ESTUDIO CINETICO DE UNA FERMENTACION ALCOHOLICA UTILIZANDO MIEL DE ABEJAS COMO SUSTRATO Jose Angel Gomez'", Hader 11'0/1Castaiio y Mario Arias'!'. Departamento de procesos quimicos, l ngenieria Quimica, Facultad de Minas Universidad Nacional de Colombia - Sede Medellin. RESUMEN. El articulo describe un estudio cinetico de una fermentacion alcoholica utilitando miel de abejas como sustrato; para este efecto se realiraron nueve fermeruaciones en proceso discontinuo con un volumen, de J 0 L, siguiendo el comportamiento de las concentraciones de sustrato, biomasa y producto en el tiempo. Se evaluo 10 conveniencia de factores como la agitacion y la adicion de nutrientes, adernds, se observe el efecto de las conceniraciones iniciales de sustrato e inocula y el tipo de miel buscando las mejores condiciones del proceso para la obtencion de una bebida alcoholica. INTRODUCCION. Con la elaboraci6n del presente trabajo se pretende contribuir al fortalecimiento del area de la biotecnologfa, como uno de los campos de acci6n de la Ingenierfa Qufmica. Dados los antecedentes en biotecnologia de los procesos fermentativos en la producci6n de bebidas alcoh6licas en nuestro pats, se propuso adelantar un estudio cinetico fermentativo para la producci6n de una bebida alcoh6lica, con miras a analizar los mecanismos intrinsecos que gobiernan tales procesos; adernas, de realizar el respectivo modelamiento y simulaci6n del proceso. (1) Profesor Universidad Nacional de Colombia. A quien se puede enviar correspondencia. Decanatura de Ciencias, Universidad Nacional de Colombia Sede - Medellin. A.A. 3840. Fax 260 44 89. Medellin Col. Esmaitv-: [email protected](2) Corporacion Biotec - Universidad del Valle, E-mail: [email protected]\fs24 . II ~ ----- _ . INGENIERiA E INVESTIGACION
Transcript
ESTUDIO CINETICO DE UNAFERMENTACION ALCOHOLICA
UTILIZANDO MIELDE ABEJAS COMOSUSTRATO
Jose Angel Gomez'", Hader 11'0/1Castaiio y Mario Arias'!'.
Departamento de procesos quimicos, l ngenieria Quimica,Facultad de MinasUniversidad Nacional de Colombia - Sede Medellin.
RESUMEN.
El articulo describe un estudio cinetico deuna fermentacion alcoholica utilitando miel deabejas como sustrato; para este efecto serealiraron nueve fermeruaciones en procesodiscontinuo con un volumen, de J 0 L, siguiendoel comportamiento de las concentraciones desustrato, biomasa y producto en el tiempo. Seevaluo 10 conveniencia de factores como laagitacion y la adicion de nutrientes, adernds, seobserve el efecto de las conceniracionesiniciales de sustrato e inocula y el tipo de miel
buscando las mejores condiciones del procesopara la obtencion de una bebida alcoholica.
INTRODUCCION.
Con la elaboraci6n del presente trabajo sepretende contribuir al fortalecimiento del area dela biotecnologfa, como uno de los campos deacci6n de la Ingenierfa Qufmica. Dados losantecedentes en biotecnologia de los procesosfermentativos en la producci6n de bebidasalcoh6licas en nuestro pats, se propuso adelantarun estudio cinetico fermentativo para laproducci6n de una bebida alcoh6lica, con miras aanalizar los mecanismos intrinsecos quegobiernan tales procesos; adernas, de realizar elrespectivo modelamiento y simulaci6n delproceso.
(1) Profesor Universidad Nacional de Colombia. A quien se puede enviar correspondencia. Decanatura de Ciencias,Universidad Nacional de Colombia Sede - Medellin. A.A. 3840. Fax 260 44 89. Medellin Col. Esmaitv-:[email protected](2) Corporacion Biotec - Universidad del Valle, E-mail: [email protected]\fs24 .
