............................................. ............................................. ................................. ........... 29 2.1.2. Lavado y Desinfección. .................... .......................................... ............................................. .................................. ........... 29 2.1.3. Trituración (Triturador) .................... .......................................... ............................................. .................................. ........... 31 2.1.4. Escaldado (Maquina de escaldado) .................... ........................................... ...................................... ............... 32 2.1.5. Estandarizació Estandarizaciónn (Mezclador) ................... .......................................... .............................................. .......................... ... 33 2.1.6. Inoculación (Mezclador)............... (Mezclador)..................................... ............................................ ...................................... ................ 34 2.1.7. Fermentación alcohólica. Reactor (Rx. química). .................................... .................................... 36 2.1.8. Filtración (Filtrador) ..................... ........................................... ............................................. ...................................... ............... 37 2.1.9. Mezclado (Mezcladora) .................... .......................................... ............................................. .................................. ........... 40 2.1.10. Fermentación Acética. (Rx. Química). ...................... ............................................. ............................... ........ 41
2.1.11. Trasiego Final. Má Máquina quina de trasiego final. (Filtrador) ............................. ............................. 44 2.1.12. Almacenado (Tanque de almac almacén) én) ..................... ............................................ ...................................... ............... 45 III. CAPITULO III: BALANCE DE ENERGÍA. ...................... ............................................. ............................... ........ 47 3.1. Maquinas y Ba Balance lance de Ene Energía. rgía...................... ............................................ ............................................. .......................... .... 47 3.2. Balance de En Energía ergía eenn eell esc escaldado: aldado: ............................................. ................................................................ ................... 47 3.2.1. Diagrama. ...................... ............................................ ............................................. ............................................. .............................. ........ 47 3.2.2. Balance de Energía ................... ......................................... ............................................ .......................................... .................... 48 3.2.3. Tablas utilizadas: ...................... ............................................ ............................................. .......................................... ................... 49 3.3. Balance de Energía en la F Fermentación ermentación Alcohólica: ....................................... ....................................... 50 3.3.1. Diagrama ................... .......................................... .............................................. ............................................. ................................. ........... 50 3.3.2. Balance de Energía ................... ......................................... ............................................ .......................................... .................... 50 3.3.3. Tablas utilizadas: ...................... ............................................ ............................................. .......................................... ................... 52 3.4. Balance de Energía en la Fermentación Acética: ............................................ ............................................ 53 3.4.1. Diagrama. ...................... ............................................ ............................................. ............................................. .............................. ........ 53 3.4.2. Balance de energía. ................... ......................................... ............................................ .......................................... .................... 53 3.4.3. Tablas utilizadas ................... .......................................... .............................................. ............................................. ...................... 55 IV. CONCLUSIONES.................... ......................................... ............................................ ............................................. ............................... ........ 56 V. Bibliografía............. Bibliografía................................... ............................................ ............................................ ............................................. ............................... ........ 57 VI. ANEXOS. ...................... ............................................ ............................................ ............................................ .......................................... .................... 58 Tablas Tabla 1.Composición de Manzana ........................................... .................................................................. ........................................ ................. 7 Tabla 2.Composición de vinagre de manzana ...................... ............................................. ............................................ ..................... 9 Tabla 3.Beneficios del vinagre de manzana ...................... ............................................. ............................................. ...................... 12 Tabla 4.Grados Alcohólicos y su densidad ............................................................ .................................................................... ........ 14 Tabla 5.Equipo -Descripción ...................... ............................................. .............................................. ............................................. ...................... 22
I.
CAPÍTULO I 1.1.Manzanaa Fuji. 1.1.Manzan Aunque podamos pensar que es una variedad comercial nueva, lo cierto es que su descubrimiento se realizó en los años 30 del siglo S. XX en Japón y su comercialización definitiva como tal se produjo en 1962. Mucha gente cree que el nombre hace referencia al monte Fuji, pero lo cierto es que no. Se debe a la ciudad de Fujisaki donde se descubrió en un centro tecnológico de investigación. Desde entonces, en Japón es la manzana más consumida por mucho con respecto a otras variedades. La manzana Fuji empezó siendo una variedad. Originariamente era un híbrido entre dos variedades que ya había en EEUU llamadas Red Delicious (la de los cuentos de Blancanieves) y Ralls Janet. Estos son los padres de la manzana Fuji, pero claro, hoy en día ya no se puede considerar una variedad sino un grupo de variedades con diferentes características y con adaptaciones concretas. Existen más de 20 variedades o clones de la manzana Fuji, que se han ido hibridando hasta conseguir características diferentes según climas, suelos, resistencia a enfermedades etc. (Ruiz de Angulo, 2020). Tabla 1.Composición de Manzana
Composición
Porcentaje (%)
Azúcar
12.6
Otros componentes
87.4
Fuente: Manzana en la base de datos de nutrientes USDA 1.1.1. Principios activos de la manzana Fuji. Pectina: Se trata de un hidrato de carbono que no se absorbe en
•
el intestino, y que forma la mayor parte de la fibra vegetal insoluble. La mayor parte de los 2,4 g/100 g de fibra de la manzana, están formados por pectina; y solamente la quinta parte de la pectina de la manzana se encuentra en la piel del fruto, por lo que al pelarlas se pi pierde erde una pequeña cantidad. La pectina retiene agua y diversas sustancias de desecho en el
intestino, actuando como una auténtica escoba intestinal que facilita la eliminación de las l as toxinas junto con las heces. Ácidos Orgánicos: Presentan el 1% y el 1,5% del peso de la
•
manzana, según las variedades. El más abundante es el ácido málico, aunque también se encuentran el cítrico, succínico, láctico y salicílico. Al igual que ocurre con los cítricos, estos ácidos orgánicos producen al metabolizarse un efecto alcalinizante (antiácido) en la sangre y en los tejidos. Además, estos ácidos renuevan la flora intestinal y evitan fermentaciones intestinales. Taninos: La manzana es, después del membrillo, una de las
•
frutas más ricas en taninos, que son astringentes y antiinflamatorios. Flavonoides: Constituyen un grupo de elementos fitoquímicos
•
presentes en muchas frutas y hortalizas, capaces de impedir la oxidación de la lipoproteína de baja densidad (sustancias que transportan el colesterol a la sangre). De esta forma los flavonoides impiden que el colesterol se deposite en las paredes de las arterias y detienen el proceso de la arteriosclerosis (endurecimiento y estrechamiento de las arterias).
