banano concl7

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA EQUINOCCIAL

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERIA

ESCUELA DE INGENIERIA EN INDUSTRIALIZACION DE ALIMENTOS

TESIS DE GRADO PREVIA A LA OBTENCION DEL TITULO DE INGENIERO EN INDUSTRIALIZACION DE ALIMENTOS

TEMA :

“CONSTRUCCION DE UN PROTOTIPO DIDACTICO PARA LA FERMENTACION ALCOHOLICA Y ACETICA DE CICLO

CERRADO”

AUTORES :

DAVID HERNAN ECHEVERRIA OCHOA DAMIAN JOSELITO RIOS CHAVEZ

DIRECTOR :

INGENIERO MARCELO VALLEJO

QUITO- ECUADOR

2003

II

“DEL CONTENIDO DE LA PRESENTE TESIS, SE RESPONSABILIZAN LOS AUTORES”

------------------------------------------------- ------------------------------------------ David Hernán Echeverría Ochoa Damián Joselito Ríos Chávez

III

CERTIFICACION

Certifico que bajo mi dirección,

la presente tesis fue desarrollada por los Señores:

David Hernán Echeverría Ochoa

Damián Joselito Ríos Chávez

---------------------------------------

Ing. Marcelo Vallejo

Director de Tesis

IV

DEDICATORIA

El presente trabajo investigativo esta

dedicado a mis padres y hermana, las

personas más importantes en mi vida.

______________________________

DAVID H. ECHEVERRIA O.

V

DEDICATORIA

Este trabajo investigativo, esta dedicado,

especialmente a mi madre, que siempre

supo apoyarme y guiarme en la vida y a mis

queridos hermanos, que han sido mi umbral

de apoyo y que han compartido mis penas y

alegrías.

______________________________

DAMIAN J. RIOS CH.

VI

AGRADECIMIENTOS

A Dios por habernos permitido llegar hasta estos momentos.

A nuestros padres por su apoyo incondicional y sincero para la

elaboración de este proyecto.

A nuestro asesor del Proyecto, Ing. Marcelo Vallejo, por sus importantes

y valiosas recomendaciones para el desarrollo y avance de esta

investigación.

A la Universidad Tecnológica Equinoccial y su personal Docente, por

los valiosos conocimientos impartidos hacia nosotros.

A las personas que directa o indirectamente colaboraron de manera

desinteresada para llevar a feliz término esta investigación.

VII

RESUMEN

El presente trabajo, está específicamente dirigido a la adquisición de

partes, a la construcción del reactor biológico, a la puesta en marcha del

fermentador, además el estudio sobre su funcionamiento , elaboración de

hojas guías de prácticas, manual de operación y el análisis de los

resultados obtenidos.

Las fermentaciones realizadas posterior a la construcción del equipo

estarán exclusivamente enmarcadas en las pruebas necesarias para

obtener alcohol y ácido acético o vinagre partiendo de diversas frutas.

Se harán recomendaciones de otros usos del reactor que pueden ser

aplicados en múltiples actividades similares a estos procesos, lo que

permite ampliar sus aplicaciones.

VIII

SUMMARY Our primary aim in this thesis is the construction of a biologic reactor,

including the acquisition of each part, its ensemble and finally then the

properly use of it (fermentation), this study also includes a guide for the

correct use of it.

In order to produce the fermentation we are using fruits, to ensure the

results of this fermentation in alcohol and acetic acid or commonly

known as vinegar properly tests will be handled.

One of the mainly uses of our reactor is the fermentation but is not the

only one, here we also suggest other possible uses that can be done in.