Tanto la miel como sus productosfermentados han sido utilizados par el hombredesde la antigtiedad. Se dispone de documentosescritos de comienzos del siglo XV en los que sereconoce que la miel de abejas, cuando se diluyecon agua y se Ie adicionan ciertas sales, sufreferrnentacion alcoholica y posteriormente acetica(2). La calidad de los productos delafermentacion de la miel, en el pasado, fuecuestionada pues en el proceso, a pesar del sabordulce, se presentaban sabores desagradablesdebido al tiempo prolongado de fermentacion (6).EI control de los factores que influyen en lacali dad del producto final ha sido el principalobjetivo de los ultimos estudios. Trabajosrealizados por diferentes investigadores hanpermitido establecer que la levadura corminSaccharomyces cerevisiae se comporta muy bienen la fermentacion alcoholica de solucionesdiluidas de miel de abeja (2). La miel es diluidacon agua de manera que la concentracion inicialde azucares reductores sea adecuada para eldesarrollo de los microorganismos. Como la mielgeneral mente contiene un 65% en peso deazucares reductores 0 mas, la dilucion debeefectuarse hasta alcanzar 12 a 30% de estoscarbohidratos. A partir de estas soluciones se halogrado obtener bebidas alcoholicas con uncontenido de 10 a 16% de etanol (6). Unaconcentracion inicial de inoculo de I % envolumen produce una fermentacion inicial masrapida que una del 0,4%; sin embargo, laferrnentacion con un inoculo mas pequeiiogeneralmente ha coincidido con la de un inoculomas grande al cabo de diez 0 doce dfas. A bajatemperatura del orden de 13Q C, produce unafermentacion mas rapida que con el 1%(6).
Varios investigadores, entre ellos Arias yQuicazan (2), han coincidido en afirmar que esesencialla adicion de una Fuente nitrogenada a lamiel diluida para estimular la ferrnentacion. Se harecomendado la adicion de fosfato diarnonico a unnivel de 250 rng/l; esta sal mejora la velocidad deferrnentacion de la rniel, permaneciendo lascaracrerfsticas organolepticas originales de la miel(2). Tambien se ha podido comprobar que lasmieles con un contenido superior de mineralesconstituyen un mejor medio de fermentacion,probablemente debido a la presencia de
microminerales indispensables para el desarrollode la levadura. Por 10 tanto, se recomienda,adernas de la salnitrogenada, la adi ion de ouassales que aporten minerales esenciales (6).
Como el pH es un factor determinante en lavelocidad de ferrnentacion, e ha podidoestablecer que valores entre 3,7 y 4,6 son idealespara este proceso. La utilizacion de sistemasreguladores como el acido cftrico- citrate d sodiopueden regular el pH en esre intervale (2).
EI origen botanico de la miel de abejainfluye apreciablernente en la ferrnentacion queesta pueda sufrir. Ciertas mieles, especial mentelas procedentes de Trifoli um (nombre cientffico
Tanto la miel como sus productosfermentados han sido utilizados por elhombre desde la antigiiedad. Se disponede documentos escritos de comienzos delsiglo XV en los que se reconoce que lamiel de abejas, cuando se diluye conagua y se Ie adicionan ciertas sales, sufrefermentacion alcoholica yposteriormente acetica.
del Trebol) han rnostrado mucha dificultad larafermentar y requieren por 10 tanto la adicion,adem as de rninerales, de ciertas vitaminas(tiamina, piridoxina y biotina) (2).
La temperatura y la agita ion en el procesoson factores que influyen apreciablemente en lavelocidad de ferrnentacion y en las caracterfsricasdel producto final (2). En general, e recomiendala agitacion pues esta rnantiene las celulas ensuspension y faci Iita el contacto con los azucaresreductores. Se ha concluido que ernpleandolevaduras seleccionadas, adicion de nutriente ,un pH adecuado y temperaturas de 24 a noc, enmiel poco coloreada como la de trebol, se pueden
realizar fermentaciones sin agitacion hastaalcanzar un 12 - 13% de etanol en volumen, alcabo de dos semanas. Con esro puede deducirseque la agitacion (una determinada velocidad en
. rpm, 21 0 rpm) reducirfa apreciablemente el tiempornanteniendo las dernas condiciones constantes(6).
