OBTENCIN DE ALCOHOL A PARTIR DE

CEREALES

Parte I: Recepcin - Fermentacin

DEFINICIONES

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Disertante, Ing. Fabiana Chialanza

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Acidez: Medida de la concentracin

de cidos de una muestra

Hidrlisis: es el rompimiento o

destruccin de una sustancia qumica

en solucin.

Sacarificacin: es el proceso de

conversin de carbohidratos en

azcares fermentables . Este proceso

puede ir acompaado de enzimas

nas:

Anaerobio: Proceso de sobrevivencia

sin utilizar oxgeno (sin aire)

Aerobio: Proceso que utiliza oxgeno

(aire)

Licuefaccin: conversin de una

sustancia slida al estado lquido.

Almidn: Complejo de carbohidratos

formados por dos polmeros, amilosa

y amilopectina, ambos compuestos

por molculas de glucosa unidos entre

s.

Anaerobio facultativo: Trmino

usado para describir un

microorganismo esencialmente

aerobio pero que puede sobrevivir

bajo condiciones anaerobias.

Gelatinizacin: Es el estado que se

forma cuando los grnulos de almidn

absorben agua perdiendo su

estructura granular y convirtindose

en un lquido viscoso llamado gel.

pH: medida de la acidez o alcalinidad

de una solucin acuosa. Soluciones

con un pH menor a 7 son cidas

mientras que pH mayores a 7 son

alcalinas.

Biomasa: Cualquier organismo

renovable como cultivos agrcolas,

residuos de cosechas, madera,

animales, plantas, crecimiento de

hongos, levaduras, etc.

Molcula: Es la unidad ms pequea

en la que una sustancia pura puede

ser dividida y conservar su

composicin y propiedades qumicas.

Dextrina: polmero de cadena corta

compuesto por molculas de glucosa

enlazadas entre si. Se produce por la

hidrlisis parcial del almidn utilizando

alfa amilasa o cido.

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DIAGRAMA DE

FLUJO DE

PROCESO

MOLIENDA

El objetivo de esta etapa es llevar el grano de cereal

a un tamao de partcula apropiado para facilitar la

penetracin de agua en el proceso de coccin.

La clave del proceso es exponer el almidn al contacto

con el agua.

En el caso de plantas que utilizan molinos a martillos,

es conveniente realizar un mantenimiento preventivo

de los martillos peridicamente.

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COCIMIENTO

Los objetivos de esta etapa son los siguientes:

1. Esterilizacin

2. Solubilizacin de azcares

3. Hidrlisis del almidn

4. Desintegracin de protenas

5. Reduccin de viscosidad

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HIDRLISIS DEL ALMIDN

Hidrlisis de almidn

El propsito del proceso conjunto de coccin y sacarificacin es hidrolizar el almidn

convirtindolo en azcares fermentables. Para ello se utiliza en primer lugar la enzima

alfa amilasa seguida por la accin de la glucoamilasa.

ALMIDN:

Carbohidrato formado por molculas de glucosa unidas entre si por medio de enlaces

glucosdicos.

Estructura del almidn

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HIDRLISIS DEL ALMIDN

La hidrlisis de la molcula de almidn sigue las siguientes etapas:

Primer paso: Gelatinizacin

Durante el calentamiento la viscosidad

comienza a aumentar llegando a su pico

mximo en el momento de la gelatinizacn

(Sorgo: 68-77C).

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Segundo paso: Liquefaccin

En este paso comienza la hidrlisis del almidn propiamente dicha.

La enzima -amilasa acta rompiendo los enlaces -1,4 glucosdicos.

Enzima -amilasa:

Se trata de una enzima usada en la hidrlisis del almidn que acta sobre las

cadenas lineales de la molcula de almidn liberando dextrinas.

Adems esta enzima colabora con la reduccin de la viscosidad durante el

calentamiento inicial de la etapa de coccin.

HIDRLISIS DEL ALMIDN

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Las condiciones ptimas para el uso de esta enzima son las siguientes:

Medidas de control de la etapa de coccin:

pH previo al agregado de enzimas (5,5 6,5). Temperatura de agregado de enzimas Temperatura de coccin Tiempos de calentamiento, coccin y enfriamiento ndice de iodo al final de la etapa (dextrinas)

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Es la etapa siguiente a la coccin y su objetivo es completar la hidrlisis del almidn

mediante el empleo de la enzima glucoamilasa.