1.2.Definición de Vinagre. El vinagre es un líquido miscible, con sabor agrio, proveniente de la fermentación acética del vino (mediante las bacterias Mycoderma aceti). Aunque la mayor parte de las bebidas alcohólicas son susceptibles de servir de base para la obtención del vinagre, las más utilizadas son el vino, la sidra, la cerveza y el alcohol. Sin embargo, en su función como conservante, el vinagre debe ser de buena calidad y provenir del vino blanco o del tinto. 1.2.1. Vinagre de Manzana. El vinagre natural de manzana puro y sin destilar, es uno de los auxiliares más preferidos por el hombre desde la antigüedad como preservante de verduras y antimicrobiano. Para que un vinagre de
manzana sea natural, este se lo debe producir a partir de manzanas fresca machacadas o licuadas. Cuando al alcohol de manzana (sidra) se lo ha dejado en contacto con el aire este se oxida y se induce a una fermentación acética mediante un proceso biológico ocasionado por microorganismos vivos (Acetobacter) presentes en toda fruta que provocan que el alcohol se transforme en ácido acético. Un vinagre 100% natural de manzana debe poseer un color café cobrizo oscuro, que lo obtiene por la oxidación del jugo de la manzana durante sus procesos de fermentaciones alcohólica y acética, además el vinagre natural de manzana debe poseer un olor característico a la sidra o alcohol de manzana, es decir, ligeramente avinagrado y agradable que en nada se parece a un vinagre industrial habitual. 1.2.2. Composición de Vinagre Natural de Manzana. El Vinagre se forma por la acción conjunta del oxígeno del aire y de las acetobacterias que transforman el alcohol contenido en el jugo en ácido acético y agua, su resultante es el vinagre y su fórmula química correspondiente correspond iente es: Ácido acético + agua → C2H4O2 + H2O. Por fermentación, además de ácido acético, también se forman algunos ácidos grasos, como el ácido fénico y el ácido valeriánico, estos ácidos combinados con residuos de alcohol no oxidados forman éteres, estos compuestos combinados con los acetales (producto del aldehído acético y alcohol) contribuyen a dar el aroma al vinagre; A continuación,, en la Tabla 1 observamos lo siguiente. continuación Tabla 2.Composición de vinagre de manzana
Composición de vinagre de manzana Análisis
Resultado
Alcohol (%W/V)
0.28
Acides total (%W/V)
4.50
Acides volátil (%W/V)
4.33
Solidos (%W/V)
0.82
Ceniza (mg/ml)
1.80
Gravedad
1.02
especifica
(g/ml) pH
2.91 Fuente: Erazo et al. (2001)
1.2.3. Propiedades fisicoquímicas. Es el segundo ácido carboxílico más simple después del ácido fórmico o metanoico, que solo tiene un carbono, y antes del ácido propanoico, que ya tiene una cadena de tres carbonos. El punto de fusión es 16,6 °C y el punto de ebullición es 117,9 °C. En disolución acuosa, puede perder el protón del grupo carboxilo para dar su base conjugada, el acetato. Su pKa es de 4,8 a 25 °C, lo cual significa, que, al pH moderadamente ácido de 4,8, la mitad de sus moléculas se habrán desprendido del protón. Esto hace que sea un ácido débil y que, en concentraciones adecuadas, pueda formar disoluciones tampón con su base conjugada. La constante de disociación a 20 °C es Ka = 1,75·10−5. 1,75·10−5. Es de interés para la química orgánica como reactivo, para la química inorgánica como ligando, y para la bioquímica como metabolito (activado como acetil-coenzima A). También se utiliza como sustrato, en su forma activada, en reacciones catalizadas por las enzimas conocidas
como
acetiltransferasas
y,
en
concreto,
histona
acetiltransferasas. Hoy día, la vía natural de su obtención es a través de la carbonilación (reacción con CO) de metanol. Antaño se producía por oxidación de etileno en acetaldehído, el cual se oxidaba posteriormente para obtener, finalmente, el ácido acético.
1.2.4. Propiedades químicas del Vinagre.
El fruto del manzano contiene 12,6 % de hidratos de carbono en forma de azúcares (fructosa en su mayor parte, glucosa y sacarosa en menor proporción). Igualmente, contiene pequeñas cantidades de proteínas y grasas. Entre las vitaminas se destacan la C y la E; y entre los minerales, el potasio y el hierro. En conjunto, sus nutrientes aportan 59 Kilo calorías por cada 100 gramos (59 Kcal/100g); Según Pamplona citado por Hidalgo et al. al. (2016). 1.2.5. Beneficios del Vinagre Natural de Manzana. El vinagre de manzana se coloca como uno de los elementos más novedosos hoy en día gracias a sus increíbles beneficios para la salud. Este ingrediente posee un alto contenido en ácido acético y polifones, uno de los principales componente componentess de la manzana, con altas propiedades antioxidantes, anticelulíticas y seborreguladoras que mejoran la barrera de la piel. Además, este producto ayuda a regular el Ph, tu nivel de azúcar en la sangre, así como los niveles de colesterol y niveles de glucosa. (Martín, 2018) Este producto de sidra de manzana no solo se recomienda aplicado en la piel, sino diluido con agua por su alto contenido en potasio, calcio, magnesio, vitaminas C y E. beneficios. Si bien beber vinagre diluido en agua mejora la presión arterial, también es excelente para el dolor de estómago, mejora la digestión, aliviando el dolor por espasmos y además ayuda a reducir los niveles de grasa abdominal. Es un gran depurativo intestinal, gracias a que posee ácido acético, por lo que ayuda a combatir el estreñimiento, y las bacterias malignas mueren ante su contacto. En otras palabras, es depurativo, digestivo y ligeramente laxante (aumenta el movimiento intestinal). Aumenta la secreción de enzimas relacionadas con la digestión de las grasas, mejorando la digestión de estas. Es un antioxidante como también elimina infecciones que se presenta en la piel de los seres vivos. El Vinagre de Manzana además de ser utilizado como un aderezo y conservante alimenticio, es también utilizado por sus propiedades terapéuticas, en la Tabla 2 a continuación se menciona las siguientes propiedades y beneficios de propiedades dell vinagre de man manzana. zana.
Tabla 3.Beneficios del vinagre de manzana
Beneficios del vinagre de manzana Óseo
Elimina y ablanda el calcio formado en los huesos aliviando el dolor causado por artritis, reduciendo la progresión de la enfermedad.
Digestivo
Desintoxica el hígado debido a que ayuda a metabolizar las grasas del organismo y ayuda a mantener un buen funcionamiento del sistema digestivo, mejorando las digestiones lentas mediante el aumento de las enzimas del organismo, destruyendo las bacterias dañinas y regulando los ácidos del estómago.
Circulatorio
Promueve el pH sanguíneo mientras mejora la circulación, ayudando a limpiar la sangre del organismo de contaminantes o toxinas
Cardiovascular
Estabiliza
la
presión
arterial
aumentándola o disminuyéndola, es decir, regulándola. Nervioso
Contiene vitamina A y sales minerales que ayudan a mejorar el sistema nervioso del cuerpo
Urinario
Reduce
el
riesgo
de
contraer
infecciones urinarias, riñones u vaso mediante la limpieza del tracto urinario manteniendo la orina ácida. También ayuda a alcalinizar el pH sanguíneo del organismo debido a que contiene gran cantidad de potasio que
complementa a la eliminación de líquidos del organismo.
Fuente: Müller (2001) citado por Vallejos et. al (2016) 1.3.Fermentación 1.3.Fermentac ión Alcohólica. 1.3.1. Definición. La fermentación alcohólica es el proceso por el que los azucares contenidos en el mosto se convierten en alcohol etílico. El oxígeno es el desencadenante inicial de la fermentación, ya que las levaduras lo van a necesitar en su fase de crecimiento. Sin embargo, al final de la fermentación conviene que la presencia de oxígeno sea pequeña para evitar la pérdida de etanol y la aparición en su lugar de acético 1.3.2. Reacción.
+ → ℎ í + 2 + + . La ecuación balanceada de la reacción de fermentación alcohólica es la siguiente:
→ 2 + 2 2 + 57 La fermentación alcohólica es un proceso exotérmico, es decir, se desprende energía en forma de calor. Es necesario controlar este aumento de temperatura ya que si ésta ascendiese demasiado (25 30ºC) las levaduras comenzarían a morir deteniéndose el proceso fermentativo. A lo largo de todo el proceso de fermentación, y en función de las condiciones (cantidad de azúcar disponible, temperatura, oxigeno, etc.) cambia el tipo de levadura que predomina pudiéndose distinguir varias fases en la fermentación:
1ª fase (1er día), predominan levaduras no esporogéneas, que
•
resisten un grado alcohólico 4 – 5%v/v. Son sensibles al anhídrido sulfuroso. 2ª fase (2º- 4º día), predomina el Saccharomyces cerevisiae que
•
resiste hasta un grado de alcohol entre 8 y 16%v/v. En esta fase es cuando se da la máxima capacidad fermentativa. 3ª fase (5° - 6° día), sigue actuando Saccharomyces cerevisiae
•
junto a Saccharomyces Saccharomyces oviformes. También pueden existir otros otros microorganismos procedentes principalmente de las bodegas y de los utensilios, suelen ser hongos entre los que destacan Penicillium, Aspergillus, Oídium, etc.
