OBTENCION DE ALCOHOL ETILICO POR FERMENTACION DE MELAZAS DE CAÑA

OBTENCION DE ALCOHOL ETILICO POR FERMENTACION DE MELAZAS DE CAÑA

OBJETIVOS:

• Estudiar los diferentes factores que influyen en la obtención del alcohol al actuar las levaduras en la transformación de azucares.

• Observar las operaciones de separación y concentración de la melaza

• Evaluar la importancia de los procesos biotecnológicos en la transformación de +materias primas en productos de importancia industrial.

FUNDAMENTO TEORICO:

La fermentación alcohólica es un proceso anaeróbico realizado por las levaduras, básicamente pero también lo pueden realizar algunas bacterias. De la fermentación alcohólica se obtienen muchos productos como: vino, cerveza, alcohol, cigarrillos, chocolate, pan, etc.

Las levaduras son microorganismos unicelulares, que consiguen su energía por medio de la fermentación alcohólica, en la que rompen las moléculas de glucosa para obtener la energía para sobrevivir y como producen el alcohol como consecuencia de la fermentación.

Cuando el medio es rico en azúcar, la transformación de la misma en alcohol hace que llegada una cierta concentración las levaduras no pueden sobrevivir en tal medio. Aunque hay distintos tipos de levaduras con diferentes tolerancias, el límite suele estar en torno a los 14 o de alcohol para las levaduras del vino, por ejemplo.

La fermentación alcohólica produce gran cantidad de CO2, que hace el pan espojoso y hace que el champán tenga burbujas. Este CO2 pesa más que el aire, y puede llegar a crear bolsas sin oxígeno. Por ello es necesario ventilar bien los espacios dedicados a tal fin. En las bodegas de vino, por ejemplo, se suele ir con una vela, en caso de que la vela se apague, se sale inmediatamente de la bodega.

La fermentación alcohólica se conoce desde el comienzo de la historia en Mesopotamia, y se usaba, básicamente, para hacer pan, vino, y cerveza. En el antiguo Egipto le atribuían el descubrimiento a Osiris.

Fenómeno de origen microbiológico donde hongos unicelulares llamados levaduras, transforman el azúcar presente en el mosto en alcohol etílico, gas carbónico y algunas otras sustancias. El proceso es exotérmico y anaeróbico.

GLUCOSA ALCOHOL + CO2 + ENERGÍA

La fermentación es un proceso metabólico energético que comprende la descomposición de moléculas, tales como carbohidratos, de manera anaerobia.

La fermentación ha sido utilizada desde tiempos antiguos en la preparación de alimentos y bebidas. El desarrollo químico ha revelado la naturaleza biológica del proceso de fermentación. El producto de la fermentación es el alcohol etílico, pequeñas cantidades de propanol, butanol, ácido acético, y ácido láctico; los alcoholes de alta concentración también se pueden formar. El alcohol etílico está familiarizado con las bebidas alcohólicas. En su forma no natural es usado como un solvente industrial y como materia prima para la manufactura de acetaldehido, acetato etílico, ácido acético, dibromito de etileno, glicol y muchos otros químicos orgánicos. El alcohol puro también puede ser utilizado para propósitos medicinales, farmacéuticos y saborizantes.

La fermentación del alcohol etílico es realizada en forma cerrada por cualquier carbohidrato rico en substratos. La melaza, licor producido de desechos, permanecen después de la cristalización de la sucrosa y es usada ampliamente como materia prima en la fermentación alcohólica. La melaza blackstrap contiene 35-40% de sucrosa y 15-20% de azúcares invertidos (glucosa y fructuosa) La melaza hightest contiene 21-22% de sucrosa y 50-55% de azúcares invertidos. La mayoría de las melazas blackstrap no requieren otros nutrientes adicionales para realizar la fermentación del alcohol etílico. Sin embargo, las melazas hightest requieren cantidades considerables de sulfato de amonio y otras sales, como fosfatos. El contenido de nutrientes no azucarados de 50-lids de las melazas hightest es aproximadamente 7%, comparado con el 28-35% encontrado en las melazas blackstrap.

