UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

Asignatura: Balance de Materia y Energía

Tema: Trabajo de curso.

Nombre: Rubén Eliel Moraga.

Grupo: 4NQ.

Miércoles 16 Enero 2013

Tema: Obtención de Brandy a partir del Vino de Jamaica.

Brandy

Objetivos

•Aplicar los conocimientos de balance de materiales en operaciones de fermentación y destilación para la obtención de alcohol etílico en pequeña escala.•Dar a conocer la importancia de algunas operaciones unitarias en la industria química y/o de alimentos.•Definir y ejemplificar algunos conceptos como: fermentación, destilación, bebidas alcohólicas, brandy, vinos, etc.•Obtener Brandy a partir del vino de Jamaica.

Introducción

Operaciones Unitarias son la base de la industria química y de transformación de materiales y puede definirse como un área del proceso o un equipo donde se incorporan materiales, insumos o materias primas y ocurre una función determinada, son actividades básicas que forman parte del proceso. Por ejemplo, la producción de pulpa o el descortezado en una fábrica de papel, o la destilación en un proceso de elaboración de productos químicos.

Las transformaciones ocurridas durante una operación unitaria pueden estar referidas a: cambios en la masa de acuerdo a la cantidad de materia o composición, cambios en la energía referidas a la energía total (cualquiera que sea el tipo de energía) de que el cuerpo esté dotado, o cambios del movimiento de la sustancia original dado por variaciones en la dirección, sentido y velocidad. Estos cambios están regidos por las leyes de conservación de la materia, la energía y la cantidad de movimiento.

Antecedentes Históricos

El alcohol no es un producto como cualquier otro; ha formado parte de la civilización humana durante miles de años. Y aunque muchos lo asocian al placer y la sociabilidad, el abuso en su consumo también conlleva consecuencias perjudiciales sobre quienes lo ingieren.

El efecto que tienen esas bebidas en el estado de ánimo y en la percepción de quienes las prueban llevó a las primeras culturas a considerarlas como un auténtico producto divino. Así, resulta natural el culto a deidades como Baco o Mayahuel. También se explica así que el uso del vino, el posh o el tesgüino sea indispensable en muchas ceremonias religiosas, aun en nuestros días.

La destilación del alcohol era relativamente poco conocida hasta fines del siglo XVI. Tanto griegos como romanos sólo conocían la elaboración del vino, entre los cuales había algunos que perfumaban con hierbas aromáticas. Posiblemente, entre ellos, está el precursor de lo que hoy conocemos con el nombre de Vermouth, cuya demanda en todo el mundo es sorprendente. 

Antecedentes

El proceso de destilación se remonta a épocas anteriores al año 800 a.C. momento en el cual se documentó a detalle el primer proceso de fermentación y destilación que se conoce. Según las diferentes zonas geográficas y el paso del tiempo, el proceso de destilación fue evolucionando. Sin embargo, el gran cambio en los procesos, y aquel que permitió lograr bebidas de características equivalentes a medidaque se cambiaba de año de producción, partida de material base, etc., fue en la era industrial.

Marco teórico

¿Qué son las bebidas alcohólicas?

Las bebidas alcohólicas pueden provenir en su mayoría de fuentes ricas en azúcar como frutas y algunos vegetales, y también de fuentes ricas en almidón como los cereales y algunos tubérculos. Aunque la obtención de dichas bebidas no se limita solamente a tales materias primas, ya que sabemos que se pueden obtener licores, vinos y destilados de un sin número de fuentes distintas y variadas en la actualidad.

Sin importar el tipo de bebida alcohólica que se desee obtener y del tipo de insumos que se utilicen, siempre hay una operación necesaria para la transformación de dichos ingredientes en alcohol: La fermentación alcohólica.

Posteriormente dependiendo del tipo de bebida, es necesario una destilación para la separación del alcohol de dicha bebida, y un reposo o añejamiento para dar mayor sabor, olor y carácter al destilado obtenido, que dependiendo de su fuente recibe su nombre característico. En caso contrario basta con el proceso de fermentación para la obtención de la bebida, casos tales como: la cerveza y vinos.

