INFORME FERMENTACIONLABORATORIO DE QUIMICA ORGANICA

GILDARDO DE JESUS MONTOYA CADAVIDDOCENTE

Nathaly Rojas JaramilloCod: 312557

María Camila Villanueva ÁvilaCod: 312567

OBJETIVOS

Obtener alcohol mediante fermentación de diferentes clases de granos, frutas y tubérculos.

Diferenciar los posibles contaminantes del fermento Destilar los vinos y mostos producidos utilizando columnas de destilación

empacadas (con diferentes rellenos) y columnas de Vigreaux Tener una visión de los procesos microbiológicos, los cuales son de gran

importancia a nivel industrial. Tener contacto con estudiantes de otras disciplinas, biología y química en este

caso, situación que permitirá, a ambos, la necesaria complementariedad de los conocimientos y su aplicabilidad práctica.

FUNDAMENTO TEORICO

Un poco de historia

Según la teoría evolutiva acerca del origen de la vida en la Tierra, se considera que la fermentación es el proceso de obtención de energía más antiguo. Sobre esa base se considera que, dadas las condiciones de la Tierra primitiva, en la que no existía oxígeno libre y donde los rayos del sol no llegaban a la superficie terrestre, los primeros organismos solo podían obtener la energía de los compuestos orgánicos mediante la fermentación. La fermentación fue descubierta por Louis Pasteur, que la describió como la vie sans l´air (la vida sin el aire).

Los procesos de fermentación han sido usados por el hombre desde hace miles de años, con el fin de preservar los alimentos y para producir bebidas y comestibles con sabores,

texturas y aromas específicos, como el yogurt, cerveza, quesos, kumis, etc. En los últimos siglos, mediante las fermentaciones se han desarrollado diversos antibióticos, medicamentos, ácidos y combustibles, entre otros productos industriales.

Fermentación

La fermentación es un proceso metabólico de levaduras y algunas bacterias (sustratos) que transforman compuestos químicos orgánicos, principalmente azucares, en otras sustancias orgánicas más simples como etanol, ácido láctico y acido butírico.

Imagen 1. Louis Pasteur

Dependiendo del sustrato utilizado, el producto obtenido por fermentación puede variar. A continuación se muestra una tabla en la que se observan algunos tipos, condiciones y propiedades de sustratos para el desarrollo de algunos microorganismos fermentadores.

Tabla 1. Tipos, condiciones y propiedades de sustratos para el desarrollo de algunos microorganismos fermentadores.

Tipos de fermentación

Alcohólica: Se lleva a cabo fundamentalmente por levaduras del género Saccharomyces, que son hongos unicelulares que, en dependencia de la especie, se utilizan en la producción de pan, cervezas o vinos.

Láctica: es una ruta metabólica anaeróbica que ocurre en el citosol de la célula, en la cual se oxida parcialmente la glucosa para obtener energía y donde el producto de desecho es el ácido láctico.

Acética: es la fermentación bacteriana por Acetobacter, un género de bacterias aeróbicas, que transforma el alcohol en ácido acético. La fermentación acética del vino proporciona el vinagre debido a un exceso de oxígeno y es considerado uno de los fallos del vino.

Butírica: es la conversión de los glúcidos en ácido butírico por acción de bacterias de la especie Clostridium butyricum en ausencia de oxígeno. Se produce a partir de la lactosa con formación de ácido butírico y gas. Es característica de las

bacterias del género Clostridium y se caracteriza por la aparición de olores pútridos y desagradables.

Usos

El beneficio industrial primario de la fermentación es la conversión del mosto en vino, cebada en cerveza y carbohidratos en dióxido de carbono para hacer pan. De acuerdo con Steinkraus (1995), la fermentación de los alimentos sirve a 5 propósitos generales:

Enriquecimiento de la dieta a través del desarrollo de una diversidad de sabores, aromas y texturas en los substratos de los alimentos.

Preservación de cantidades substanciales de alimentos a través de ácido láctico, etanol, ácido acético y fermentaciones alcalinas.

Enriquecimiento de substratos alimenticios con proteína, aminoácidos, ácidos grasos esenciales y vitaminas.

Detoxificación durante el proceso de fermentación alimenticia. Disminución de los tiempos de cocinado y de los requerimientos de combustible.