Esta enzima hidroliza las dextrinas provenientes de la etapa anterior y las convierte

en glucosa.

El proceso de sacarificacin requiere un tiempo de residencia para que la enzima

logre hidrolizar las dextrinas, usualmente ese tiempo abarca entre 45 y 90 minutos.

Se puede realizar en una etapa aislada o en simultneo con la etapa siguiente del

proceso (fermentacin).

SACARIFICACIN (MACERACIN)

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Enzima glucoamilasa (amiloglucosidasa):

Es una enzima que se emplea en la hidrlisis del almidn por su capacidad de romper

las cadenas lineales y ramificadas que contiene la molcula de almidn.

Como resultado de la accin de sta enzima se logra liberar toda la glucosa contenida

en el almidn.

SACARIFICACIN (MACERACIN)

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Enzima glucoamilasa:

sta enzima acta luego de la liquefaccin

a un pH comprendido entre bajo.

Es por esto que es necesario realizar

un ajuste de pH utilizando un cido.

Medidas de control de sacarificacin:

pH previo al agregado de enzimas Temperatura de agregado de enzimas Tiempos de maceracin Temperatura sacarificacin ndice de iodo al final de la etapa (Iodo)

SACARIFICACIN (MACERACIN)

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HIDRLISIS DEL ALMIDN - ESQUEMA

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Qu es la Fermentacin?

Es el proceso por el cual, mediante la accin de levaduras, se obtiene alcohol a partir

de azcares simples en ausencia de oxgeno (anaerobio).

Es la transformacin enzimtica, por medio de microorganismos, de compuestos orgnicos tales como azcares usualmente acompaado por la formacin de gas.

LEVADURAS

Son los organismos responsables

de la fermentacin.

Las levaduras son hongos unicelulares que generalmente

se reproducen por gemacin.

FERMENTACIN

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LEVADURAS

La levadura ms conocida es la Saccharomyces cerevisiae (levadura de panificacin).

FERMENTACIN - LEVADURAS

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LEVADURAS

Una de las caractersticas ms importante de las levaduras es su capacidad de

sobrevivir tanto en condiciones aerobias como anaerobias, es decir su condicin de

anaerobio facultativo.

En presencia de oxgeno las levaduras

respiran por lo que aumenta su biomasa

mientras que en ausencia de oxgeno

se produce la fermentacin.

FERMENTACIN - LEVADURAS

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POR QU LAS LEVADURAS PRODUCEN ALCOHOL?

Las levaduras buscan su superevivencia y la de su especie (generar nuevas clulas),

en ausencia de oxgeno, la forma que tienen de obtener energa (ATP) es a travs de

la ruta de la fermentacin alcohlica.

FERMENTACIN ALCOHLICA

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ANAEROBIOSIS: FERMENTACIN

C6H12O6 CO2 + ETANOL + 2ATP

1 5g de biomasa

AEROBIOSIS: RESPIRACIN

C6H12O6 + O2 CO2 + AGUA + 38ATP

47g de biomasa seca

POR QU LAS LEVADURAS PRODUCEN ALCOHOL?

La energa es utilizada para:

Biosntesis (produccin de biomasa) Absorcin de nutrientes Energa de mantenimiento Auxilio o soporte ante situaciones de stress

El etanol y gas carbnico (CO2) son productos de excrecin de las levaduras (no

tienen utilidad para su metabolismo).

C6H12O6 2C2H60 + 2CO2

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Biomasa (ATP)

Glicerol

Ac. Orgnicos, etc.

Durante la fermentacin alcohlica se obtienen los siguientes productos:

60 92 % Alcohol 1,5 - 1,0 % Biomasa 1,9 9 % Glicerol 0,4 1,5 % cidos orgnicos (lev.) 0,2 7 % cidos orgnicos (bact.) 0,1 0,7 % Aceite de fusel 0,02 30% sin fermentar

Para favorecer la produccin de etanol se recomienda:

Mantener la levadura activa evitando el stress Tener una buena viabilidad Identificar y controlar los factores estresantes inherentes al proceso (alcohol, cido,

temperatura, contaminacin bacteriana, etc.)