Bebidas obtenidas por destilación

Aquí algunos ejemplos de algunas bebidas obtenidas por destilación de algunos fermentados:

•Whisky: Incluye todas sus variedades; Escocés (Scotch), Irlandés, Whiskies Estadounidenses y Canadienses. Incluyen cierto añejamiento según sea su productor. Se elaboran siempre a partir de cereales o malta.

•Vodka: Los de Europa oriental y báltica se elaboran a base de patatas y cereales, y los occidentales a partir de cereales solamente.

•Ron: Ron español o Rhum francés. Partiendo todos de la caña de azúcar, se agrupan en tres variantes básicas. (1) los secos y de cuerpo liviano. Producidos en Cuba, Puerto Rico, México, Argentina, Brasil y Paraguay; (2) los de cuerpo intenso producidos principalmente en Jamaica, Barbados y Demerara (Guyana Britanica); (3) los tipo Brandy pero aromáticos de Java e Indonesia, Haití y Martinica.

•Brandy o Cognac: A partir de la destilación de vino o fruta y añejado en toneles de madera. Los más conocidos son los que han tenido origen en Francia bajo el término de cognac y es el reconocido como destilación de vino. Los de fruta parten de manzanas, cereza, albaricoque(damasco), ciruela, etc. aunque son bebidas conocidas no como brandy o cognac si no por las marcas del producto terminado o nombre histórico que se les haya asignado.

•Tequila: Obtenido a partir del mezcal o agave, variedades de cactus de México y del desierto del sur de Estados Unidos de Norteamérica. Su añejamiento aumenta su calidad. Se comercializa con graduaciones alcohólicas que van desde los 37º hasta los 50º.

Fermentación alcohólica

Fermentación es el proceso en el que ocurren cambios químicos en las sustancias orgánicas producidos por la acción de enzimas Ilamados fermentos, producidas por organismos diminutos tales como el moho, las bacterias y la levadura. Por ejemplo, la lactasa, un fermento producido por una bacteria que se encuentra generalmente en la leche, hace que ésta se agrie, transformando la lactosa (azúcar de la leche) en ácido láctico.

El tipo de fermentación más importante es la fermentación alcohólica, en donde la acción de la simaza segregada por la levadura convierte los azúcares simples, como la glucosa y la fructosa, en alcohol etílico y dióxido de carbono. Hay otros tipos de fermentación que se producen de forma natural, como la formación de ácido butanoico cuando la mantequilla se vuelve rancia, y de ácido etanoico (acético) cuando el vino se convierte en vinagre.

Fermentación alcohólica

La fermentación alcohólica, también conocida como, fermentación etílica, o del etanol, es un proceso de tipo biológico, en el cual se lleva a cabo una fermentación sin presencia de oxígeno. Este tipo de fermentación se debe a las actividades de ciertos microorganismos, los cuales se encargan de procesar azúcares, como la glucosa, la fructosa, etc. (hidratos de carbono), dando como resultado un alcohol a modo de etanol, CO2 (gas) y ATP (adenosín trifosfato), moléculas que son utilizadas por los propios microorganismos en sus metabolismos energéticos.

Siendo la reacción global, conocida como la ecuación de Gay-Lussac :C6H12O6 ———-> 2 CH3CH2OH + 2 CO2 Glucosa —–> 2 Etanol + 2 Dióxido de carbono

Podemos decir que la fermentación alcohólica, además de un proceso anaeróbico, es también un proceso exotérmico, es decir, libera energía. Además, el valor de la entalpía libre (o energía libre de Gibbs), en este tipo de fermentación, tiene un valor de ∆G = -234.6 Kj. Mol^-1, lo que nos indica que se trata de un proceso químico de tipo espontáneo.

Destilación

La destilación es un proceso que consiste separar los distintos componentes de una mezcla mediante el calor. Para ello que se calienta esa sustancia, normalmente en estado líquido, para que sus componentes más volátiles pasen a estado gaseoso o de vapor y a continuación volver esos componentes al estado líquido mediante condensación por enfriamiento.

El principal objetivo de la destilación es separar los distintos componentes de una mezcla aprovechando para ello sus distintos grados de volatilidad. Otra función de la destilación es separar los elementos volátiles de los no volátiles de una mezcla.