La fermentación tiene algunos usos exclusivos para los alimentos. Puede producir nutrientes importantes o eliminar anti nutrientes. Los alimentos pueden preservarse por fermentación, la fermentación hace uso de energía de los alimentos y puede crear condiciones inadecuadas para organismos indeseables. Por ejemplo, avinagrando el ácido producido por la bacteria dominante, inhibe el crecimiento de todos los otros microorganismos.

De acuerdo al tipo de fermentación, algunos productos (ej. alcohol fusel) pueden ser dañinos para la salud. En alquimia, la fermentación es a menudo lo mismo que putrefacción, significando permitir el pudrimiento o la descomposición natural de la sustancia.

Fermentación alcohólica

Es la más popular de las fermentaciones anteriormente mencionadas y en la cual se enfocará esta práctica. La fermentación alcohólica es un proceso biológico de fermentación en plena ausencia de aire, originado por la actividad de algunos microorganismos que procesan los hidratos de carbono para obtener como productos finales: un alcohol en forma de etanol, dióxido de carbono (CO2) en forma de gas y unas moléculas de ATP que consumen los propios microorganismos en su metabolismo celular energético anaeróbico.

Los usos del etanol en la industria son amplios y van desde la elaboración de productos cosméticos, productos de limpieza, etc. Se ha investigado la posibilidad de emplear la fermentación etílica en el tratamiento de los vertederos de basura logrando de esta forma biocombustible, los estudios no han arrojado aplicaciones concluyentes. No obstante el empleo de la fermentación alcohólica tiene un éxito potencial en el tratamiento de los residuos de la industria alimenticia.46 47 Un proceso industrial muy investigado a comienzos del siglo XXI es la fermentación en estado sólido empleada en la biomedicación y en la biodegradación de productos de desecho, la transformación biológica de residuos agroindustriales, en la producción de compuestos bioactivos, de enzimas, de ácidos orgánicos, biopesticidas, biocombustibles y compuestos aromáticos, entre otros.

Algunas de las materias primas usadas para este tipo de fermentación son:

1. Almidones: Como maíz, trigo, cebada, sorgo y papa.

2. Azucares: Caña de azúcar, Remolacha

3. Celulosas: Madera, Desperdicios forestales, basura municipal

Factores que afectan la fermentación alcohólica

Existen diversos factores, tanto físicos como químicos, que inciden, positiva o negativamente, en el transcurso de la fermentación, ya sea actuando sobre el desarrollo de los microorganismos, o directamente sobre la propia fermentación. Para ello existen unas variables de proceso a controlar que son las siguientes:

Brix de alimentación:

Es la medida de la concentración de azúcar de la melaza que entra al proceso de fermentación. Si se tiene una concentración muy elevada de azucares, no es posible fermentar el mosto. Pero, si las concentraciones son muy bajas, las levaduras no podrán realizar el proceso fermentativo. Un rango ideal de concentración de azucares en este proceso sería entre el 10% y el 18%.

Temperatura de fermentación:

La temperatura debe ser controlada entre 30° C y 34° C, ya que las temperaturas fuera de este intervalo generalmente resultan en un bajo rendimiento. Para temperaturas más altas, otros productos más allá de etanol se pueden formar, mientras que para temperaturas más bajas, el tiempo de fermentación se prolonga, lo que proporciona mayores oportunidades para las bacterias u otros organismos para fermentar los azúcares, produciendo materiales no deseados.

En la literatura, varios estudios indican que la fermentación a baja temperatura, en el intervalo de 25°C a 30°C, mejora la eficiencia del proceso, ya que es posible usar mayores concentraciones de sustrato, y por lo tanto, se logran concentraciones de etanol mayores.

% Sólidos:

Indica la cantidad de material suspendido en una muestra. En la fermentación, la centrifugación seguida de sedimentación es el método empleado para su medición.

Población:

Representa la cantidad de células de levadura presentes en el mosto por unidad de volumen. Son unidades son millones/cm3. La población de levadura se debe mantener en valores cercanos a los 700 millones/cm3 para que el etanol sea de buena calidad.

pH

Debe ser mínimo de 3,5 en el mosto, para que la multiplicación de la levadura se realice en condiciones óptimas. Su determinación se realiza empleando potenciómetro. Aunque entre menor sea el pH, más protegido se encuentra el mosto de posibles ataques bacterianos, así mismo las levaduras tendrán más dificultad para fermentar.

