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1 |Universidad Autnoma de Campeche Facultad de Ciencias Qumico Biolgicas
Fermentacin Alcohlica de Jugo de Pia (Ananas
comosus) usando Saccharomyces cereviciaey Destilacinen Planta Piloto (SA310/050A)
Alcoholic Fermentation of Pineapple (Ananas comosus) Juice by
Saccharomyces cereviciaeand Pilot Plant (SA310/050A) Destilation
George Jimenez1
[email protected] Gustavo Villa1
[email protected] Hiram Aguayo1
[email protected] Jos Pool, M. en C.1
Universidad Autnoma de Campeche (1)
Resumen
Este trabajo es una compilado de tcnicas para la obtencin de etanol a partir de un fermento de pia (Ananas comosus). El cual tiene comoobjetivo aislar levadura de un fermento de pia, realizar una fermentacin escalada y obtener etanol de dicha fermentacin. Se prepar 90ml de
PDA (En 1L 39g + 30%) con cido tartrico (aproximadamente 1.5ml al 10% por cada 100ml de medio). Se plaque en 4 cajas de petri yesper a su gelificacin. Se homogeniz el jugo de pia, se midi sus Brix y se procedi a calcular que cantidad de agua y azcar agregar. Serealiz una destilacin fraccionada en una planta piloto (SA310/050A). Donde la biomasa se deposit en el alimentador para pasar a otrocompartimento donde se controlaba manualmente la temperatura. Esta se ajust a 78 - 100C segn las condiciones observadas.
Palabras Clave
Fermentacin. Destilacin. Saccharomyces cereviciae.
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I. INTRODUCCIN
Este trabajo implica es un conjunto de 3 tcnicas
bsicas que componen la obtencin de etanol; cultivo
de levaduras, fermentacin y destilacin. El cultivo de
levaduras no siempre se realiza en la industria, pero
muchas empresas cultivan sus propias cepas
modificadas para una mejor obtencin de alcohol.
A. Cultivo de levaduras
La importancia de los hongos en los alimentos
puede considerarse desde diferentes puntos de vista
(N. Potter, 1999):
a) Se utilizan en la fabricacin de algunos
alimentos, ejemplo: Penicillium camemberti en el queso
Camambert) (Ranken, 1993).b) Producen alteraciones diversas (Rhizopus
nigricansen el pan) (Ranken, 1993).
c) Generan toxinas con notables efectos en los
animales y en el hombre (Aspergillus flavus produce
aflatoxinas en los cereales) (Ranken, 1993).
d) En algunos alimentos su nmero se asocia
generalmente a deficientes prcticas higinicas de
fabricacin y almacenamiento (N. Potter, 1999).
Por estas razones se han desarrollado, una
diversidad de medios de cultivo y tcnicas para efectuar
su aislamiento, recuento e identificacin (N. Potter,
1999). Los recuentos pueden referirse a fragmentos del
micelo de hongos que han desarrollado en el alimento,
o a las colonias sobre placas de un medio apropiado.
Para este fin se sigue una tcnica muy similar a la
descrita para el recuento de colonias por vaciado en
placa. Algunas diferencias que observan los hongos
con respecto a las bacterias en las tcnicas de recuentoen alimentos (Hayes, 2001), incluyen:
a) Una velocidad de crecimiento ms lenta que las
bacterias.
b) La demanda de un ambiente aerbico.
c) La tendencia de algunas especies a desarrollar
extensivamente sobre las placas de cultivo.
d) Una temperatura de crecimiento inferior a la de
la mayora de las bacterias mesoflicas de inters
sanitario.
e) La formacin de colonias considerablemente
mayor a las de naturaleza bacteriana y limitadas a la
superficie del medio.
f) Una tolerancia notable de la mayora de lasespecies para desarrollar en un medio de alta acidez
(pH 3 a 4).
g) Los hongos y levaduras al contrario de las
bacterias presentan mayor resistencia a
concentraciones elevadas de antibiticos.
B. Fermentacin
Es un proceso biolgico de fermentacin que no
ocupa oxgeno, se debe a la actividad de algunos
microorganismos que procesan los hidratos decarbono para obtener alcohol en forma de etanol,
dixido de carbono en forma de gas y molculas de
ATP que consumen los propios microorganismos en
su metabolismo celular energtico anaerbico. El
etanol resultante se emplea en la elaboracin de algunas
bebidas alcohlicas, tales como el vino, la cerveza, la
sidra, el cava, etc (Cheftel, Henri, & Besancon, 1992).