Tabla de Grados Alcohólicos y su densidad.
Tabla 4.Grados Alcohólicos y su densidad
Fuente: (De vera y Flores, 1892)
1.4.Fermentación 1.4.Fermentac ión Acética. 1.4.1. Definición. Es llamada así a la fermentación bacteriana por Acetobacter aceti, donde el ácido acético es producido mediante la fermentación de varios sustratos, como solución de almidón, soluciones de azúcar, o productos alimenticios alcohólicos como vino o sidra, con bacterias de Acetobacter. 1.4.2. Reacción.
+ + + → + 0 Durante el proceso, el alcohol etílico es transformado totalmente en ácido acético y agua por acción de bacterias del grupo Acetobacter en presencia de oxígeno, es decir que son bacterias aeróbicas. Otras transformaciones paralelas tienen lugar, como son la transformación del ácido málico, ácido láctico y glicerina, y la aparición de otros subproductos químicos que pueden pueden alterar el producto final. (SANCHEZ, 2019) La siembra de bacterias acetificadores se logra mediante la mezcla en partes iguales de sidra y vinagre fresco y caliente. La aireación se logra mediante la introducción por el fondo del tanque, de oxígeno el cual está constantemente burbujeando a través de todo el proceso. Es necesario realizar controles periódicos de la disminución del alcohol y aumento del ácido acético. Un pequeño porcentaje de alcohol no superior a 0,5% v/v queda como remanente al final del proceso. (SANCHEZ, 2019) 1.5.Factores claves de la fermentación Acética. 1.5.1. Temperatura: La temperatura de operación óptima que se utiliza para la fermentación acética, se encuentra encuentra entre el rango de 30°C - 31°C. sin embargo, cuando la temperatura es superior a 33ºC o está por sobre la la
temperatura óptima, ocurre un proceso de desactivación bacteriana bacteriana,, en el cual las enzimas son des naturadas, la membrana dañada, causando que los constituyentes se dispersen y el organismo sea más sensible a los efectos tóxicos de la célula, además de aumentar las pérdidas de alcohol y productos volátiles (Fajardo Castillo & Sarmiento Forero, 2000) 1.5.2. Influencia de la aireación: El factor aireación, se considera fundamental, dado que las bacterias acéticas requieren de un suministro constante de oxígeno, además de una agitación orbital para homogenizar el contenido y garantizar la aireación. La concentración de oxígeno disuelto en el medio se debe mantener constante, en torno a 2 mg/L y la cantidad de aire suministrado debe ser aproximadamente de 50 ml/min para 100 ml de medio lo que equivale a 0,5 v/vm que es el volumen de aire introducido, por unidad de volumen de fermentador por minuto (Concepcion & Polo, 1991) 1.5.3. pH El pH tiene un marcado efecto en la velocidad de crecimiento y en el rendimiento. El pH óptimo para algunos organismos en especial para las levaduras se encuentra en un rango de 4,0 a 6,0. En cambio el valor de pH puede afectar su composición o su naturaleza de la superficie microbiana al disociarse ácidos y bases. El pH tiene una gran influencia en los productos finales del metabolismo anaerobio (Fajardo Castillo & Sarmiento Forero, 2000)
1.6.Descripción 1.6.Descripc ión del proceso. 1.6.1. Descripción. Método sumergido: Es el procedimiento más común de elaboración de vinagres Actualmente, donde el medio es mezclado y aireado continuamente,, la característica principal de este procedimiento es el continuamente empleo de un cultivo de bacterias sumergidas libremente en el líquido a fermentar, donde el líquido está adecuadamente aireado para facilitar el aporte de oxígeno que el sistema necesita Para la elaboración de vinagre de manzana delicia aplicamos el método sumergido. Este método es simple y económico que puede ser operado a pequeña escala escala se realiza en barriles de madera o plástico el proceso se se mantiene has hasta ta que se com complete plete la acetificación.
1.6.2. Recepción. Se coloca las manzanas de la variedad Fuji en el tanque de recepción un peso total de 30 kilogramos. 1.6.3. Selección. Se separa las manzanas dañadas, 2.9 kg de desecho se eliminan aquellas manzanas podridas o insuficientemente maduras, para así obtener un mosto sano y limpio y pasar a la siguiente etapa, en la cual se obtiene 27.1 kg manzanas óptimas para el proceso. pr oceso. 1.6.4. Lavado y Desinfección Las manzanas se colocan en un recipiente y se lavan con sumo cuidado cuidad o con agua fría, durante un tiempo de 3 a 5 minutos tiempo suficiente para eliminar las impurezas adheridas a la superficie. La desinfección desinfección se realiza con hipoclorito 19 ml de desinfectante en un recipiente de 10 litros con agua por 3minutos, de lo cual tenemos un desecho de 10.121 kg de lo cual se obtiene 26.9997 kg de manzana limpia.
1.6.5. Trituración.
Se procede a echar toda la manzana Fuji limpia al triturador para la conversión de la maquina al 96.3% proceder al triturado de la manzana por la trituradora, para para así obtener 26 kg de manzana triturada. 1.6.6. Escaldado. En este proceso se llevó a la cocción por un periodo de 5 minutos a temperatura de 100 °C los 26 kg manzana triturada, se utilizó un 1 litro de agua por cada kilogramo de manzana triturada y la pérdida del vapor de agua es de un 1 kg, para así obtener 51 kg de mosto. 1.6.7. Estandarización. En esta etapa se le añadirá azúcar al mosto, por cada 2 kg de mosto se le añadirá 1 kg de azúcar, así obtendremos 76.5 kg de disolución de mosto. 1.6.8. Inoculación. En este proceso se le añadirá 1.5 kg de levadura (Saccharomyces cerevisiae) para 76.5 kg de disolución de mosto, así obtendremos 78 kg de mosto con levadura. 1.6.9. Fermentación alcohólica. A este proceso c entra 78 kg de mosto con levadura en un fermentador alcohólico durante un periodo de 6 a 10 días, así obtendremos 64.0067 kg de alcohol impuro y la perdida es de. 13.9767 kg de dióxido de Carbono. 1.6.10. Filtración. A la filtración entrara 64.0067 kg de alcohol impuro. En este proceso se eliminará o se descube los 25.6471 kg de sólidos precipitados, para obtener 38.3596 kg de alcohol diluido. 1.6.11. Mezclado. En este proceso entra 39.4938 L Alcohol diluido (densidad
0.9735 ) y también entra 108.5442 L Acetobacter aceti al 5%, así
obtendremos 148.038 L de disolución con Acetobacter Aceti al 9.99% de alcohol. 1.6.12. Fermentación Acética. En este proceso se almacenará los 148.038 L de disolución con Acetobacter Aceti al 9.99% de alcohol y también entrará 48.99L aire
seco al fermentador acética durante un periodo de 27 a 30 días, para obtener 158.2812 L de Vinagre impuro, se pierde 38.702 L de gases. 1.6.13. Trasiego Final. En este proceso se filtrará los 158.2812 L de Vinagre impuro y se elimina 6.01996 L de solidos precipitados, se obtuvo 152.2612 L de vinagre diluido. 1.6.14. Tanque de almacén (Vinagre). En este proceso se logrará detener la reacción que entra 152.2612 L de
vinagre diluido y 0.01028 L Bisulfito de Sodio (densidad=
1.48 ),
para obtener obtener 15 152,27148 2,27148 L de vinagre a una concentración de 12.628 12.628 % de Ácido acético. 1.6.15. Envasado. En este último proceso se llevará a cabo el envasado del vinagre.