% ATR

Es la cantidad de azucares totales reductores en una muestra. Su medición se hace mediante el método de Bertrand. Permite conocer la evolución de la fermentación mediante la disminución de azucares durante la reacción. El consumo de azucares debería ser máximo.

Reproducción

Es el porcentaje de células que se están reproduciendo. Normalmente estos valores se encuentran entre 20 y 60. La cuantificación se realiza por observación microscópica. Entre mayor multiplicación de células exista, más poderosa será la fermentación inicial.

Contenido alcohólico

Mide la riqueza alcohólica de una solución de alcohol hidratada a la temperatura de referencia que corresponde a 20ºC. La determinación real del contenido de alcohol, se obtiene una vez se ha realizado una destilación de la muestra, para que sus únicos componentes sean alcohol y agua. Si la lectura se realiza a una temperatura diferente de 20 º C se deben utilizar tablas de corrección.

Reacciones de fermentación alcohólica

Dado que en la presente práctica la fermentación a realizar es la alcohólica, se ilustrara un pequeño sistema de reacciones para ella, a partir de glucosa.

Destilación del mosto producido

Para ello, se realiza una destilación fraccionada como la que se ilustra en la siguiente imagen.

Imagen 2. Montaje de destilación fraccionada

MATERIALES Y REACTIVOS

Materiales

Refractómetro 4 Mangueras plásticas Taladro eléctrico Recipiente de tapa plástica Recipiente pequeño Varilla agitadora Balanza semi-analitica 2 Beaker de 250 mL 4 Beaker de 100 mL Espátula Frasco lavador Pipeta de 1 mL Pera de succión Peachímetro

Termómetro Temporizador Vianda Colador Placa de calentamiento Mechero Bunsen Encendedor Placa calefactora Balón con desprendimiento lateral Columna de destilación Columna de Vigreaux 3 Pinzas Soporte Universal Picnómetro

Reactivos

Azúcar Jugo de fruta Agua destilada Silicona NaHCO3

H2SO4

Hielo

Levadura Tiamina Sulfato de amonio Urea Cloruro Férrico Sulfato de Magnesio

DIAGRAMA DE FLUJO 1. FERMENTACIÓN

SI

NO

Si está por encima adicione gotas de H2SO4 para subirlo

Si está por debajo adicione gotas de

NaHCO3 para subirlo

¿El pH se encuentra entre

3.0 - 3.2?

SIDiluya 10 g de azúcar en suficiente agua destilada por cada grado Brix que

necesite aumentar

NO

¿Los grados Brix están en 18?

Una las mangueras a los orificios en la tapa sellando

muy bien con silicona

El otro trozo de manguera debe quedar

dentro del recipiente pero fuera de la solución

Un trozo de manguera debe

quedar dentro de la solución

Inserte un trozo de manguera plástica en cada

orificio

Mida los grados Brix del jugo

Deposite en un recipiente de tapa plástica

Lave, pele, pique y licue la fruta en la menor cantidad de agua posible hasta que obtenga 1.5 litros de jugo

Seleccione la fruta a la cual desea aplicar el proceso de fermentación

FERMENTACION

Abra dos orificios con el taladro eléctrico en la tapa

plástica del recipiente

Mida el pH de la solución

Caliente entre 70 °C – 80°C durante 15

minutos

SI

DIAGRAMA DE FLUJO 2. DESACTIVACION DE LEVADURA

Caliente entre 70 °C – 80°C durante 15

minutos

DIAGRAMA DE FLUJO 3. DESTILACION FRACCIONADA

DESACTIVACIÓN DE LEVADURA

Mida los grados Brix del mosto

¿Los grados Brix están en 6?

NOSI

Adicione metabisulfitoCaliente hasta 70°C

Elija una opción

Tome el dato de pH

Deje fermentar más el mosto Desactive la levadura

Deje enfriar hasta 30°C

Pase la solución por un colador

Tape el recipiente con la tapa plástica ya sin mangueras

FIN

RESULTADOS

DESTILACIÓN FRACCIONADA

Mida un volumen conocido de solución colada y llévelo al matraz de destilación

Realice el montaje de la imagen 2

Caliente y recoja lo obtenido en tres beaker de la siguiente forma

CABEZA CUERPO COLA

Desde que inicia el calentamiento hasta que

se estabiliza la temperatura (78°C – 80°C)