Teniendo en cuenta los factoresanteriormente mencionados, algunosinvestigadores han efectuado ensayos a nivel deplanta piloto. Arias y Quicazan (2) refierenestudios de Morse y Steinkraus a escala delaboratorio y pi loto para lafermentacion de miel de trebol enbarriles de 40 gal. EI proceso fuedisefiado para dar un productoseco, clare, exento de olores ysabores desagradables y con unabuena estabilidad en el en vase.EI proceso consistio en diluir lamiel con agua hasta obtener un
21 % de solidos; la mielcristalizada se calento a 60°Cpara facilitar la dilucion. Seadicionaron varios nutrientesentre los que se encontrabanacido cftrico, sulfato de arnonio,fosfato potasico, cloruro dernagnesio, peptona, sulfato acidode sodio, tiamina. pantotenato decalcio, rnesoinosirol, piridoxina ybiotina. EI pH se ajusto conhidroxido de sodio 0 acidoclorhfdrico hasta un valor de 3,7 - 4,0. Con unatemperatura de 27 °C, se inoculo conSaccharomyces cerevisiae en crecimiento a unnivel de 0,5% en volumen, La rniel se fermento a18°C y posteriormente se dejo reposar para afiejaren barril por cerca de seis meses. Luego sedecanto y f ltro, la acidez final se ajusto a 0,6%(% peso en volumen) con acido cftrico 0 tartarico.EI producto se pasteurize a 63°C por 5 min y seenvaso en caliente. El vino obtenido contenfa un12% en volumen de etanol.
optirnas y han servido de base para disefiarplantas industriales para la produccion de vino demiel a grande escala, Estudios realizados acercade las caracteristicas de vinos de rniel disponiblesen el comercio han mostrado que el nivel deazucares reductores aun sin fermentar es de 2,5\endash 27,8%, el pH de 2,9 a 3,75, la acideztitulable de 0,022 -0,708 g de acido por 100 ml, elcontenido de acetaldehido de 18,2 - 125,5 p.p.m yel contenido de etanol de sales 12,2 - 20,8% envolumen. Estas caracteristicas, adernas delcontenido de cenizas y
TABL4 1. Caracterizacion de La miel oscura.
Azucares reductore totalesHumedadAcidez expresada como pHContenido de cenizasContenido de sacarosa
74,9%18,6%
3,50,15%0,0%
en pesoen peso
en peso
TABL4 2. Coracterizacion de La miel clara.
Azucares reductores totalesHumedadAcidez expresada como pHContenido de cenizasContenido de sacarosa
73,8%17%3,50,08%0,4%
Ensayos similares al de crita anteriormantehan permitido recomendar las condiciones
en pesoen peso
en pesoen peso
ciertos cationes indican la naturaleza de lafermentacion y el tipo de sales adicionadasdurante el proceso.
MATERIALES Y METODOS
Para efectos de desarrollo del trabajo sedispuso del siguiente equipo:
Reactor cilfndrico (estandar) en acrflicocon chaqueta de enfriamiento con unvolumen util de 10 lin·os. En el cuallaaltura era dos veces el diametro y provistode bafles a 9W
Para el desarrollo de la ultima fermentacionse utilize como sustrato miel de abejas clara, lacaracterizacion de esta miel se presenta en la tabla2. La concentracion de sustrato se cuantificocomo azucar reductor total, determinado por elrnetodo de Lane y Eynon (5). La biomasa sedetermine utiJizando el rnetodo de peso secorecomendado por Pirt (12) Y la concentracion deetanol en el medio fermentativo se determineutilizando el metodo refractometrico recomendadopor la A.O.A.C (\fsI8 Association of OfficialAnalytical Chemists) (16),
TABLA 3. Diseiio experimental.