1.7.Maquinas utilizadas en el proceso de obtención de Vinagre de Manzana. 1.7.1. Tolva Una tolva es un contenedor similar a un embudo de gran talla destinado al depósito y canalización de materiales, sustancias, granulares o pulverizados. Regularmente va montado en una base. Una tolva puede estar fabricada de diferentes materiales según sea el objetivo de su uso. Así como el producto a almacenar. Entre todas las opciones que se tienen de tolvas, las más utilizadas son las fabricadas con polietileno (Tecnotanques, (Tecnotanques, 2021). 1.7.2. Faja transportadora Fajas transportadoras (también conocidas como cintas o bandas transportadoras) son equipos sumamente versátiles e indispensables para las diferentes industrias como la minería, agricultura y construcción. Las fajas transportadoras permiten movilizar el material o carga entre las diferentes etapas del proceso productivo haciéndolo más fluido y continuo.
Según
su
aplicación,
pueden
tener
diferentes
configuraciones y controles, sin embargo, el principio de
funcionamiento es esencialmente esencialmente el mismo para todas. Una banda sin fin (unida en sus dos extremos), es arrastrada por la fricción generada por un tambor motriz (también conocido como polea de cabeza) y retornada nuevamente en un ciclo continuo por una polea de cola que gira libremente situada al extremo contrario de la polea motriz. Si bien es cierto, su principio de funcionamiento parece bastante sencillo, la realidad es que para que un equipo transportador funcione correctamente,, demanda un monitoreo constante e implementación de correctamente nuevas tecnologías que prevengan y mitiguen las posibles fallas (Jewett, 1990). 1.7.3. Tanque de lavado. Estructura fabricada en acero inoxidable 304, consta de una bomba de presión que hace rotar la fruta, permitiendo remojarla rápidamente y facilitando la limpieza de la fruta. A su vez, alimenta la lavadora de inmersión o de cepillos según la línea manejada por el cliente. El diseño del tanque permite un remojo rápido, para remover tierra, insectos, partículas, productos agroquímicos, agroquímicos, etc., y una salida por la parte trasera gracias al impulso producido por la bomba. El agua se recircula gracias a un tanque ubicado en la parte inferior del equipo. El tanque de recuperación viene con 2 mallas en acero inoxidable para filtrar sólidos. (Alimentarias, (Alimentarias, 2019) 1.7.4. Trituradora. Es una máquina una máquina que procesa un material de forma que produce dicho material con trozos de un tamaño menor al tamaño original. Es un dispositivo diseñado para disminuir el tamaño de los objetos mediante el uso de la fuerza, para romper y reducir el objeto en una serie de piezas de volumen más pe pequeñas queñas o ccompactas. ompactas. La primera chancada es generalmente la principal. La acción de cualquier tipo de chancadora hace uso de la fuerza, como medio de llevar a cabo la tarea de aplastar a los objetos. En esencia, implica la transferencia de fuerza de aplastamiento, que se incrementa con la
ventaja mecánica, y por lo tanto con la distribución de la fuerza a lo largo del cuerpo del objeto (VILLARREAL-ORTIZ, 2015). 1.7.5. Escaldadora. El escaldado es anterior a la l a congelación, que busca la destrucción de enzimas que afectan al color, sabor y contenido vitamínico. Se alimenta el producto a la zona de cocción por medio de un transportador de tornillo horizontal integrado y se descarga el producto sobre una cinta que se mueve continuamente. continuamente. Esta solución reduce la pérdida de vapor de la máquina al mínimo gracias a una abertura de entrada de producto muy limitada limit ada (Anónimo, 2007). 1.7.6. Tanque de Mezclado. Son equipos de procesos comúnmente usados en la industria para la mezcla de fases homogéneas y heterogéneas con y sin reacción química, y cuando ocurren reacciones químicas se suele llamar reactor químico. Son generalmente de forma cilíndrica y pueden ser operados por lotes, con recirculación o en flujo continuo. (MORATÓ, 2019) 2019)
1.7.7. Fermentadores. El fermentador es el recipiente en el que se realiza el proceso industrial. La fermentación es un proceso mediante el cual ocurren reacciones químicas debido a la presencia de microorganismos o enzimas de estas. Estos equipos posibilitan la generación de condiciones favorables para procesos de fermentación y biorreacción a través de variables tales como temperatura, pH y concentración de gases, entre otras. (FIGMAY, 2019) 1.7.8. Filtrador. La filtración sirve en gran medida como un proceso en la fabricación industrial que minimiza la contaminación de un producto
al eliminar las impurezas y protege el sabor y la calidad del alimento o la bebida. La filtración previa, clarificación, estabilización y esterilización son procesos fundamentales para proteger la calidad calidad del producto producto final. En estas etapas de filtrado se eliminan partículas, levaduras, esporas de moho y bacterias para garantizar bebidas claras y limpias, así como para evitar bloqueos bloqueos aguas aabajo. bajo. (Powell, 202 2020) 0) 1.7.9. Tanque de Almacenamiento. Un tanque de almacenamiento es un depósito que se utiliza para manipular y almacenar diferentes sustancias como por ejemplo gases, líquidos, productos de origen químico y petróleos, entre otros. Es una estructura con dos funciones: f unciones: almacena almacenarr la cantidad suficiente de agua para satisfacer la demanda de una población y regular la presión adecuada en el sistema de distribución dando así un servicio eficiente. (SYNERTECH, 2020) 1.8.Tabla de máquinas usadas en el proceso. Tabla 5.Equipo -Descripción
Equipos
Tolva
Parámetros
MARCA: OPROIN. MATERIAL: Acero inoxidable DIMENSIONES: 0.80 m Diámetro, 1.10 m de profundidad, 0.08 m diámetro inferior. MODELO: Sin modelo.
Faja transportadora
MARCA: FRIMAQ MATERIAL: Acero inoxidable, faja de Polietileno. DIMENSIONES: L 2-3-4 metros, altura 800-1000 mm. aprox.
PESO APROXIMADO: 70Kg. (Según longitud) ANCHO DE BANDA: 500 mm POTENCIA: 0,5 KW FRECUENCIA: 50/60 Hz. VOLTAJE: 380/400/440/460 V MODELO: CT 500.
Tanque de lavado
MARCA: ZINGAL MATERIAL: Acero inoxidable 304. DIMENSIONES: Frente 150 cm, Fondo 70 cm, Alto 80 cm. CAPACIDAD: 50-100 Kg MODELO: FR5
Trituradora
MARCA: HENTO MATERIAL: Acero inoxidable. DIMENSIONES: 500 × 300 × 600mm TRITURACIÓN FINEZA: 5-8mm VELOCIDAD DE ROTACIÓN: 310 RPM POTENCIA: 0.55 KW CAPACIDAD: 0,05-0,5 TM/h MODELO: HT-FCO.5
Escaldadora.. Escaldadora
MARCA: JERSA MATERIAL: Acero inoxidable 304. DIÁMETRO: 1.22, largo 2.44 MOTOR: 1.5 HP MODELO: 48-8
Tanque de Mezclado.