Rango de tiempo en que la temperatura permanece estable

Cuando la temperatura estabilizada comienza

a cambiar

Repita el procedimiento hasta que destile toda la solución

Mida a cada beaker índice de refracción y densidad

FIN

Agua (mL) Azúcar (g) H2SO4 (mL) Grados Brix pH0 0 0 9 3.6

70 83.560 - 14.2 -40 25.513 - 16.2 -40 16.976 - 16.8 -40 20.929 - 17.7 3.5850 - 0.5 17.2 3.1820 8.296 - 17.2 -0 10.562 - 18 3.19

Calentamiento – Enfriamiento 3.15Día 6 de fermentación 6 3.65

Tabla 1. Adiciones para lograr condición de 18 Brix y pH 3.0 – 3.2

BeakerÍndice de refracción

experimental

Índice de refracción

teórico

Densidad experimental

(kg/m3)

Densidad teórica(kg/m3)

CABEZA 1.3640 1.3290 877 792CUERPO 1.3635 1.3610 Insuficiente -

COLA 1.3590 - Insuficiente -

Tabla 2. Resultados de destilación fraccionada

SUSTANCIA CANTIDAD (g)Levadura 5,574

Cloruro Férrico 0,1Urea 5,976

Sulfato de Magnesio 0,1Sulfato de Amonio 2,051

Tiamina 1 pasta

Tabla 3. Cantidades de nutrientes para la fermentación

ANALISIS DE RESULTADOS

Se seleccionó como materia prima la piña. Una observación a realizar respecto al uso de esta fruta, es que al licuarla con poca cantidad de agua, y por ser una fruta con un alto contenido de fibra, la parte liquida que es muy poca se asienta y la fibra queda en la parte superior, dificultando la toma de muestra, incluso cuando la solución se revuelve, por lo cual se recomienda, que si se va a utilizar esta fruta para el procedimiento, el licuado se realice con una cantidad de agua importante.

Luego se depositó el licuado de fruta en un recipiente plástico. Aquí hay otro punto a tener en cuenta. El material del recipiente es importante,

Imagen 3

dado que más adelante habrá un calentamiento de la muestra. Durante la práctica pudo observarse como varios recipientes de plástico no soportaron el calor y comenzaron a derretirse. Por nuestra parte, la pared plástica del recipiente era bastante gruesa, por lo cual no hubo inconvenientes de este tipo. Pudo observarse también, que los recipientes de vidrio utilizados, no presentaron problemas.

Para una primera medición de pH, se obtuvo un valor de 3,60, y para saber la cantidad de azucares en la muestra se llevó la muestra al refractómetro y se obtuvo un valor de 9° Brix. Para aumentar estos hasta el valor preestablecido de 18°Brix, y teniendo en cuenta la indicación del docente de que se requieren alrededor de 10 g de azúcar para aumentar en 1°Brix la muestra, se realizó el siguiente calculo sencillo para determinar qué cantidad de azúcar debía pesarse.

18 ° Brix−9 ° Brix=9° Brix por aumentar

9 ° Brix×10 gdeazucar1° Brix

=90 gdeazucar

Dado que no se sabía, si ésta suposición estaba soportada por un argumento literario, se decidió tomar una cantidad menor de azúcar con el fin de realizar un tanteo para no pasarnos del valor de 18°Brix. El procedimiento fue el siguiente:

Se pesó una cantidad inicial de azúcar cercana a los 90 g en un beaker como se ilustra en la imagen 3. La solución se diluyó inicialmente en 20 mL de agua los cuales proporcionaron una mezcla azucarada bastante viscosa. Para darle un poco más de fluidez a la muestra se adicionaron 40 mL más de agua destilada con lo cual se obtuvo una solución mucho más agradable, que se depositó en el recipiente con el jugo de piña, y posteriormente se lavó el beaker con 10 mL de agua destilada los cuales también se depositaron en el recipiente plástico, para un total de 70 mL de agua destilada adicionados a la piña. Se tomaron nuevamente los grados Brix y notamos que éstos aumentaron ± 5° Brix lo que corrobora que la suposición realizada de los gramos de azúcar requeridos para aumentar en 1 los grados Brix de la muestra, no es muy exacta.

