Laboratorio de Fermentación Alcoholica [PDF]

Zitiervorschau

INFORME LABORATORIO DE BIOQUIMICA FERMENTACIÓN ALCOHOLICA Programa de Ingeniería Química.

OBJETIVOS  

Evaluar la producción de alcohol a partir de la fermentación de azúcar y levadura. Analizar cada uno de los diferentes parámetros qué están encargados de regular el proceso de fermentación utilizando como materia prima el azúcar.

MARCO TEORICO Fermentación La fermentación es la transformación de algunas sustancias orgánicas por microorganismos llamados en general fermentos, cada tipo de fermento actúa sobre una sustancia determinada y produce una fermentación propia. Los microorganismos que producen en las fermentaciones son algunos tipos de bacterias y de levaduras. Se pueden hacer fermentar muchas cosas. En general, el producto de la fermentación es más fácil de digerir, se conserva durante más tiempo o produce una molécula deseable, como el alcohol en el caso de la fermentación alcohólica. Fermentación alcohólica La fermentación alcohólica (denominada también como fermentación del etanol o incluso fermentación etílica) es un proceso biológico de fermentación en plena ausencia de aire (oxígeno O2), originado por la actividad de algunos microorganismos que procesan los hidratos de carbono (por regla general azúcares: como pueden ser por ejemplo la glucosa, la fructosa, la sacarosa, el almidón, etc.) para obtener como productos finales: un alcohol en forma de etanol (cuya fórmula química es: CH3-CH2-OH), dióxido de carbono (CO2) en forma de gas y unas moléculas de ATP que consumen los propios microorganismos en su metabolismo celular energético anaeróbico. El etanol resultante se emplea en la elaboración de algunas bebidas alcohólicas, tales como el vino, la cerveza, la sidra, el cava, etc. Aunque en la actualidad se empieza a sintetizar también etanol mediante la fermentación a nivel industrial a gran escala para ser empleado como biocombustible La variedad de materias primas usadas en la manufactura de etanol vía fermentación son clasificadas en tres tipos principalmente: azúcares, almidones y materiales celulósicos. Los azúcares (de caña de azúcar, remolacha de azúcar, melazas y frutas) pueden ser convertidos a etanol directamente. Los almidones (de maíz, yuca, papas y raíces de plantas) deben ser primero hidrolizados a azúcares fermentables por tratamiento con ácidos o por la acción de enzimas.

Controles y factores que afectan la fermentación alcohólica La determinación de los factores que limitan la glucólisis fermentativa del etanol son complejos debido a la interrelación existente y a la naturaleza de los parámetros intervinientes durante el proceso de fermentación. Algunos de ellos se deben tener en cuenta en la fermentación alcohólica industrial. En las limitaciones que surgen durante el proceso se pueden enumerar algunos de los más importantes como son: 

Temperatura: La temperatura es un factor de influencia decisiva para las actividades de las levaduras. La temperatura más adecuada para su reproducción y la fermentación oscila entre 20°C a 27°C y se reproduce con mayor rapidez cuando la temperatura es de 25°C. A temperaturas superiores a 30°C, las levaduras pierden capacidad para desdoblar los azucares y al aproximarse a 40°C dejan de crecer y reproducirse. Riesgos si durante una fermentación alcohólica la temperatura supera los 30°C: Inactivación de las levaduras responsables de la transformación de los azucares en el alcohol o iniciación de fermentaciones indeseables. El buen desarrollo de la fermentación esta en parte ligado a la necesidad de evitar que las levaduras sean sometidas a temperaturas demasiado elevadas. La experiencia ha demostrado que son tanto más sensibles a la elevación de temperaturas cuanto más vieja sea la población, lo que constituye una causa de ralentización y a veces de parada de la marcha fermentativa mientras quedas en el medio azucares aun no transformados en alcohol. Una buena maceración y evitar el cese de fermentación. Para la vinificación en blanco la temperatura recomendada es más baja, alrededor de los 20º C.

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Concentración de etanol resultante: Una de las principales limitaciones del proceso, es la resistencia de las levaduras a las concentraciones de etanol (alcohol) que se llegan a producir durante la fermentación, algunos microorganismos como el saccharomyces cerevisiae pueden llegar a soportar hasta el 20% de concentración en volumen.2 En ingeniería bioquímica estos crecimientos se definen y se modernizan con las ecuaciones de crecimiento celular dadas por las ecuaciones de Tessier, Moser y de la ecuación de Monod.

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Acidez del substrato: El pH es un factor limitante en el proceso de la fermentación ya que las levaduras se encuentran afectadas claramente por el ambiente, bien sea alcalino o ácido. Por regla general el funcionamiento de las levaduras está en un rango que va aproximadamente desde 3.5 a 5.5 pH. Los procesos industriales procuran mantener los niveles óptimos de acidez durante la fermentación usualmente mediante el empleo de disoluciones tampón. Los ácidos de algunas frutas (ácido tartárico, málico) limitan a veces este proceso.