DISENO EXPERIMENTAL
Con el fin de evaluar los efecios de lospara metros del proceso fermentative propucsto(concentracion de sustraro e inoculo (grarnos dpeso seen por litro), agitacion y adicion denutrientes) sc Ilevaron a cabo nueveferrnentaciones con un volurnen de sistema de 10litros y en operacion discontinua; las cuairopri meras se disefiaron para establecer laeonveniencia de la agiracion y la adicion denutrientes sobre la cinetica Ierrnentativa. Basadosen los resultados cineticos de esta etapa se pasoa evaluar el efecro de la conccntracion de inoculo
Etapa Ensayo Concentracion ART (gIL) Aqitacion Adicion Tipo dede inoculo (gIL) (1) (210 rpm) nutrientes miel
A 6,980 227,27 si no a (2)
2 7,980 215,05 sl sl a
3 9,200 243,10 no no a
4 9,460 215,05 no SI a
B 5 20,857 235,02 no SI a
6 4,590 235,29 no sl a
C 7 22,190 344,83 no sl a
8 19,952 113,00 no sl a
0 9 19,929 238 no si b(3)
(1) ART: azucares reductores totales.
(2) a: miel oscura.
(3) b: miel clara.
(4) los nutrientes agregados son los reportados en el siguiente parrato
II----------------=-~------:-::-:-------------fNGENIERIA E fNVESTIGACI0N
TABLA 4. Evaluacion del comportamiento del proceso [ermentativo
%: porcentaje de rendimiento de etanol con respecto al valor te6rico, P: productividad de etanol en g/lh, A: agitaci6n,N: nutrientes, T: tipo de miel, Pf: concentraci6n de etanol final en % vlv, a: miel oscura, b: miel clara,% S: porcentaje de sustrato no fermentado.
mediante dos ferrnentaciones. Los siguientes dosensayos se realizaron con el fin de evaluar laconcentracion de sustrato sobre la cinetica delproceso. Estas ocho primeras fermentaciones sereaJizaron utilizando como sustrato miel oscura.POl'ultimo, se efectuo una ferrnentacion con rnielclara como sustrato con las condiciones cineticasmas favorables establecidas en fermentacionesanteriores, con el objetivo de evaluar la influenciade la miel en el proceso de fermentacion alcoholicaen 10que respecta a Ia Fuente floral. En la tabla 3se muestra el disefio experimental (4).
A continuacion se describe la cornposiciondel medio de cultivo utilizado en lasfermentaciones donde se adicionaron nutrientes,tomando como base 10 Iitros de volumen delsistema fermentativo, esta fue: 4,1043 g de fosfatoacido de sodio, 10,552 g de sulfato de arnonio,1,998 g de c1oruro de magnesio, 0,4995 g de sulfatoacido de sodio, 25,29 g de acido cftrico, 24,705 g decitrato sodico, 0,243 g NaCI. Con el objetivo deevaluar el efecto de la adicion de nutrientessobre la cinetica de la ferrnentacion de la miel de
abejas, se tomo como base para la cornposiciondel medio de cultivo la recomendada por Morse ySteinkrauss citados por Arias y Quicazan (2).
RESULTADOS Y DISCUSION
Los resultados experimentales deconcentracion de sustrato, producto y biomasapara la mejor ferrnentacion en cada etapa deldisefio experimental, se rnuestran en los graficos1a4.
Los parametres de las diferentesfermentaciones se presentan en la tabla 4.
De la primera etapa del diseiioexperimental se concluye que la adicionde nutrientes en sistema no agitado a laescala ensayada es la mas convenientepara este proceso fermentativo debido aque se mejora la productividad con unabuena concentracion final de etanoI.