Una observación importante a realizar en este procedimiento, es que el azúcar no debe adicionarse directamente al jugo de fruta, ya que varios grupos realizaron el procedimiento de esta forma y el aumento de los grados Brix realmente fue mínimo, lo que indicaría que una dilución del azúcar se va a tornar en una mejor compactación de la solución azucarada con el jugo de fruta, y por ello los grados Brix van a aumentar

Imagen 4

notoriamente, mientras que al adicionar el azúcar sin diluirla, se generan problemas como una compactación de ambas muestras mucho más difícil y la posibilidad de que queden gránulos de azúcar sin diluir en el jugo de fruta es alta.

De allí en adelante, y teniendo en cuenta que los valores de azúcar a adicionar eran menores, así también el volumen de agua utilizado para diluirlo será menor. En cada nueva adición de azúcar se tomaron los grados Brix y los datos se encuentran registrados en la tabla 1.

Finalmente se llegó a un valor de 17,7° Brix, lo que se consideró como una buena aproximación que no pudo perfeccionarse dado el corto tiempo de la práctica. Al tomar el pH, éste se encontraba por encima del límite superior del intervalo permitido, por lo cual se realizó una adición de solución de H2SO4 en proporciones que se indican en la tabla 1. Al realizar esta adición, los grados Brix disminuyeron a 17,2 y para aumentarlos se añadió más azúcar en las cantidades que se registraron en la tabla 1, hasta llegar finalmente a una solución de 18°Brix y pH 3,19, lo que cumple con los requisitos y cuya evidencia se ilustra en la imagen 4.

Se procedió a calentar y luego enfriar sin ningún inconveniente. Al tomar el pH para una temperatura de enfriamiento de 33°C, el pH se encuentra en 3,15, lo cual se encuentra en el rango requerido y posterior a esto se adicionaron los nutrientes en las cantidades ilustradas en la tabla 3. La levadura se activa adicionándole las cantidades indicadas en la tabla de tiamina y sulfato de amonio, disolviendo todo esto en 80 mL de agua destilada. La recomendación es calentar la mezcla para que se compacte mejor, pero dado el tiempo de la práctica, en nuestro grupo decidimos realizarlo de forma manual.

Se dejó fermentar por un lapso de ± 1 semana. En la imagen 5 se muestra la apariencia de la fermentación para el día 2. Dado el factor tiempo y la poca disponibilidad para ingresar al laboratorio, no pudieron tomarse datos de pH ni de grados Brix durante la semana de fermentación. Sin embargo, en un golpe de suerte, para el día 6 de fermentación si se tomaron datos de pH y grados Brix, y por fortuna, la solución contaba con 6°Brix que era exactamente el valor requerido para desactivar la levadura. A pesar de ello, el valor de pH no se encontraba dentro del rango apropiado, pero teniendo en cuenta que la variación (ilustrada en la tabla 1) no fue muy relevante y por indicaciones del docente y la monitora en el laboratorio, no se ajustó este valor y se continuó el procedimiento. En la imagen 6 se puede observar la apariencia de la fermentación para el sexto día de ésta.

Imagen 5

Imagen 6

Imagen 7

Para la desactivación de la levadura se eligió realizarla por calentamiento y no hubo ningún inconveniente en ello. Esta desactivación es posible gracias a que un exceso de calor desactiva las propiedades fermentativas de la levadura. Luego del calentamiento y su posterior enfriamiento, se pasa la solución por un colador y se obtiene el producto mostrado en la imagen 7.

Finalmente, se llevó a cabo una destilación fraccionada. Para ello se midió un volumen de mosto fermentado a ser depositado en un balón con desprendimiento lateral de 500 mL. Lo correcto hubiese sido un balón sin este tipo de desprendimiento y dado lo inadecuado del material, se tomó un valor de 380 mL, con el fin de que durante el calentamiento, el contenido del balón no se regara por el desprendimiento lateral. Así mismo, este desprendimiento fue tapado en su extremo por un algodón para evitar que los gases salieran por allí y no

por la columna de destilación. De esta manera, se realizó el montaje indicado en la imagen 2, que quedó de la forma ilustrada en la imagen 8.