Si la diferencia entre las temperaturas de ebullición o volatilidad de las sustancias es grande, se puede realizar fácilmente la separación completa en una sola destilación. Es el caso de la obtención de agua destilada a partir de agua marina. Esta contiene aproximadamente el 4% de distintas materias sólidas en disolución.

Destilación

En ocasiones, los puntos de ebullición de todos o algunos de los componentes de una mezcla difieren en poco entre sí por lo que no es posible obtener la separación completa en una sola operación de destilación por lo que se suelen realizar dos o más. Así el ejemplo del alcohol etílico y el agua. El primero tiene un punto de ebullición de 78,5 °C y el agua de 100 °C por lo que al hervir esta mezcla se producen unos vapores con ambas sustancias aunque diferentes concentraciones y más ricos en alcohol. Para conseguir alcohol industrial o vodka es preciso realizar varias destilaciones.

Origen del Brandy

El origen del brandy se lo adjudican diversos países, entre ellos Alemania, Italia y España, alrededor del siglo XVIII y XIX, marcando a Holanda como el principal mercado del brandy.

La palabra brandy significa vino quemado, elaborados a partir de la destilación del vino con elevada acidez y moderado grado alcohólico.

Inicialmente el vino era destilado como un método de conservación para hacer más fácil su transporte a los comerciantes. La intención era agregar de nuevo el agua separada al brandy en la destilación poco antes de su consumo. Luego se descubrió que si se almacenaba en barriles de madera, el producto resultante se mejoraba considerablemente comparado con el vino original.

Brandy o Cogñac

Es un aguardiente de alta graduación alcohólica, entre 36-40º. Es obtenido por destilación. Su elaboración se basa en el calentamiento, evaporación del alcohol de vino y su recuperación posterior en toneles de roble (crianza). En general un tipo de brandy se puede obtener de un vino con cierto grado de acidez y un moderado grado alcohólico, que posteriormente se someten de dos a tres destilaciones en alambiques de cobre para la obtención de un alcohol mas puro y libre de sustancias no deseadas. Por último dependiendo del fabricante este destilado se deja reposar (Crianza) en barriles de roble por un mínimo de 2 años.

Desarrollo

Los pasos para la obtención del brandy de jamaica se dividieron en:

1. Realización del Vino de Jamaica2. Destilación del vino

Realización del vino:

Ingredientes:• 250 grs Flor de Jamaica• 4 lbs aAzúcar • 6 lts Agua• 3 Naranjas dulces• 25 grs Levadura

Desarrollo

Destilación del Vino:

Para la destilación del vino se utilizó una muestra de 1800 ml aproximados de vino, y se procedió a una destilación simple en un balón de 2000 ml durante casi 4 horas. Obteniéndose 5 muestras de 100 ml cada uno de alcohol y midiéndoles el grado alcohólico respectivamente con el hidrómetro. Dando así respectivamente:

• Muestra 1 con un 60% de alcohol• Muestra 2 con un 50% de alcohol• Muestra 3 con un 40% de alcohol• Muestra 4 con un 25% de alcohol• Muestra 4 con un 15% de alcohol

En total se obtuvo 500 ml de alcohol con un grado alcohólico exacto de 38%.

Resultados

Como resultados del experimento se obtuvieron:

• Aproximadamente 6 litros de vino de Jamaica.•El tiempo de fermentación principal fue de 13 días.•Luego del primer filtrado, el vino siguió fermentando envasado por 1 semana más hasta el filtrado final.•El tiempo de destilación fue de unas 4 horas aproximadas.•Se obtuvo una muestra de 500 ml de alcohol etílico (Brandy), hasta un volumen de alcohol deseado de 38%.•El alcohol obtenido puede ser dejado añejar por sí solo, o se puede dejar macerando con alguna fruta o semillas para dar más sabor al brandy.

Anexos

Materia prima

Preparación de materia

prima

Fermentación

Filtrado

Asentamiento

Destilado

Envasado

Anexos

Conclusiones

Las operaciones antes descritas como son la fermentación y destilación son operaciones unitarias de gran importancia y aplicación en los distintos tipos de industria. Son de vital importancia que sean de nuestro conocimiento ya que gracias a estas se pueden obtener un sin número de productos y derivados para el uso y consumo humano, además de su relativa facilidad de aplicación, son operaciones fácilmente aplicables a sistemas y problemas de balance de materiales y energía.