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Concentración de azúcares: La concentración excesiva de hidratos de carbono en forma de monosacáridos y disacáridos puede frenar la actividad bacteriana. De la misma forma la baja concentración puede frenar el proceso. Las concentraciones límite dependen del tipo de azúcar así como de la levadura responsable de la fermentación. Las concentraciones de azúcares afectan a los procesos de osmosis dentro de la membrana celular.

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Contacto con el aire: Una intervención de oxígeno (por mínima que sea) en el proceso lo detiene por completo (es el denominado Efecto Pasteur). Esta es la razón por la que los recipientes fermentadores se cierren herméticamente.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Materiales: Agua Azúcar Levadura Frasco transparente con tapa Manguera Procedimiento: 1. Se realiza un orificio en el centro de la tapa del frasco y colocamos una manguera, de manera que entre a presión en el frasco. 2. se pesan 12gr de azúcar, 2gr de levadura y se agregan en 20ml de agua. Tapamos el frasco. 3. Conectamos el otro extremo de la manguera en un frasco con agua, Asegurándose de que este extremo de la manguera quede en contacto con el agua, como se muestra en la imagen:

Imagen1. Montaje

experimental.

4. Se traslada el montaje a un lugar donde haya poca luz y se deja allí. RESULTADOS El proceso de fermentación se llevó a cabo durante 7 días y los resultados obtenidos durante los días que fue posible tomar mediciones fueron los siguientes:

días °Brix tiempo (h) °baumé 11,5 1 5,3 jueves 9,8 24 4,4 viernes 6 48 3,2 sábado 5,2 120 2,6 martes 4 144 1,9 miércoles Tabla1: resultados obtenidos durante la fermentación.

14

concentracion de azucar °Bx

12 10 8 6 4 2 0

0

20

40

60

80

100

120

tiempo (h)

figura1: concentración de azúcar Vs tiempo.

Para el caso del % Vol alcohol, los valores medidos fueron:

140

160

tiempo (h) % alcohol 5,4 1 4,1 24 3,06 48 2,8 120 1,7 144 Tabla1: % de alcohol durante la fermentación.

ANALISIS: ¿Es cierto que entre más azúcar mas se produce alcohol? No es cierto ya que cuando el medio es rico en azúcar (como puede ser el caso de las melazas o siropes), la transformación del mismo en alcohol hace que la presencia de una cierta concentración (generalmente expresada en grados brix) afecte a la supervivencia de levaduras no pudiendo realizar la fermentación en tal medio (las altas concentraciones de azúcar frenan los procesos osmóticos de las membranas de las células). ¿Cómo afecta la luz la fermentación o producción de alcohol? El fundamento científico simplificado es que cuando se expone a la luz natural o artificial (en especial a la luz fluorescente), concretamente a longitudes de onda de 370 y 440 nm, pasa a un estado excitado de elevada energía dando lugar a numerosas reacciones entre las que destaca la foto degradación oxidativa de aminoácidos azufrados y, en particular, de la metionina. Entre los productos finales destaca el dimetildisulfuro (DMDS), que presenta un olor defectuoso a coliflor cocida o lana mojada. Varios de estos compuestos presentan umbrales de percepción muy bajos y confieren al vino olores propios de lana mojada, col, cebolla y ajo, por lo que nos encontramos ante un decaimiento organoléptico, dando lugar a un vino desdibujado que no se ajusta a la calidad requerida. ¿Cómo afecta la cantidad de glucosa a la fermentación o producción de alcohol? El crecimiento y la actividad metabólica de muchos microorganismos se ven afectados por fuertes concentraciones de sustrato. La concentración inicial de glucosa puede ejercer un efecto bien marcado sobre le orientación del metabolismo celular y convertirse en un fuerte inhibidor a altas concentraciones, ya que esta puede estar relacionada a la sobreproducción de metabolitos como es el caso del etanol y el ácido acético los cuales inducen un efecto negativo a ciertas concentraciones. Que son los fenoles, como afectan a los biocombustibles de segunda generación y mencione aplicaciones. Los fenoles son compuestos orgánicos aromáticos que contienen el grupo hidroxilo como su grupo funcional. Están presentes en las aguas naturales, como resultado de la contaminación ambiental y de procesos naturales de descomposición de la materia orgánica. La débil acidez del grupo fenólico ha determinado que se los agrupe químicamente junto a los ácidos carboxílicos y a los taninos, conformando así el grupo de los ácidos orgánicos. https://es.vikidia.org/wiki/Fermentaci%C3%B3n

https://sites.google.com/site/fermentacionalcoholica/factores-que-intervienes-el-la-fermentacionalcoholica https://www.vinetur.com/2017050328057/que-es-la-enfermedad-de-la-luz-y-como-afecta-alvino.html https://www.mendoza.conicet.gov.ar/portal/enciclopedia/terminos/Fenoles.htm