De ésta destilación se obtuvieron 3 beaker. Un primer beaker con la cabeza de la solución, que se obtuvo desde el inicio del calentamiento hasta que la temperatura se estabilizo en ±79°C. Teniendo en cuenta que el punto de ebullición del metanol es, por literatura, de 64.7°C, que fue el valor alrededor del cual empezó la evaporación de gases y que lo recogido en este beaker fue hasta una estabilidad de temperatura en alrededor de ±79°C , que corresponde a una aproximación del punto de ebullición del etanol que es, por literatura, de 78.37°C, punto en el cual, se cambiaba a un segundo beaker, conteniendo el cuerpo de la destilación, se concluye que en la cabeza había metanol, en el cuerpo etanol, y la cola, recogida una vez hubo un cambio en la temperatura que se encontraba estable, contiene una mezcla de varios alcoholes.

A los tres beaker, se les calculó el índice de refracción que se puede observar en la tabla 2. El propósito era calcular de igual manera, la densidad para cada uno de los beaker. Sin embargo, dada la poca cantidad de producto recogida en el cuerpo y la cola de la destilación, este dato solo pudo calcularse para la cabeza.

Así, sabiendo la composición de la cabeza y el cuerpo de la destilación, puede encontrarse un margen de error, teniendo los valores teóricos de densidad e índice de refracción de estos compuestos, los cuales se ilustran de igual forma en la tabla 2.

Cabeza

%Error indicede refracción=|1.3290−1.3640|

1.3290×100=2.63%

%Error densidad=¿792−877∨ ¿792

×100=10.73%¿

Cuerpo

Imagen 8

%Error indicede refracción=|1.3610−1.3635|

1.3610×100=0.1837%

Dado que la cola contiene una mezcla de alcoholes, y que el índice de refracción es una medida única para cada sustancia, no existe un punto teórico de comparación para este beaker.

FUENTES DE ERROR

Respecto al proceso de fermentación como tal hay que tener en cuenta que dentro de él, pudieron presentarse varios errores. El primero de ellos, es que las variables de control del proceso que se mencionaron en el fundamento teórico, no fueron controladas en su totalidad, por lo cual la fermentación fue muy rudimentaria. Así mismo, al realizar las diferentes mezclas ya descritas anteriormente, hubo un intercambio de materiales de laboratorio, que tal vez se encontraban infectados con otras sustancias, e incluso, los instrumentos con los cuales se tomaba el índice de refracción insertándolos en la bebida, se lavaban con agua de la llave y no con agua destilada lo que pudo contaminar de igual forma la muestra.

Por otra parte, hay que tener en cuenta que los valores agregados durante la adición de nutrientes no eran exactos, y que se agregaron en estas cantidades por un estimado del contenido en litros de jugo y no por cada 60 kg como se encontraba establecido, considerándolo como una buena aproximación, pero también como un factor que pudo influir en varios errores. Al no calentar la levadura, como se había propuesto, la activación pudo no haber sido la correcta, y tal vez esto también influyó en los errores.

Finalmente, en el destilado, los porcentajes de error encontrados para la cabeza, superaron el 10% lo que indica que esta parte del desarrollo de la practica fue muy regular. Estos porcentajes pueden deberse a motivos, como por ejemplo, que el cambio de los beaker pudo no haberse realizado en los momentos indicados por lo cual en la cabeza pudo filtrarse una parte del contenido del cuerpo, o el cuerpo pudo haber recogido una parte correspondiente a la cabeza, e incluso, en el cuerpo pudieron quedar residuos de los alcoholes de la cola.

Una observación importante a realizar, es que lo recogido, en la cola, la cabeza y el cuerpo, debe superar alrededor de los 6 mL para poder llevar a cabo las mediciones de densidad e índice de refracción, ya que con destilar 380 mL de la muestra se obtuvo una muy pequeña cantidad de cuerpo y cola, y dado el tiempo de la práctica, no puedo destilarse el resto del fermentado, incurriendo así en un gran desperdicio.

CONCLUSIONES

La fermentación es un proceso de vital importancia, en las industrias a mediana, pequeña y gran escala, e incluso de manera artesanal, para la producción de diversas bebidas, comestibles y medicamentos de consumo cotidiano.

La destilación fraccionada es un método adecuado para separar los componentes de una mezcla liquida de diferentes sustancias que no se pueden diferenciar a simple vista.

La importancia de la fermentación alcohólica no está únicamente en la obtención de etanol a partir de los azúcares, sino que además durante este proceso se van a formar una gran cantidad de productos secundarios que influyen en la calidad y tipicidad del producto fermentado.