FERMENTACIN ALCOHLICA

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Factores de stress de las levaduras:

Los factores de stress crticos de las levaduras son la temperatura, los niveles de

alcohol y la contaminacin.

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Temperatura de crecimiento de levaduras:

A mayor temperatura:

Mayor riesgo de crecimiento de bacterias contaminantes Mayor riesgo de prdidas por evaporacin Menor tolerancia al etanol y txicos.

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pH:

El pH debe ser menor a 5. (la fermentacin alcohlica se da generalmente a pH

alrededor de 4).

A mayor pH:

Aumenta riesgo de contaminacin bacteriana Menor tolerancia a txicos cidos (lctico, actico, etc.)

Nutrientes:

El mosto provee los nutrientes bsicos pero en muchos casos se recomienda agregar

otros insumos como nutrientes para las levaduras (Nitrgeno, fsforo, minerales y

vitaminas).

Contaminacin:

Es la causa principal de la prdida de rendimiento de la

fermentacin.

Puede estar asociada a:

Levaduras salvajes Bacterias

Los principales problemas asociados a la contaminacin son los siguientes:

Baja la produccin de alcohol (disminuye rendimiento, inhibe crec. levaduras) Problemas operativos (espuma, etc.) Inhibicin de la fermentacin por formacin de cidos orgnicos (ejemplo: c.

lctico).

FERMENTACIN ALCOHLICA

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Levaduras salvajes:

Es cualquier levadura desconocida

o contaminante que aparece

en el proceso de fermentacin.

Problemas por levaduras salvajes:

Formacin de espuma (ocupan ms volumen, aumenta consumo de insumos, aumenta la probabilidad de contaminacin bacteriana)

Azcares residuales en el vino

Cmo prevenimos esta contaminacin?

LEVADURAS SELECCIONADAS

LIMPIEZA Y DESINFECCIN DE LA CUBA

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Levaduras seleccionadas:

Son levaduras que poseen habilidades fermentativas importantes para la industria.

Cules son las ventajas de su aplicacin?

Alto rendimiento fermentativo Forman poca espuma No floculan por si solas Son altamente tolerantes a las concentraciones de etanol

Comparacin con levaduras salvajes

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Variable Levadura salvaje Levadura seleccionada

Floculacin Frecuentemente dan problemas Generalmente no forma

Espuma Formacin espesa No forma

Az. residuales Altos tenores Bajos tenores

Bacterias:

Por qu debemos controlar su presencia?

1. stos organismos compiten con la levadura por sus nutrientes (consumo de azcares, aumenta costos, bajos rendimientos).

2. Cambios en las condiciones ambientales del proceso (pH, espuma persistente,

formacin de cidos que inhiben las levaduras).

3. Destruccin del producto final (consumo etanol por bacterias)

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Cmo prevenimos este tipo de contaminacin?

LIMPIEZA Y SANITIZACIN CONDICIONES OPERATIVAS CONTROLADAS USO DE ANTIBITICOS

Limpieza y sanitizacin:

El objetivo es reducir la cantidad de microoganismos no deseados a niveles seguros.

Condiciones operativas:

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Variables operativa Condicin

Temperatura (C) 30 32

pH 4 4,5

Oxigenacin Nula o muy baja

Agitacin Alta

Antibiticos:

El uso de antibiticos es ampliamente utilizado como medio para disminuir la carga

bacteriana no deseada durante la fermentacin alcohlica.

Los antibiticos ms utilizados en la industria son los basados en penicilina y/o

virginamicina.

Antes de elegir que antibitico usar se debe tener en cuenta:

Carga microbiana sin uso de antibiticos (recuento de bacterias, acidez sulfrica) Modo de accin del antibitico a usar Dosis de antibitico necesaria Costo Efectividad

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Medidas de control en la fermentacin:

Control de levadura a utilizar:

Viabilidad Aspecto

Control de fermentacin:

Recuento levaduras Viabilidad Gemacin Recuento de bacterias Temperatura Brix pH Al finalizar la fermentacin: Grado alcohlico, Brix, pH, acidez sulfrica y recuento

de bacterias.

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CONTROL Y SEGUIMIENTO DE TODO EL PROCESO

MUCHAS GRACIAS!!!

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