MARCA: Tri-Canadá. CAPACIDAD: 100 Litros MATERIAL: Acero Inoxidable 304. No Enchaquetado. Enchaquetado. DIMENSIONES: 0.9m Profundidad, Por 0.44m De Radio. Sistema fijo de mezclado. MODELO: NLDG-150.
Fermentadores. Fermentadore s.
MARCA: THE HOMER BREWER PERÚ. CAPACIDAD: 70 L. MATERIAL: Acero inoxidable 304. DIMENSIONES: 50 cm de diámetro x 1.00 m de altura. TERMÓMETRO: 3” 3” MODELO: SKU 600
Filtrador.
MARCA: DELLA TOFFOLA MATERIAL: Acero inoxidable AISI 304 DIMENSIONES: 400x400 MODELO: No registra.
Tanque de Almacenamiento.
MARCA: Camargo Industrial MATERIAL: Acero inoxidable. VOLUMEN: 150 L MODELO: No indica.
1.9.Diagrama de bloque. | 1
RECEPCIÓN SELECCIÓN
2
3
LAVADO Y DESINFECCIÓN
5
4
TRITURACIÓN
6
ESCALDADO
8
ESTANDARIZACIÓN
9
INOCULACIÓN
7
FERMENTACIÓN ALCOHOLICA
10
FILTRACIÓN
11
12
MEZCLADO
13
FERMENTACIÓN ACÉTICA
14
15
TRASIEGO FINAL
16
ENVASADO 17
1 Manzanas de Fuji 2,5 Desechos 3 Cloro 4,6 Agua 7 Vapor de agua 8 Azúcar 9 Levadura 10 Dióxido de Carbono 11 Solidos precipitados 12 Cepa Natural (Acetobacter Aceti) 13 Aire 14 Gases Residuales 15 Bisulfito de Sodio 16 Lodos de l as Levaduras 17 Vinagre de manzana
UNCP
FIQ
DPTO. ACADÉMICO DE INGENIERÍA QUÍMICA PROCESOS INDUSTRIALES (082D)
PROCESO DE OBTENCIÓN DE VINAGRE DE MANZANA FUJI (DIAGRAMA DE BLOQUES) V°B° POR: FECHA: C.I.C.A. J.C.A. 30/12/21
1.10. Diagrama de operaciones. MANZANA FUJI
RECEPCION
1
SELECCIÓN
2 DESECHOS MANZANA CLORO AGUA
LAVADO Y DESINFECCION
3 DESECHOS
4
TRITURACION
5
ESCALDADO T°=100°C
AGUA
RELACION ;2PROD:AZUCAR VAPOR DE AGUA
Resumen 6
ESTANDARIZACION
7
INOCULACION
=12 LEVADURA
=6
FERMENTACION ALCOHOLI ALCOHOLICA CA T°=22-24°C
8 DIÓXIDO DE CARBONO
FILTRADO
9 ACETOBACTER ACETI SOLIDOS PRECIPITADOS
10
MEZCLADO
11
FERMENTACION ACETICA
AIRE
BISULFITO DE SODIO GASES RESIDUALES
TRACIEGO FINAL
12
LODOS DE ACETOBATER
VINAGRE DE MANZANA
UNCP
FIQ
DPTO. ACADÉMICO DE INGENIERÍA QUÍMICA PROCESOS INDUSTRIALES (082D)
PROCESO DE OBTENCIÓN DE VINAGRE DE MANZANA FUJI (DIAGRAMA DE OPERACI OPERACIÓNES) ÓNES) POR: C.I.C.A.
V°B° J.C.A
FECHA: 03/01/22
1.11. Diagrama de flujo.
Manzana
1
Cloro
3
F-111
X-131
J-121
C-141 Agua
4
Agua
6
Azúcar
8
M-221
M-211 Levadura
R-231
Desechos
2
Desechos
10
Dióxido de Carbono
11
Solidos precipitados
Gases Residuales
14
M-311
13
Bisulfito de Sodio
5
H-241
12
Aire
Vapor de agua
X-151
9
Acetobacter aceti. 5%
7
R-321
H-331
F-341
17
Vinagre
16
Lodos
15
Puntos De Cotrol
1 30 Manzana Desechos Cloro Agua AVap. de agua I R Azúcar E T Levadura A M CO2 E D Sol. Preci. E Ac. Aceti5% C N Aire A L A Gases Res. B NaHSO4 Vinagre Lodos COMP. (Kg)
2
3
4
5
6
7
8
9
11
10
12
13
14
15
16
17
10.121
2.9 0.21044 9.99995
26 1 25.5 1.5 13.9767 25.6471 108.5442 48.99 38.7021 0.01028 152.2714
Leyenda C-141 Trituradora F-111,F-341 Tanque de recepción y almacen H-241,H-331Filtrador J-121Transportador M-211,M-221, M-311Mezcladores R-231;R-321 Fermentadores X-121Maquina de Lavado X-151Maquina de Escaldado
UNCP
FIQ
DPTO. ACADÉMICO DE INGENIERÍA INGENIER ÍA QUÍMICA PROCESOS INDUSTRIALES (082D)
PROCESO DE OBTENCIÓN DE VINAGRE DE MANZANA FUJI (DIAGRAMA DE FLUJO) POR: C.I.C.A.
V°B° J.C.V.
6.0199
FECHA: 05/01/22
II.
CAPITULO II: BALANCE DE MATERIA. 2.1.BALANCE DE MATERIA EN CADA MÁQUINA CON Y SIN REACCIÓN QUÍMICA. 2.1.1. Selección.
SIMBOLOGIA: Agua = a Manzana = s Material inerte = i
A = Manzana
Selección (J-121)
30 kg C: Desechos: 2.9 kg
B: Manzana
BALANCE TOTAL (MAQUINA) + 30 2.9 + 27.1 2.1.2. Lavado y Desinfección.
SIMBOLOGIA: Agua = a Hipoclorito = h Manzana = s Material inerte = i
B: Manzana útil
= 0 = 99.63 =0.369% = 0 D: Mezcla=
Lavado (X131)
10.0210
E: Desechos=?
= = 0 =
F: Manzana limpia=
= 0 = 100 =0
= BALANCE TOTAL (MAQUINA)
+ + BALANCE PARCIAL (MAQUINA, Manzana, s)
+ + + + 27.10.9963 27.1 963 + 10 100 0 + 1 1 26.9997 26.9997 BALANCE TOTAL (MAQUINA)
+ + 27 27.1.1++ 10 10.0.021 21 + 26 26.9.999 9977 10.121 BALANCE PARCIAL (Agua, a) + + + + B0 +10.0210 +10.02100.9979 979 10.121 + 0 0.9888
BALANCE PARCIAL (Inerte, i)
+ + + + 27.10.00369 27.1 0369 + 0 10.121 + 0 0.00988 BALANCE PARCIAL (Hipoclorito, h)
+ + + + 27.10 +10.0210 27.1 +10.02100.0021 021 10.121 + 0 0.002079 Composición de la corriente E=10.121 kg AGUA=10.121*0.988 AGUA=10.121 *0.988 = 9.99 kg Manzana = 0 Material inerte=0.00988*10.121 = 0.0999 kg
Hipoclorito=0.002079*10.121 Hipoclorito=0.00207 9*10.121 = 0.02104 kg 2.1.3. Trituración (Triturador)
SIMBOLOGIA: Agua=a Hipoclorito=h Manzana=s Material inerte=i
Trituración (C-141)
F: Manzana
H: Manzana triturada
Conversión de la maquina: 96.3%
BALANCE TOTAL (MAQUINA)
F 26.9997kg0.963 26.9997kg 0.963 H 26.00
2.1.4. Escaldado (Maquina de escaldado) SIMBOLOGIA: Agua = a Manzana triturada = s J: Vapor de agua= 1kg
= 100 = 0 H: Manzana triturada
= 5 = 95 I: Agua= 26.00 kg
Escaldado (X-151)
K: Mosto =??