El objetivo de dicha fermentacin es proporcionar
energa anaerbica a los microorganismos unicelulares
(levaduras) en ausencia de oxgeno para ellodescomponen las molculas de glucosa y obtienen la
energa para sobrevivir, producir el alcohol y CO2. Las
levaduras y bacterias causantes de este fenmeno son
microorganismos que estn en las frutas y cereales y
contribuyen en gran medida al sabor de los productos
fermentados. Una de las principales caractersticas de
estos microorganismos es que viven en ambientes
completamente carentes de oxgeno (O2), por esta
razn se dice que la fermentacin alcohlica es un
proceso anaerbico (Cox & Lehninger, 2006).
C. Destilacin
La destilacin, es un proceso que consiste en
calentar un lquido hasta que sus componentes ms
voltiles pasan a la fase de vapor y, a continuacin,
enfriar el vapor para recuperar dichos componentes en
forma lquida por medio de la condensacin. El
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objetivo principal de la destilacin es separar una
mezcla de varios componentes aprovechando sus
distintas volatilidades, o bien separar los materiales
voltiles de los no voltiles (Foust, 1987). En la
evaporacin y en el secado, normalmente el objetivo es
obtener el componente menos voltil; el componente
ms voltil, casi siempre agua, se desecha (Warren &McCabe, 1998).
Este proceso, conocido como rectificacin o
destilacin fraccionada, se utiliza mucho en la
industria, no slo para mezclas simples de dos
componentes (como alcohol y agua en los productos
de fermentacin, u oxgeno y nitrgeno en el aire
lquido. La columna fraccionadora que se usa con ms
frecuencia es la llamada torre de burbujeo, en la que las
placas estn dispuestas horizontalmente, separadasunos centmetros, y los vapores ascendentes suben por
unas cpsulas de burbujeo a cada placa, donde
burbujean a travs del lquido (Foust, 1987).
La nica desventaja de la destilacin fraccionada es
que una gran fraccin (ms o menos la mitad) del
destilado condensado debe volver a la parte superior
de la torre y eventualmente debe hervirse otra vez, con
lo cual hay que suministrar ms calor. Por otra parte, el
funcionamiento continuo permite grandes ahorros de
calor, porque el destilado que sale puede ser utilizado
para precalentar el material que entra (Cheftel, Henri,
& Besancon, 1992).
Cuando la mezcla est formada por varios
componentes, estos se extraen en distintos puntos a lo
largo de la torre. Las torres de destilacin industrial
para petrleo tienen a menudo 100 placas, con al
menos diez fracciones diferentes que son extradas en
los puntos adecuados. Se han utilizado torres de msde 500 placas para separar istopos por destilacin
(Foust, 1987).
II. METODOLOGA
A. Cultivo de levaduras
Se prepar 90ml de PDA (En 1L 39g + 30%) con
cido tartrico (aproximadamente 1.5ml al 10% por
cada 100ml de medio). Se plaque en 4 cajas de petri y
esper a su gelificacin.
La muestra biolgica fue jugo de pia, la cual se
tom con un asa de platino y se estri cada caja
diseminado la muestra en la superficie del gel.
Se dej incubar a 35 2C por 48hrs.B. Fermentacin
Se obtuvo pulpa de pia (Ananas comosus)
homogenizado mediante un homogenizador (Polytron,
P73100), se midi sus Brix para saber la cantidad de
slidos disueltos y se procedi a calcular que cantidad
de agua y azcar agregar.
La figura anterior indica como se realiz el clculo
para determinar la cantidad de agua; ya que teniendo
11Brix en la pulpa, ajustado a 15Brix. Para un total
de 2500g, indica que se ocupara 112.36g de azcar y
2387.64g de pulpa. Sin embargo el este ltimo se
dividi entre 2, 1193.82 de pulpa y 1193.82 de agua. Se
procedi a realizar la mezcla y a realizar un nuevo ajuste
(figura 3.).
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La figura 3 indica la cantidad de jugo de pia y
azcar que se utiliz para realizar el fermento.
Se hizo una fermentacin batch en un bioreactor,
agregando 2.5 L de jugo de pia (WHEATON
bioreactor MBF) a 30 rpm y con aireacin parcial, por
48hrs.