CONSULTA

1. Tipos de destilación

1.1 Destilación sencilla: Es el tipo más básico de destilación en el que el ciclo evaporación-condensación solamente se realiza una vez. A continuación se muestra un equipo modelo para realizar una destilación sencilla.

La destilación sencilla se puede utilizar para:

- Separar un sólido de un líquido volátil- Separar mezclas de líquidos miscibles de forma eficiente siempre y cuando los puntos de ebullición de los componentes de la mezcla difieran al menos en 100ºC.- Purificar un compuesto líquido- Determinar el punto de ebullición normal de un líquido.

1.2 Destilación fraccionada: En este tipo de destilación los ciclos de evaporación y condensación se repiten varias veces a lo largo de la columna de fraccionamiento. Es un tipo de destilación mucho más eficiente que la destilación sencilla y permite separar sustancias con puntos de ebullición muy próximos.

El equipo en esencia es similar al utilizado para realizar una destilación sencilla con la novedad de que entre el matraz de destilación y la cabeza de destilación se coloca una columna de fraccionamiento. Las columnas de fraccionamiento pueden ser de distintos tipos; pero en general consisten en un tubo de vidrio con abultamientos o un relleno en su interior donde se producen los sucesivos ciclos de evaporación y condensación de la mezcla a purificar por destilación.

La eficacia de este tipo de destilación depende del número de platos teóricos de la columna, lo que está en función del tipo y la longitud de la misma.

A continuación se muestra un equipo estándar para realizar una destilación fraccionada.

Una destilación fraccionada se utiliza habitualmente para separar eficientemente líquidos cuyos puntos de ebullición difieran en menos de 100ºC. Cuanto menor sea la diferencia entre los puntos de ebullición de los componentes puros, más platos teóricos debe contener la columna de fraccionamiento para conseguir una buena separación.

1.3. Destilación a vacío: Un líquido entra en ebullición cuando al calentarlo su presión de vapor se iguala a la presión atmosférica. En una destilación a vacío la presión en el interior del equipo se hace menor a la atmosférica con el objeto de que los componentes de la mezcla a separar destilen a una temperatura inferior a su punto de ebullición normal.

Una destilación a vacío se puede realizar tanto con un equipo de destilación sencilla como con un equipo de destilación fraccionada. Para ello, cualquiera de los dos equipos herméticamente cerrado se conecta a un sistema de vacío -trompa de agua o bomba de vacío de membrana o aceite- a través de la salida lateral del tubo colector acodado.

La destilación a vacío se utiliza para destilar a una temperatura razonablemente baja productos muy poco volátiles o para destilar sustancias que descomponen cuando se calientan a temperaturas cercanas a su punto de ebullición normal.

Un tipo de destilación a vacío muy utilizado en un laboratorio químico es la evaporación rotatoria. Este tipo de destilación se realiza en equipos compactos comerciales denominados genéricamente rota-vapores y se usa para eliminar con rapidez el disolvente de una disolución en la que se encuentra presente un soluto poco volátil habitualmente a temperaturas próximas a la temperatura ambiente, con lo que se minimiza el riesgo de descomposición del producto de interés que queda en el matraz de destilación.

1.4. Destilación bajo atmósfera inerte: Esta destilación se efectúa en un equipo herméticamente cerrado en el que el aire atmosférico se ha sustituido por un gas inerte como el nitrógeno o argón, mediante el uso de una línea de vacío conectada a una fuente de gas inerte.

Este tipo de destilación se utiliza cuando alguno de los componentes de la mezcla a destilar es sensible a alguno de los componentes del aire atmosférico –principalmente oxígeno o vapor de agua- o para obtener disolventes puros completamente anhidros tras un proceso de secado utilizando agentes químicos.

Incorporado en el material docente de este curso hay un video titulado “destilación” en cuya primera parte se describe de forma detallada el procedimiento experimental para realizar una destilación sencilla y en la segunda se muestran los otros tipos de destilación de forma resumida, resaltando sus peculiaridades respecto a la destilación sencilla. Además, el alumno podrá visionar otro video relativo a técnicas de destilación que se ocupa de la rota-vapor. El rota-vapor es un aparato muy utilizado en los laboratorios químicos y se hace referencia a él en otros vídeos de este curso como los dedicados a extracción líquido-líquido y a cromatografía; por consiguiente, antes de visionar estos videos sería muy recomendable que el alumno hubiese visionado el dedicado al rota- vapor.