= ? = ?
= 100 = 0 BALANCE TOTAL (Escaldadora)
+ + 26.0 26.00 0 + 26.0 26.00 0 1 1++ 51.00 BALANCE PARCIAL (Escaldadora, Manzana triturada, s)
+ + + + 26 ∗ 0.95 0.95 + 0 0 +51 0.4843 BALANCE PARCIAL (Escaldadora, agua, a) + + + + 26 ∗ 0.05 0.05 +26∗ 1 1 ∗ 1 +51∗ 0.5156 E + +
26.00+26.00 52 kg 52 1+51 Composición de la corriente K = 51.00 kg AGUA = 0.5156*51 = 26.2956 kg Manzana triturada = 0.4843*51 = 24.6993 kg
2.1.5. Estandarización (Mezclador)
SIMBOLOGIA: Agua = a Manzana triturada = s Azúcar = z Material inerte = i
K: Mosto= 51.00 kg
= 51,56 %
= 51,56 % 6. 1021%
= 48,43 %
= 42.3379% Estandarización (M-211)
N: Disolución.
= 34.37 =37,40 =28.22
M: Azúcar: 25.5
= 0 = 100 =0 BALANCE TOTAL (Mezclador)
+ 51.00+25.5 N 75.5
BALANCE PARCIAL (Mesclador, agua, a)
K + + 51*0.5156 156 + 0 76.5 0.3437 BALANCE PARCIAL (Azúcar, z) + K + 51 51∗∗ 0.061021 61021 +25.5 +25.51 76.5 0.3740
BALANCE PARCIAL (Inertes, i)
+ K + 51*0.423379 23379 +25.5 +25.50 76.5 0.2822 BALANCE TOTAL E + + 51.00 +25.50 26.29 26.29 + 28 28.6.611 11 ++ 21 21.5.588 8833 76.5 kg 76.49 Composición de la corriente N = 76.50 kg Agua = 0.3437*75.5 = 26.2930 kg Azúcar = 0.3740*75.5 = 28.611 kg Inerte = *75.5 = 21.5883 kg
0.2822
2.1.6. Inoculación (Mezclador)
SIMBOLOGIA: Agua = a
Azúcar = z Levadura = l Material inerte = i Densidad del Mosto = 1030 g/L
1 → 0.0196
N: Mosto diluido=76.5 Kg
= 34.37 =37,40 =28.22 =0
INOCULACIÓN (M-221)
O: Levadura:
= 0 =0 =0 =100
BALANCE TOTAL (Mezclador)
+ + 51.00+25.5 P 75.5 BALANCE PARCIAL (Mezclador, agua, a)
+ + N + 76.50.3437 76.5 437 + 0 78 0.3370 BALANCE PARCIAL (Azúcar, z)
+ + N + 76.50.3740 76.5 740 + 0 78 0.3668 BALANCE PARCIAL (Levadura, l)
+ +
P: Mosto con levadura = 78 Kg
= 33.7 =36.68 =1.923 =27.67
N + 76.50 +1.5 76.5 +1.51 78 0.01923 BALANCE PARCIAL (Inertes, i)
+ K + 76.5∗ 0.2822 822 +25.5 +25.50 78 0.2767 BALANCE TOTAL
E + + 76.5 +1.5 26.29305+28.6110+1.5+21.5883 78 kg 77.9923
2.1.7. Fermentación alcohólica. Reactor (Rx. química).
SIMBOLOGIA: Agua = a Azúcar = z Levadura = l Material inerte = i Dióxido de carbono = d Alcohol = o Q: Dióxido de Carbono =13.9767 kg
= 0 =0 =0 =o =100 = 0
Fermentación Alcohólica (R-231)
P: Mosto con levadura = 78 Kg
= 33.7 =36.68 =1.923 =27.67 =0 =0
R: Alc Alcoh ohol ol im im ur uro o=
= 41.0631 =0 =2.3433 = 33,7193 =0 = 22.8635
→ 2 +2 + 57 ? 78 ∗∗100 36.68 28.6104 ? 78 ∗ ∗ 100 33.7 100 1.923 ? 78 26.29 ∗ 1.4999 67 ? 78 ∗100 27. 21.5826 → 2 +2 + 57 1 ? 28.6104 180. 15
0.1588 2 07 ? 0.1588 1 46. 1 14.6342 2 44 ? 0.1588 1 1 13.9767 SUTANCIA
%W
Peso
Azúcar
36.68
28.6104
Agua Levadura Inerte TOTAL
33.7
26.29
Rx. QUÍMICA
→ 2 + 2
Azúcar Alcohol Consumido Producido
Dióxido de Carbono Producido
28.6104
14.6342
13.9767
0
0
0
0 0
0 0
0 0
1.923 1.4999 27.67 21.5826 99.973 77.9829
BALANCE TOTAL (Fermentación alcohólica)
+ 78.00 13.9767 +64.0067
Sale
Pierde
14.6342 13.9767 26.29
0
1.4999 0 21.5826 0 64.0067 13.9767
Concentraciónn del agua: Concentració
Concentraciónn del alcohol: Concentració
Concentraciónn del Inerte: Concentració
Concentraciónn de la levadura: Concentració
78.00 77. 9834 ×100 26.29 64.0067 64.0067×100 ×100 41.0631 ×100 14.6342 ×100 64.0067 22.8635 5826 ×100 21. 067 64. 033.7193 1.4999 64. 0067 2.3×100
2.1.8. Filtración (Filtrador)
SIMBOLOGIA: Agua=a Levadura=l Inerte= i Alcohol=o
R: Alcohol impuro=
64.0067
= 41.0631 =2.3433 = 33,7193 = 22.8635
FILTRACIÓN (H-241)
38.3596
S= Alcohol Diluido
= 62.5004 =0 = 0 = 37.4823 BALANCE TOTAL (Filtrador)
+ 64.0.006 64 0677 8.6 +
T =25.6471 kg Solidos Precipitados
= 9 = 5.862 = 84.36 = 1
BALANCE PARCIAL (Material Inerte, i)
+ + 00 64.00670,337193 + Kg
21.5826 BALANCE PARCIAL (Levadura, l) + + 64.00670,023433 + 0 1.4998 Kg Para el proceso el proceso “T" “T" al 90%
0.9 + 1.4998 Kg Kg 21.5826 Kg+ 0.9 25.6471kg Sabemos: 1.4998 Kg y 21.5826 Kg 1.4998 25.6471 0.05862
25.6471 21. 5826 0.8436
Composición de la corriente S=25.6471
0.09*25.6471=2.3082 kg Alcohol= 0.01*25.6471=0.2564 kg Levadura=0.05862 ∗ 25.6471= 0.15003 kg Inerte= 0.8436∗ 25.6471= 21.6358 kg Agua=
PARA LA SALIDA DE ALCOHOL DILUIDO
+ 64.0067 25.6471 kg + 38.3596
BALANCE PARCIAL (Agua, a)
+ + 64.0067 0.410631 25.64710.099 +38.3596 64.0067
0.625004 BALANCE PARCIAL (Alcohol, o)
+ + 1 +38.3596 64.0067 0670.228635 0.228635 25.64710.01 0.374813
BALANCE GENERAL
+ 64.0067 25.6471 kg +38.3596 64.0067 64.0067
Composición de la corriente S=
38.3596kg 0.625004*38.3596=23.9749 Alcohol= 0.374813*38.3596=14.37767 kg Agua=
2.1.9. Mezclado (Mezcladora)
SIMBOLOGIA: Agua=a Acetobacter aceti al 5% = t Alcohol=o S = Alcohol Diluido = 39.4938 L
38.3596 = 62.5004 = 37.4823 = 0 U =108.5442 L Acetobacter aceti al 5%
Mezclado (M-311)
V: Disolución con Acetobacter aceti.