Al evaluar lainfluencia de laconcentracion inicial debiomasa a inocula se notaque un aumento en laconcentracion de estafavorece el procesonotandose un aumento de laproductividad, disrninuciondel tiempo de ferrnentaciony mejora de los parametrescineticos,
Algo importante quese observe de lacineticafermentativa,fueron los altosporcentajes deazucares nofermentados (estefenomeno seexperimento al novercambiosrepresentativos deconsumo de sustratoen el tiempo dedesarrollo de lafermentacion)
En cuanto al aumentoen la concentracion desustrato para la septirnaferrnentacion, se observa enla tabla 4 que dio lugar a unmayor valor deproductividad que la quintadeb ida a su menor tiempode fermentacion (2.5 horasmenos). Al evaluar una disrninucion en laconcentracion inicial de sustrato se observe comola acta va ferrnentacion presento una mejorproductividad fundamentada en el alto valor derendirniento (95% del valor teorico), explicado canbase en la baja concentracion de sustrato inicialque garantiza la no presencia de inhibicion porsustrato y producto. Adernas, el tiempo deferrnentacion fue muy bajo (5 horas) para efectosde produccion de una bebida alcoholica, elproceso fermentativo octavo no se torno como elmas adecuado; no obstante presentar la mayorproductividad global de las fermentaciones antesanalizadas ya que no se debe perder de vista quenuestro objetivo era obtener una bebidaaJcoholica de aceptacion general, y deb ida a quepresento una concentracion tan baja de etanol, nocumpliarfa can las exjgencias del consumjdor. De10 anterior se concluye que las condiciones deoperacion de la quinta fermentacion son las masadecuadas can miras a satisfacer los objetivosplanteados.
disminuyendo el tiernpo d·Ierrnentacion en 10,5 h ras,resultado este que incide . nduplicar la productividadcan respecto a la quintafermentacion. Losrendirniento de etanol ybiomasa son muy imilares.
De los valores deconcentracion final deetanol, e nato qu estandentro del intervalo de 10,33- 12,62 % vlv. Uncornportarniento diferente alanterior se observe en laoctava ferrnentacion, comose expl ico anteriormente,Estos valore deconcentracion de etanolestan dentro del intervalenormal obtenido en una
fabrica de bebidas alcoholica .
Ya en la etapa final, se evaluo el efecto de lamiel clara sabre el desarrollo cinetico fermentativoen contraposicion can la quinta fermentacion. Seobservo como la cinetica del proceso defermentacion can rillel clara se via favorecida
Alga irnportante que se observe de lacinetica ferrnentativa, fueron 10. altos porcentajesde azucares no ferrnentados (este fenorneno eexperirnento alno vel' cambios repre: entativ . decon urno de sustrato en el tiernpo de desarrollo dela fermentacion), debido tal vez a la perdida decapacidad rnetabolica de la levadura al estarpresente en un rnedio con una alta concentracionde etanol que afecta el metaboli mo del sustrato,ya que se descarta la hipotesi de que estosaziicares ean no fermentables, pue en lacaracterizacion del sustrato no se detecto lapresencia de tales azucares. De la Tabla 4 seobserva como el valor del porcentaje de azucaresno fermentado e muy similar para todas lasfermenla iones, excepto para las Seplima yoctava. Laju tificacion de lal efecto para laseptima fermentacion radica en la altaconcentracion de sustrato, que dada la cinetica dela fermentacion aJcoholica, e imposible que semetabolice totalmente, debido a que el procesotermina aJ aIcanzarse una concentracion de elanolque inhjbe totalmente el metabolismo, aun enpresencia de sustrato di ponible en el medio. EIcomponamiento de la septima fermentacion puedeser utilizado bajo la perspectiva de elaboracion deuna bebida alcoholica dulce.
___ -----I!'!IINGENIERlA E INVESTIGACION •
Contrario a 10 que afirma Prost, citado porArias y Quicazan (2), la agitacion presento unefecto adverso, al menos para el grade deagitacion que se uti lizo (210 r.p.m.), sobre eldesarrollo del proceso ferrnentati vo de miel deabeja. EI efecto adverso de la agitacion puededeberse a que en lugar de rnejorar el contactoentre la biomasa y el sustrato, el grado deagitacion perturbe el normal funcionamiento delos procesos de transporte a traves de lamembrana celular. Tarnbien es posible que elesfuerzo de corte producido por el movimiento delimpulsor ala escala trabajada afecte la viabilidad
Con el fin de evaluar los efectos de losparametres del proceso fermentativopropuesto (concentracion de sustratoe inoculo (gramos de peso seco porlitro), agitacion y adicion denutrientes) se llevaron a cabo nuevefermentaciones con un volumen desistema de 10 litros y en operaciondiscontinua
celular debido a posibles dafios causados a lamembrana celuJar.