2. Métodos para detección de Metanol

2.1 Metodología analítica de metanol por cromatografía de gases

Es una técnica que se empezó a utilizar en las destilerías a fines de la década de los años cincuenta, y actualmente es ampliamente utilizada para separar los componentes o solutos de una mezcla sobre la base de las cantidades relativas de cada soluto, distribuidos entre un fluido que se mueve, llamado fase móvil, y una fase estacionaria adyacente. La fase móvil puede ser un líquido, un gas o un fluido supercrítico, mientras que la fase estacionaria puede ser un líquido o un sólido. El movimiento cinético molecular continuamente intercambia las moléculas del soluto entre las dos fases. Si para un soluto en particular, la distribución favorece a la fase móvil, las moléculas gastarían la mayor parte de su tiempo migrando con el fluido, y podrían ser transportadas lejos de las otras moléculas que son más retenidas por la fase estacionaria.

El detector FID (ionización de llama) permite analizar la muestra sin necesidad de destilación, es decir, que la misma no requiere ningún tratamiento preliminar, lo que elimina errores por perdida durante la extracción u otra manipulación de la muestra, además de que es sensible a bajos niveles de ppm, e insensible al agua.

2.2 Método del ácido cromotrópico

El principio se basa en la oxidación del alcohol metílico a formaldehído por potasio permanganato en presencia de ácido fosfórico y medida espectrofotométrica de la reacción coloreada del formaldehído con ácido cromo-trópico. Coloración violeta específica del formal-dehído.

Diluir o ajustar la muestra hasta una concentración total de alcohol de 5-6% en volumen. Utilizando 50 ml de muestra, destilar en destila-dor simple, recogiendo 40 ml de destilado en baño de hielo. Diluir hasta 50 ml con Agua PA- ACS (si se ha determinado previamente el alcohol, el destilado puede ajustarse a 5-6% de concentración de alcohol y utilizarse para esta prueba). Si hay más de 0,05% de metanol por volumen, diluir hasta aproximadamente esa concentración con Etanol96% v/v PA previamente diluido al 5,5% con Agua PA-ACS. Para muestras que contengan menos de 0,05% de metanol, poner 200 ml de destilador eficiente de fraccionamiento, colocar el sistema de destilación reflujo total durante 15 minutos y luego destilar lentamente a elevada proporción de reflujo(por lo menos 20:1). Recoger 10 ml de destilado y diluir hasta 160 ml con Agua PA-ACS. Pipetear 2 ml de solución de Potasio Permanganato en un matraz aforado de 50 ml. Enfriar en baño de hielo, añadir 1 ml de muestra diluida y fría y dejar 30 minutos en baño de hielo.

Decolorar con un poco de Sodio Disulfito PA-ACS seco (*) y añadir 1ml de solución de Ácido Cromotrópico. Añadir lentamente con agitado y en baño de hielo 15 ml de Ácido Sulfúrico 96% PA-ISO y colocar 15 minutos en baño de agua caliente (60-75°). Enfriar, añadir una cantidad suficiente de Agua PA-ACS para llevar aproximadamente a la marca de 50 ml, mezclar y diluir hasta volumen con Agua PA-ACS a la tempera-tura ambiente. Leer la absorbancia a 575 nm utilizando como reactivo en blanco Etanol al 5,5% trata-do análogamente a la forma descrita. Tratar solución patrón de Metanol PA-ACS-ISO, que contenga 0,025% por volumen de Metanol PA-ACS-ISO, en Etanol al 5,5% simultáneamente en la misma forma, y leer la absorbancia (la temperatura del patrón y dela muestra no debe diferir en más de 1°, ya que la temperatura afecta a la intensidad del color).37.5.

Cálculo. Calcular el contenido en metanol expresado en porcentaje.

Metanol=0.025 AA 'F

A = absorbancia de la muestra. A’ = absorbancia de la solución patrón de metanolF = factor de dilución de la muestra.

3. Paper sobre alcohol de banano o plátano se encuentra anexo.

BIBLIOGRAFIA

http://www.ecured.cu/index.php/Fermentaci%C3%B3n http://ocw.unizar.es/ocw/ciencias-experimentales/tecnicas-basicas-de-laboratorio-

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“Association of Official Agricultural Chemists”. Official Methods of Analysis, pág.138, 1965

Microbiología industrial, Alicia Hernandez, EUNED, 2008.