= 86.32 = 9.99
= 3.66
= 95 = 0 = 5 ℎ %ℎ ×100 %ℎ = 37.4823 37.4823 La densidad a 37.4823 grados es de d= 0.9735 0.9735 V=
V= 38.3596 0.9735 0.9735 V=39.4938 =39.4938 L Para el Acetobacter aceti: por cada 10L de alcohol se necesita 7.5 L de acetobacter aceti
BALANCE TOTAL
+ 39.4938 L + 108.5442 39.4938 108.5442 V 148.038 BALANCE PARCIAL, Agua, a)
+ + 39.4938 0.625 + 108.54420.95 148.038 0.8632 BALANCE PARCIAL (Acetobacter aceti, t)
+ + 39.49380 + 108.54420.05 148.038 0.0366
BALANCE PARCIAL (Alcohol, o)
+ + 39.49380.374823 0.374823 + 108.54420. 148.038 0.0999 BALANCE GENERAL
+ 39.4938 L + 108.5442 148.038 39.4938 148.038 148.038 Composición de la corriente V= Agua=
*
148.038
=127.7864 L
0.8632 0.0999148.038 *148.038=14.7889 L Acetobacter aceti=0.0366 ∗ 148.038 148.038 = 5.4181 L L Alcohol=
2.1.10. Fermentación Acética. (Rx. Química).
SIMBOLOGIA: Agua= a Acetobacter aceti al 5% = t
Alcohol=o Oxigeno=m Nitrógeno=n Vinagre= v X = Gases=38.7021L
= 0 = 0 = 0 0 100 0
V= 148.038 L Disolución con
= 86.32 9.99 ==3.66 0 0
FERMENTACIÓN ACÉTICA (R-321)
Y= Vi Vina re iim m uro=
= 84.3898 = 0 12.1870 = 3.4230
0 0
W= Aire Seco= 48.99 L
==00 = 0 21 79 0 REACCIÓN QUIMICA
++ → + 1 1 32 14.7889 ? ∗ 10.2879 46 ∗ 1 ∗ ∗ 1 ? 14.7889 ∗∗ ∗∗1 46 1 60 ∗ 1 19.2898
∗ 1 ? 14.7889 ∗∗ 1 46 1 ∗ 1 18 5.7869 SUTANCIA
%W
Peso (L)
Alcohol
7.50768847
14.7889
Oxigeno Agua Nitrogeno Acetobacter aceti Total
Rx. QUÍMICA
++ → +
5.22272435 10.2879 64.8716592 127.7864 19.6473916 38.7021 2.75053634 5.4181 100
196.9834
Nitrógeno Acetobacter Acetobacter Oxigeno Vinagre Agua Alcohol aceti aceti Consumido Consumido Producido Producido consumido
14.7889
0
19.2898
5.7869
0
0
Sale
Perdida
25.0767
0
saliente
0 0 0 0
10.2879 0 0 0
0 0 0 0
0 127.7864 0 0
0 0 38.7021 0
0 0 0 0
5.4181
133.5733
0 0 127.7864 0 0 38.7021 5.4181 0 158.2812 38.7021
BALANCE GENERAL
+ + 148.038 038 + 48.99 48.99 158.2812 2812 + 38.77021 021 197.028 ≅ 196.9833 196.9833 HALLANDO EL PORCENTAJE PARA LA CORRIENTE "Y=158.2812"
×100 % 133.5733 158.2812 ×100 84.3898 5.4181 × 100 158.2812 3.4230
19.2898 158.2812 × × 100 158.2812 12.1870 2.1.11. Trasiego Final. Máquina de trasiego final. (Filtrador)
SIMBOLOGIA: Ácido acético = v Agua = a Acetobacter aceti = t
Y= Vinagre impuro=
= 84.3898 12.1870 = 3.4230
FILTRACIÓN (H-331)
152.2612
ZA = Vinagre diluido
6.01996
Z= Solidos Precipitados
= 9 1 = 90
= 87.369 12.629 = 0 BALANCE TOTAL (FILTRADO)
+ BALANCE PARCIAL (Acetobacter aceti, t)
+ + 158.28120,03423 0.9+0 6.01996 HALLANDO (ZA)
+ 158.2812 2812 6.01996 6.01996 + 152.2612 152.2612
BALANCE PARCIAL (Agua, a)
+
6.01996 + 0.09+152.2612 158.28120,843898 158.2812 0.87369 BALANCE PARCIAL (Ácido acético, v)
+ + 158.28120.121870 158.2812 0.121870 6.01996 0.01+152.2612 0.12629 2.1.12. Almacenado (Tanque de almacén) SIMBOLOGIA: Ácido acético = v Agua = a Bisulfito de sodio = y
152.2612
ZA = Vinagre diluido
= 87.369 12.629 0
Tanque de
15.2261 0.01028 L Bisulfito de sodio ቀ 1.48 ቁ ZB=
Almacén (Vinagre, F341)
ZC=
152.27148 L Vinagre = 87.3631 12.628
= 0 0 100
0.0067511
BALANCE TOTAL (TANQUE)
+ 152.2612 2612 + 0.0102 0.010288 152.27148 L BALANCE PARCIAL (Agua, a)
+
+ 152.26120.87369 + 0.0102 152.2612 0102880 152.27148 152.27148 0.873631 BALANCE PARCIAL (ácido acético, v)
+ + 152.26120.12629 + 0.00102 102880 152.27148 152.27148 0.12628 BALANCE PARCIAL (bisulfito de sodio, y)
+ +
152.26120 +0.01028 152.2612 +0.010281 152.27148 152.27148 6.7511 7511×× 10− Composición de la corriente ZC = 152.27148 Agua = 0.873631*152.27148 133.029L Ácido acético= 0.12628*152.27148 19.2288L Bisulfito de sodio=6.7511×10− ∗152.27148 =0.01027999L 01027999L
III.
CAPITULO III: BALANCE DE ENERGÍA. 3.1.Maquinas y Balance de Energía.
N° 1 2 3 4 5 6 7 8 9
MAQUINA Faja Transportadora Lavador Trituración Escaldado Estandarización Inoculación Fermentador Alcohólica Filtrador Mezclador
CODIGO J-121 X-131 C-141 X-151 M-211 M-221 R-231 H-241 M-311
10 11 12
Fermentador Acética Filtrador Tanque de Almacenamiento
R-321 H-331 F-341
3.2.Balance de Energía en el escaldado: 3.2.1. Diagrama.
BALANCE DE MATERIA SI SI SI SI SI SI SI SI SI SI SI SI
BALANCE DE ENERGÍA NO NO NO SI NO NO SI NO NO SI NO NO
SIMBOLOGIA: agua=a Solido seco=s aire seco =b
J: Vapor de agua= 1kg 2
= 100 =0
Escaldado (X-151)
HI: Mezcla = 52 kg 1 MANZANA
K: Mosto= 51Kg 3
TRITURADA
= ? = ?