En 10 pertinente a la conveniencia de laadicion de nutrientes almedio fermentativo seobserve como tal adicion mejoro ostensiblementeel proceso fermentativo. Lo anterior esta deacuerdo con 10 anotado por Morse y Steinkrausscitados pOI' Arias y Quicazan (2).
EJ aumento en la concentracion inicial delevadura rnejoro la respuesta del sistema bioticocon respecto a la cinetica del proceso, estando deacuerdo con 10 citado pOI' (12). Esto es explicadopOI' el hecho de que al haber mas celulas(biocatalizador), cuando las condiciones del
proceso sean tales que favorezcan la forrnaciondel producto, el metabolismo de sintesis deproducto se ve favorecido en rapidez. Existe unvalor de concentracion inicial de biomasa superioral cual existen restricciones al transporte celulardebido al empaquetamiento de las levaduras aaltas concentraciones de biomasa, como se anotoen Arias y Quicazan (2). EI fenomeno anterior seve traducido en el efecto inhibitorio sobre lacinetica del proceso.
Para los procesos fermentativos utilizandocomo sustrato miel de abejas oscura y, adernas,concentraciones de sustrato inhibitorias (todasexcepto la octava), un aumento en laconcentracion inicial de biomasa corresponde aun incremento en la productividad; lasferrnentaciones tercera y sexta se alejaron un pocode este comportamiento. Pese a que lasconcentraciones finales de etanol fueron muysirnilares utilizando distintas concentraciones delevadura, el efecto se manifiesta en la disrninucionde la cinetica ferrnentativa,
En 10 observado en el analisis del efecto dela concentracion inicial de sustrato sobre lacinerica del proceso y teniendo en cuenta 10anotado porIa bibliograffa, donde aconcentraciones de sustrato superiores a 100 gILse presenta efecto inhibitorio se via como esteefecto no presento el comportamiento esperadocomo era elevarse progresivamente al aumentar laconcentracion de sustrato. Lo anterior seobserve en el desarrollo de las ferrnentacionesquinta y septima, donde la cinetica del procesosolo difiere en 2,5 horas, a pesar de presentar unadiferencia de concentracion inicial de sustrato de111,54 gIL. Haciendo el paralelo de lasfermentaciones quinta y septirna con la octavafermentacion, cuya caracterfstica era la bajaconcentracion inicial de sustrato (113 gIL, similarala concentracion rninirna inhibitoria), se observouna ostensible mejorfa en el desarrollo cinetico delproceso, ya que se paso de una duracion de 30 hen promedio, a una de 5 h. Lo anotadoanteriormente, pone de manjfiesto el efectoinhibitorio por sllstrato en procesos fermentativosdon de la concentracion injcial de sllstrato fuemayor a la utilizada en la fermentacion octava.
11-:>----- _. INGENIERIA E INVESTIGACION
Contrario a 10expresado por Crane Eva,citada por Arias y Quicazan (2), en 10que respectaala mejor calidad de la miel oscura como sustratoen la ferrnentacion de mieles, aumentando lavelocidad fermentativa del proceso, los resultadosobtenidos al comparar el seguimiento del procesofermentativo quinto con el noveno, cuyadiferencia en las condiciones de proceso es el tipode miel utilizada (oscura y clara, respectivarnente),muestra como el proceso se ve favorecido alutilizar como sustrato miel clara. Esto puedeexplicarse par el hecho de que la cornposicion deminerales en la miel oscura utilizada puedaencontrarse en algun valor superior al minimo enel cual se presenta un efecto retardante sobre lacinetica del proceso.
