Download - Obtencion de Alcohol a Partir de Cereales 1
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OBTENCIN DE ALCOHOL A PARTIR DE
CEREALES
Parte I: Recepcin - Fermentacin
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DEFINICIONES
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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
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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.
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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
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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
FERMENTACIN ALCOHLICA
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Biomasa (ATP)
Glicerol
Ac. Orgnicos, etc.
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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.
FERMENTACIN ALCOHLICA
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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.)
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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).
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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
FERMENTACIN ALCOHLICA
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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
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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
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Limpieza y sanitizacin:
El objetivo es reducir la cantidad de microoganismos no deseados a niveles seguros.
Condiciones operativas:
FERMENTACIN ALCOHLICA
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Variables operativa Condicin
Temperatura (C) 30 32
pH 4 4,5
Oxigenacin Nula o muy baja
Agitacin Alta
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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
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MUCHAS GRACIAS!!!
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