= 5 = 95 AGUA = 100 = 0
Composición de la corriente K=51.00 kg AGUA= 0.5156*51=26.2956 kg Manzana
3.2.2. Balance de Energía
, , ∆ℎ ℎ ℎ . ∗. ∗ ∆ ∗. ∗ ∆ ∗ (18 ) ∗ ( 1 8 ) 26 26 ∗ 4.1 4.18 8 26kg ∗ 4.02 ∗ ∗ (18) 4.18 (18) 4.02
21.56 °C + . + + + Se sabe que:
0 ∗
∗ ∗ Se sabe que:
+ + ∗ + ∗ ∗ 1 1 ∗ + 51 ∗ 52 ∗ ∗ ( ) 1 21,560 ° 21.56 ∗° ∗ ° 100.1529 639.6032 52 1 ∗639.6032 +51 ∗100.1529 52 ∗ 21, 2 1, 5 56 6 4626.2811
Entonces:
3.2.3. Tablas utilizadas:
Figura 1.Capacidad Calorífica de alimentos (Geankoplis, 1998)
Figura 2.Tabla de Temperatura de Agua Saturada (Van Wylen Wylen & Sonntang, 1986)
3.3.Balance de Energía en la Fermentación Alcohólica: 3.3.1. Diagrama Q: Dióxido de Carbono =13.9767 kg
SIMBOLOGIA: Agua=a Azúcar=z Levadura=l Material inerte= i Dióxido de carbono=d Alcohol=o
2
Fermentación
P: Mosto con levadura = 78 Kg
R: Alcohol impuro =
64.0067
1
= 33.7 =36.68 =1.923 =27.67 =0 =0
T=26 °C
Alcohólica (R-231)
3
T=26 °C
= 41.0631 =0 =2.3433 = 33,7193 =0 = 22.8635
3.3.2. Balance de Energía BALANCE DE ENERGIA ENERGIA
+ + + … → 2 + 2 Corregido a T=26 °C =299K
78 0.52 180/ 0.52 273 299 0.475
0.475
0.95
0.95
∆° 1277
277
393.91
218.8 .
111.96 .
29.16
∆° ∆° …1 =
=
En (1)
+0.95 0.475 1277 0.95 277 +0.95393.91 30.789 En (2) 21.56 ° 2621,56 0.475 218.8 . 2621,56° 461.449
0.461 0.95 0.95 111.96 . 2621,56 2621,56° 472.247 0.472 2621,56° 0.95 29.16 .
En
122.997 0.122
… + + + + + 0.472 +0.122 + 30.789 0.461
3.3.3. Tablas utilizadas:
Figura 3.propiedades Termodinámicas. Termodinámicas. - Tabla utilizada. utilizada. Fuentes: (Flores Almazán & Hernández Segura, s.f.)
3.4.Balance de Energía en la Fermentación Acética: 3.4.1. Diagrama.
SIMBOLOGIA: Agua= a Acetobacter aceti al 5% = t Alcohol=o Oxigeno=m Nitrógeno=n V= 148.038 L, Disolución con Vinagre= v Acetobacter aceti.
T=31 °C
= 0 = 0 = 0 0 100 0
3
1
= 86.32 = 9.99 = 3.66 0 0 0
T=31 °C
FERMENTA CIÓN ACÉTICA
Y= Vinagre impuro= 158.2812 L 4
= 84.3898
(R 321) = 0 = 0 = 0 21 79
T=31 °C
= 0
12.1870 =
3.4230
2
W= Aire Seco= 48.99 L
0
3.4.2. Balance de energía.
+ + + + … + → + 273 1 2.88 148 203 46
2,88 ∆ 277 111,96 . °
2,88 0 29,35 .
2,88 483,52 124,26
∆° ∆° …1 =
=
( )…2 =
En (1)
+2,88 285,83 2,88 483,52 2,88 277 277 +2,880 +2,880 1417,96
En (2)
21.56 ° 3121,56° 2,88 111,96 .
2,88 285,83 75,29 .
3044,069 3,044 3121,56° 2,88 29,35 . 94 797, 0,797 3121,56 2,88 124,26 . 3121,56° 3378,28 3,378 3121,56 2,88 75,29 . 3121,56° 2046,934 2,046
En
+ + + + … + + + 3,378 + 2,046 046 + 1417,96 3,044 + 0,797 0,797 KJ9) 1416,377 , ,
3.4.3. Tablas utilizadas
Figura 4.Propiedades Termodinámica-Tablas Termodinámica-Tablas utilizadas Fuentes: (Flores Almazán & Hernández Segura, s.f.)
IV.
CONCLUSIONES. Se desarrolló el Balance de Materia y Energía en el proceso, por lo cual se realizó
•
cálculos planteados en cada proceso para la obtención del Vinagre de Manzana Fuji, donde se obtuvo mediante cálculos del Balance de Materia, con una concentración de 10% de ácido acético y una producción final de vinagre de 152.27 L a partir de 30 Kg de manzana. Se realizó los diagramas (bloques, operación y flujo), en el programa VISIO
•
especificando cada parte del proceso que se tomó en cuenta para la producción del vinagre de Manzana Fuji.
Se logró describir los procesos por el cual se realizó el Balance de Materia con
•
reacción química (fermentador alcohólico, fermentador acético) y sin reacción química en las demás máquinas, para cada proceso de forma detallada, que se
utiliza para la producción del Vinagre de Manzana Fuji. Se calculó el balance de energía en las máquinas (Escaldadora, fermentador
•
alcohólico, fermentador acético), con la ayuda de las tablas termodinámicas, también se logró extraer la capacidad calorífica promedio, entalpía a 1 atm y 273 K y a sus respectivas sustancias puras. En donde se concluye que para el escaldado escal dado
4626.2811 , así como también en la fermentación alcohólica 7.32695 , así como también en la fermentación acética 338,514 .
es necesario un calor de
V.
Bibliografía
Alimentarias, M. (2019). Obtenido de https://www.ingenieriaima.com.co/producto/tanquelavado-de-fruta/ Come Naranjas. (2019). Obtenido de https://www.comenaranjas.com/es/tienda/manzana-fujikg Concepcion , L., & Polo, C. (1991). El Vinagre de Vino. Madrid: Vino. Madrid: CSIC. De vera y Flores, V. (1892). Tabla de Correspondencia. Londres. Correspondencia. Londres. Fajardo Castillo, E., & Sarmiento Forero, S. (2000). Evaluación de la melaza de caña como sustrato para la producción de Saccharomyces cerevisiae. Bogota: cerevisiae. Bogota: Potificia Universidad Javeriana. FIGMAY. (2019). Obtenido de https://figmay.com/biorreactor-fermentador/ Flores Almazán, S., & Hernández Segura, G. (s.f.). STUDYLIB STUDYLIB.. Obtenido de STUDYLIB: https://studylib.es/doc/4587620/propiedades-termodin%C3%A1micas-de-diversassustancias-a-298.15-k Geankoplis, C. J. (1998). Procesos de transporte y operaciones. Mexico: operaciones. Mexico: COMPAÑÍA EDITORIAL CONTINENTAL, S.A. DE C.V. Martín, R. (2018). Grazia Grazia.. Obtenido de https://graziamagazine.com/es/articles/6-beneficiospara-la-salud-del-vinagre-de-manzana-que-no-conocias/ MORATÓ, N. G. (25 de Mayo de 2019). Obtenido de https://www.consumer.es/seguridadalimentaria/escaldado-de-alimentos-para-mayor-inocuidad.html Powell, L. (26 de Mar de 2020). Obtenido de https://www.russellfinex.com/es/noticias/metodohttps://www.russellfinex.com/es/noticias/metodofiltracion-continua-para-la-industria-alimenticia/
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VI.
ANEXOS.
Los Balances de materia y energía, tan solo se tipeo en el Excel.
Figura 5. Balance de Energía Excel Excel (Fuente: Propia)
Figura 6.Balance Energía Excel (Fuente: Propio) Propio)
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