C. Destilacin
Se realiz una destilacin fraccionada en una planta
piloto (SA310/050A). Donde la biomasa se deposit
en el alimentador para pasar a otro compartimento
donde se controlaba manualmente la temperatura. Esta
se ajust a 78 - 100C segn las condiciones
observadas.
III. DISCUSIN Y RESULTADOS
A.
Cultivo de levaduras
Al realizar el tercer intento, se logr conseguir un
mejor cultivo de levaduras. Por el tiempo transcurrido
en documentarlas, tambin se observ un crecimiento
de hongos.
B. Fermentacin
Se midi ph, % de acidez, temperatura y Brix.a)
b)
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
0.55
0.6
2 15 48
%
deacidez
Tiempo horas
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Las figuras anteriores donde pH y acidez tienen un
comportamiento similar. Si bien es muy pronto para
que produzca cidos, la disminucin de pH se debe a
que la glucosa es neutra y al ser metabolizada por laslevaduras el medio tiende bajar su pH.
La grfica 3 muestra la clara disminucin de
azcares disueltos.
Se observa claramente el aumento de temperatura,
como toda reaccin exotrmica fermentativa 30C es
su temperatura ideal.
C.
Destilacin
La grfica 5 nos muestra la variacin de temperatura
en los platos, y manteniendo una temperatura (78c-
100c). Hubo este rango de temperatura para acelerar
el proceso de evaporacin, ya que al ser una destilacin
fraccionada; el plato 1 tuvo una temperatura constante
de 100C mientras que en los siguientes platos se
estabilizaba la temperatura ideal para la obtencin de
etanol.
El destilado, 130 mL se afor en una probeta de 250
mL. Se midi porcentaje de alcohol; resultado 40 GL,
para la determinacin se realiz la siguiente ecuacin.
()() +()()= ()
Donde:V0= Volumen destilado 0= GL en el destilado
V1= Volumen aforado 1= 0 (agua)
VT= Volumen total T= GL totales
(130)() +(120)(0)= 250(40)
= 76.923
3
3.05
3.1
3.15
3.2
3.25
2 15 48
pH
Tiempo horas
0
2
4
6
8
10
12
14
16
2 15 48
Brix
Tiempo horas
20
22
24
26
28
30
32
2 15 48
C
Tiempo horas
40
50
60
70
80
90
100
110
15 30 45 60 75 90 105 120
TemperaturaC
Tiempo min
plato 1 plato 2 plato 3
Grfica 1 y 2. a) % de acidez con respecto al tiempo. b) pH con
respeto al tiempo
Grfica 3. Brix contra tiempo.
Grfica 4. Temperatura y tiempo.
Grfica 5. Temperatura de platos, tiempo.
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Tericamente por cada litro de alcohol se requiere15L de muestra fermentada de pia (). Dicho esto el
rendimiento esperado sera:
1 15
0.1154 1.731
Se produjo 0.099mL de etanol.
0.1154 100%
0.099 85.78%
Un rendimiento del 93% es bastante bueno, ya que
es muy cercano al rendimiento esperado.
IV. CONCLUSIN
Es posible aislar levaduras de un jugo de pia
fermentado por 18 horas.
Se logr obtener alcohol a partir de la fermentacin
de pia (Ananas comosus) cuyo contenido de azcar
ajustado fue de 16 Brix y utlizando como catalizador
Saccharomyces cerevisiae en un medio parcialmente
aerobio.
Saccharomyces cerevisiae es capaz de producir
etanol en 48 horas a 3 0.1 pH. Con una pureza de
76.9%.
V. BIBLIOGRAFA
Cheftel, J., Henri, C., & Besancon, P. (1992). Introduccin
a la bioqumica y tecnologa de los alimentos.
Acribia.
Cox, M., & Lehninger, A. L. (2006). Principios de
bioqumica. Omega.
Foust, A. S. (1987). Principios de operaciones unitarias.
Continental.
Hayes, P. R. (2001). Higiene de los alimentos, microbiologa
y HACCP. Acribia.
N. Potter, N. (1999). Ciencia de los alimentos. Andrmeda.
Ranken, M. (1993). Manual de la industria de los alimentos.
Acribia.
Warren, L., & McCabe, J. (1998). Operaciones bsicas de
ingeniera qumica. Mc Graw Hill.