El alcohol etílico también puede ser producido por fermentación del almidón, suero o licor de desechos de sulfito. La fermentación de granos requiere un pretratamiento dado que la levadura no puede metabolizar directamente el almidón. Los granos (usualmente el maíz) son agrupados y calentados en una lechada acuosa para gelatinizar o solubilizar el almidón. Algunas enzimas líquidas pueden ser añadidas a bajas temperaturas. El almidón líquido es enfriado alrededor de 65°C y tratado con amilasa de malta o de hongos para convertir el almidón en oligosacáridos. Luego, la levadura es añadida junto con amiloglucosidasa (o glucoamilasa) los cuales convierten los oligosacáridos en glucosa. El proceso de fermentación y refinación posteriores son los mismos que se realizan cuando se usa melaza como materia prima.

La producción del alcohol etílico es realizada a través de procesos eficientes y automáticos. El proceso de manufactura no es muy complejo y es fácil de realizar. El control de la contaminación y el mantenimiento y reparación de las maquinarias y equipos también son fáciles. Aquellas naciones con climas tropicales y sub-tropicales, con abundante producción de azúcar y maíz, podrían invertir en el establecimiento de esta planta de producción que puede ser orientada tanto a la exportación como a la importación.

Sustratos utilizados en los procesos fermentativos.

Los sustratos son componentes del medio capaz de sustentar el crecimiento de microorganismos o la producción de metabolitos secundarios. La función del medio nutriente es idéntica a la de los medios de reacción química, es decir, proporcionar los componentes químicos necesarios y en las proporciones adecuadas para que la reacción ocurra. En adición, debe asegurar los componentes que garanticen el crecimiento de los microorganismos en todas sus facetas, en la forma más accesible, o sea, en medio líquido. Solo en casos especiales se usan medios con nutrientes sólidos o gaseosos. Además de los componentes esenciales, como fuente de carbono y de energía y nitrógeno, el medio debe contener otros muchos nutrientes que se requieren para la propagación de las células microbianas. El ajuste de la composición del medio y las propiedades físico-químicas ayuda en el mantenimiento de las tasas máximas de producción y la dirección adecuada de un cierto proceso.

Para la producción de alcohol han sido utilizadas diferentes fuentes de carbono como materia prima (materiales biológicos), las cuales deben poder ser transformadas con facilidad en azúcar fermentable, almidón o celulosa. Su uso práctico estará determinado por el rendimiento en alcohol, por su costo y el tipo de microorganismo que se utilice.

La utilización de una u otra materia prima varía de un país a otro. Varios autores coincidieron en definir 3 tipos de materias primas para la producción de etanol, las cuales son:

a)- Materiales portadores de azúcares simples (tales como caña de azúcar, melazas, sorgo dulce, etc.) el cual contiene carbohidratos como fuentes de azucares.

b)- Almidones (tales como la yuca, maíz, papa, etc) los cuales contienen carbohidratos en formas de almidón como fuente de azúcares.

c)- Celulosas (tales como la madera, residuos agrícolas, etc.) cuyos carbohidratos se encuentran en formas más complejas.

Se incluye un cuarto grupo de materia prima.

Hidrocarburos gaseosos. En las tres primeras, el alcohol se produce por fermentación de azúcares con levaduras. La materia prima de la primera clase fermenta directamente. La segunda consta de hidratos de carbono complejos, como el almidón, que primero se deben convertir en azúcares fermentables mediante la acción de enzimas.

1. Las sustancias celulósicas de la tercera clase se convierten en azúcares fermentables por hidrólisis con ácidos inorgánicos. La alternativa de emplear residuos lignocelulósicos en la producción de etanol, constituye hoy día una posibilidad altamente prometedora por su amplia disponibilidad en el mundo. La existencia en los diversos países iberoamericanos, de abundantes recursos lignocelulósicos, justifica la dedicación por parte de estas naciones, de un esfuerzo importante al desarrollo y adaptación de tecnologías tendientes a la utilización integral y racional de los mismos. Como materia prima, se emplean primordialmente el eucaliptus como ejemplo de madera dura, el pino como representativo de madera blanda, el bagazo como residuo agroindustrial y el cardo como ejemplo de cultivo agroenergético. La idea de producir etanol a partir de esta vía data de las décadas de 1940 y 1950, y su producción se ha llevado a escala comercial en algunos países, principalmente del mundo desarrollado.

Existen reportes de sistemas semicontinuos en dos etapas: hidrólisis - fermentación para la producción de etanol a partir de almidón de papa usando simultáneamente Aspergillus niger y Saccharomyces cerevisiae, con resultados comparables a los del método clásico de monocultivo pero con tiempos de bioproducción inferiores. La hidrólisis del almidón y posterior fermentación produjo cantidades significativas de biomasa, azúcares

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