Los rendimientos de etanol en las diferentesfermentaciones oscilan entre 69,15 y 80, 12% delvalor teorico (0,511) predicho por la ecuacion deGay Lussac para la forrnacion de etanol a partir deglucosa. Se observe como el desarrollo de talfermentaciones esta acorde con losvalores derendimiento experimentales reportados en laliteratura, donde estes oscilan entre 80 y 90% delvalor teorico (7), con el precedente, que la cepautilizada en este trabajo no es la mas especializadapara la produccion de etanol. La leve diferenciaentre los val ores encontrados con respecto a loscitados en la bibliograffa, puede ser deb ida a laformacion de productos secundarios y a posiblesperdidas de etanol por evaporacion. En lafermentacion octava se obtuvo un rendimiento deetanol que casi concuerda con el valor teorico,expJicado este hecho por la no presencia deefectos inhibitorios tanto de etanol como desustrato y, por ende, haciendo tender a cero laenergfa de mantenirniento que utiliza la levaduraen condiciones de stress, posibilitando que estaenergfa extra se utilice en la formacion deproducto.
CONCLUSIONES
La agitacion presento un efecto adversosobre la cinetica del proceso fermentati vo, almenos para el grade de agitacion utilizado (210
r.p.m), bajo las condiciones de operacion,particularmente el volumen pequeno de mediofermentativo.
La adicion de nutrientes mejoro I d sarrollocinetico del proceso en forma ostensible, pucs
disrninuyo el tiernpo del proceso.
Un incremento en la concentraci6n ini ial delevadura se tradujo en un increm nto deproductividad del proceso y pOI' ende en iicmposferrnentati VQS mas COllOS.
Las cineticas fermentativas preseruaroninhibici6n por sustraro, excepto la octava
fennentaei6n, manifestandose este hecho entiempos de fennentaei6n largos.
Para el intervale de cone ntraciones desustrato inhibitorias, tal efecto no se incremento
sustancialmente al aumentar la concentraci6ninicial de sustrato,
Las concentraciones finales de etanol entodas las fermentaciones se encontraron en elintervalo de coneentraci6n obtenido en lasfabricas de bebidas alcoh6licas.
Las fermentaciones presernaron unaconcentraci6n rernanente de sustrato debido a laperdida de viabilidad celular, relacionada con elefecto inhibitorio par etanol cuando este alcanzaaltas concentracioncs. Los rendimientos desustrato para biornasa fueron bajos, tfpicos delproceso fermentative de produccion de alcohol.La rniel clara present6 mejores caracterfsticasfermentativas que la miel oscura.
La novena ferrnentacion presento lasrnejores condiciones de operaci6n para laobtencion de la bebida alcoh61 ica, se produjo unaadecuada concentracion final de etan I y una altaproductividad de este. Como caracterfsticaorganoleptica relacionada al color presento uncolor oro agradabJe a la vista, debid6 a lanaturaleza de la miel utilizada (mjel clara).
Si deseamo obtener una bebida quepresente un color oro mas acentuado, e debeutilizar como sustrato miel oscura; para talesefectos se sejeccionaran las condiciones deoperacion de la quinta fermentaci6n, pues son lasma adecuadas.
INGENIERIA E INVESTIGACION
Las dos conclusiones anteriores sonrecomendadas para bebidas secas; por elcontrario, si desearnos una bebida alcoholicadulce sin necesidad de adicionar edulcorantesdiferentes al sustrato rnismo, se recomiendarealizar el proceso con las condiciones deoperacion de la septima fermentacion.
Al evaluar los parametres de proceso yobservando las mejores condiciones de operacion,el desarrollo de este proceso puede ser de facilimplementacion por los apicultores con miras adiversificar la utilizacion de la miel, pues no serequieren sistemas de agitacion, sino la obtencionde levaduras para panificacion, la utilizacion denutrientes disponibles en el mercado, adem as delcorto tiempo de ferrnentacion.
250:::J:2lz 2000
----+- Sustrato (giL)(3«II:
_Biomasa (giL)....z 150wo ---.- Producto (giL)z0o
100
50
10 20 30 40TIEMPO (h)
GRAFICA 1 FERMENTAOON NUMERO CUATRO
350
300--'
~ 250zQu« 200....zwoz 1500o
100
50
00 10 20 30 40
GRAFICA 2 FERMENTACION NUMERO SIETE
T1e.11PO (h)
----+- Sustrata (giL)
__ Biomasa (giL)
_ Producto (giL)
50
120 ~---~'_._~~-_ .._~------_
100
~zo13«II:I-ZWoZoo
80
15 20 25TIe..lPO (h)
10
GRAFICA 3 FERMENTACION NUMERO OCHO
250 ,--------------------,
~ 200zo13<II: 150I-zWoz8 100
50
o ¥----+----t------t-----t------!
o 20 25TIEMPO(h)
GRAACO 4 FERMENTAaON Nl.WIERO NUEVE
5 10 15
Sustrato (giL)
Biomasa(g/L)
- Producto (giL)
Sustrato (giL)
Biomasa (giL)
Producto (giL)
INGENlERiA E INVESTIGAC~
BIBLIOGRAFfA
I. AlBA, SUICHI, HUMPREY. ARTHUR ANDMILLIS, NANCY. Biochemical Engineering 2' ed.New York. Academic Preqs 1973.
2. ARIAS, MARIO Y QUICAZAN MARTA.Manuscrito de antecedentes del ProyectoHidromiel. Medellfn 1992.
3. BAILEY, JAMES AND DAVID, OLLIS.Biochemical Engineering Fundamentals. 2 ed.New York. Mc Graw Hill. 1977.
4. CASTANO. H.I.. J.A. GOMEZ. Estudio cineticoy simulacion de una fennentaci6n alcoh61icautilizando como sustraro rniel. Tesis de pregradoUniversidad Nacional de (Colombia - SedeMedellfn. 1995.
5. CIFUENTES. ADRIANA Y, GARCIA GLORIA.Evaluaci6n de la calidad dc la rniel de abejasprocedente de la zona cafeiera del suroesteAntioqueiio. Tesis de grado Universidad Nacionalde Colombia. Sede Medellin. 1987.
6. CRANE. EVA. Honey. A comprehensive survey.London. Heinemann. 1979.
7. JONES. R.P. Y OTROS. Alcohol fermentationby yeast- the effects of cnvirornental and othervariables. Process Biochemistry. Pp 42-49. April/may 1981.
8. LUONG J. I-I T. Kinetics of ethanol inhibition Inalcohol fermentation. Biotechnology andBioengineering. New York Vol 27. Pp. 280-285.1985.
9. MAYER. ANNE FRANCOISE. Modelagem esimulacao de urna ferrnentacao alcoolica embarelada alirnentada. Tese para obtencao do tftulode mestre en ciencias. IRFJ Brasil. 1986
10. NOVAK, M. Y OTROS. Alcoholicfermentation: on the inhibitory effect of ethanol.Biotechnology and Bioengineering. New York. Vol23. Pp. 201-211. 1981.
II. NUNEZ DE VASCONCELOS, JOAOOperacao e sirnulacao do processo de ferrnentacaoalch61ica batelada alirnentada com vazao varia velde alimenracao. Tese para obtencao do titulo demestre en ciencias. UFRJ. 1987. Brasil
12. PTRT, S. J. Principles of microbe and cellcultivation. Blackwell scientific publications.London. 1975.
13 SINCLAIR, C.G. and KRJSTlANSEN, B.Ferrnentationkinetics and modeling. Edited byJ.D.BU'LOCK. Open University Press and Taylorand Francis. London. 1987.
14. THIBAULT, JULES Y OTROS. Producction ofethanol by .Saccharomyces cerevisiae under high -pressure conditions. Biotechnology andBioengineering New York. Vo I 30. PD. 74-80. July1987.
15. TYAGI, R. D. Participation of oxygen inethanol fermentation. Process Biochemistry. Pp.136-141. August 1984.
16 SUGAR AND SUGAR PRODUCTS. AOAC. 13'ed. Baltimore. Pp. 506-522. 1980.