IX

INDICE DE PREVIOS

Pág

RESPONSABILIDAD DEL CONTENIDO II

CERTIFICACION III

DEDICATORIA IV

DEDICATORIA V

AGRADECIMIENTOS VI

RESUMEN VII

SUMMARY VIII

INDICE DE PREVIOS IX

INDICE DEL CONTENIDO X

INDICE DE TABLAS XVII

INDICE DE GRAFICOS XIX

INDICE DE FOTOGRAFIAS Y PLANOS XX

X

INDICE DEL CONTENIDO

Pág

CAPITULO I GENERALIDADES DEL ESTUDIO 1

1.0 Objetivos 2

1.1 Objetivo General 2

1.2 Objetivos Específicos 2

1.3 Hipótesis 4

1.4 Alcance del Estudio 6

1.5 Justificación 8

1.5.1 Conveniencia 8

1.5.2 Impacto Social 8

1.5.3 Impacto Ecológico 9

1.5.4 Aporte a la Educación 9

1.6 Metodología 11

CAPITULO II MARCO DE REFERENCIA 12

2.0 Fundamentos 13

2.1 Fermentación 13

2.2 Historia de la Fermentación 16

2.3 Métodos de Fermentación 18

2.3.1 Fermentación discontinua 18

2.3.2 Fermentación alimentada (feed-batch) 22

2.3.3 Fermentación continua 23

2.4 Tipos de Fermentación 23

XI

2.4.1 Fermentación etanólica o alcohólica 23

2.4.2 Fermentación homoláctica 24

2.4.3 Fermentación heteroláctica 25

2.4.4 Fermentación del ácido propiónico 26

2.4.5 Fermentación ácido-mixta 27

2.4.6 Fermentación butanodiólica 27

2.4.7 Fermentación del butanol 28

2.5 Fermentación Alcohólica 28

2.6 Las levaduras 29

2.7 Enzimas 31

2.8 Parámetros para la Fermentación alcohólica 32

2.8.1 Temperatura 32

2.8.2 Influencia de la aireación 33

2.8.3 Necesidades Nutritivas 34

2.8.4 Influencia de la Acidez 35

2.8.5 El Vino 36

2.9 Fermentación Acética 36

2.9.1 Bacterias Acéticas 38

2.9.2 El Vinagre 41

CAPITULO III DESARROLLO DEL PROTOTIPO 42

3.1 Consideraciones preliminares al prototipo 43

3.1.1 Definición Operativa 43

XII

3.1.2 Construcción 44

3.1.3 Equipos accesorios 46

3.1.4 Tipos de Fermentador 46

3.1.5 Descripción de puntos considerados como los

criterios mas importantes para el diseño del

fermentador

47

3.2 Factores físico-químicos que afectan al

rendimiento de las fermentaciones industriales

49

3.2.1 Oxígeno 49

3.2.2 Temperatura 51

3.2.3 pH 52

3.3 Agitación 52

3.4 Descripción General 55

3.5 Materiales utilizados en la construcción del

equipo

56

3.5.1 Tanque de Acero inoxidable 56

3.5.2 Chaqueta de Acero Inoxidable 56

3.5.3 Cuerpo del tanque 57

3.5.4 Tapa del fermentador 58

3.5.5 Motor del Agitador 58

3.5.6 Placa de Filtro y Bomba 59

3.5.6.1 Filtro 59

3.5.6.2 Bomba 59

3.5.7 Tablero de Control 60

XIII

3.5.7.1 Pirómetro 60

3.5.7.2 Contactor 60

3.5.7.3 Luces Leds 60

3.5.7.4 Swiches de control 61

3.5.7.5 Reloj 61

3.5.7.6 Termocupla y acople 61

3.5.8 Fuente de calor 61

3.5.9 Cuadro de Características 62

CAPITULO IV MANTENIMIENTO DEL EQUIPO 64

4.1 Manual de Mantenimiento del Equipo 65

4.1.1 Sistema Mecánico 66

4.1.1.1 Mantenimiento Preventivo del Sistema Mecánico 66

4.1.1.2 Mantenimiento Correctivo del sistema Mecánico 67

4.1.2 Sistema Eléctrico 68

4.1.2.1 Mantenimiento Preventivo del Sistema Eléctrico 69

4.1.2.2 Mantenimiento Correctivo del sistema Eléctrico 70

4.1.3 Sistema Físico 71

4.1.3.1 Mantenimiento Preventivo del Sistema Físico 71

4.1.3.2 Mantenimiento Correctivo del sistema Físico 73

4.1.4 Mantenimientos Generales 73

4.2 Manual de Operación en proceso 75

4.2.1 Armado y montaje del Equipo 75

4.2.2 Llenado de la chaqueta 76

XIV

4.2.3 Llenado del producto a fermentar 77

4.2.4 Pasteurización 77

4.2.5 Enfriamiento 78

4.2.6 Fermentación 79

4.2.7 Controles 80

4.2.8 Limpieza 81

4.2.8.1 Descripción 81

4.2.8.2 Características 81

4.2.8.3 Forma de uso 82

4.2.8.4 Dosificación 82

4.3 Recomendaciones Generales del Equipo 83

CAPITULO V FASE EXPERIMENTAL 87

5.1 Practicas Realizadas y Propuestas 88

5.1.1 Practica # 1 ( Fermentación Alcohólica ) 88

5.1.1.1 Mosto fermentado de Pepino 88

5.1.1.2 Descripción de la fruta 88

5.1.1.3 Objetivo 90

5.1.1.4 Diagrama de Flujo 91

5.1.1.5 Resultados 92

5.1.1.6 Gráficos e Interpretaciones 93

5.1.2 Práctica # 2 (Fermentación Alcohólica - Acética) 96

5.1.2.1 Primera parte : Mosto Fermentado de Frutilla 96


XV

5.1.2.3 Objetivo 98



5.1.2.6 Gráficos e Interpretaciones 102

5.1.2.7 Segunda parte : Vinagre de Frutilla 105

5.1.2.8 Objetivo 105



5.1.2.11 Gráficos e Interpretación 107

5.1.3 Práctica # 3 (Fermentación Alcohólica) 109

5.1.3.1 Mosto fermentado de banano 109


5.1.3.3 Objetivo 111

5.1.3.4 Diagrama de flujo 112


5.1.3.6 Gráficos e Interpretación 114

CAPITULO VI CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 117

6.1 Conclusiones 118

6.2 Recomendaciones 122

XVI

CAPITULO VII BIBLIOGRAFIA 125

7.1 Bibliografía 126

ANEXOS 128

A. Fotografías 129

B. Planos del Equipo

XVII

INDICE DE TABLAS

Pág

Tabla # 1. Características del Equipo 62

Tabla # 2. Especificación eléctrica 74

Tabla # 3. Características del pepino 88

Tabla # 4 Datos previos al ajuste de azúcar en el pepino 90

Tabla # 5 Resultados del día # 1 : Martes 22 de Julio 92

Tabla # 6 Resultados del día # 2 : Miércoles 23 de Julio 92

Tabla # 7 Características de la frutilla 96

Tabla # 8 Datos previos al ajuste de azúcar en la frutilla 98

Tabla # 9 Resultados del día # 1: Miércoles 30 de Julio 100

Tabla # 10 Resultados del día # 2 : Jueves 31 de Julio 100

Tabla # 11 Resultados del día # 3 : Viernes 1 de Agosto 100

Tabla # 12 Resultados del día # 4 : Sábado 2 de Agosto 101

Tabla # 13 Resultados del día # 5 : Domingo 3 de Agosto 101

Tabla # 14 Resultados del día # 6 : Lunes 4 de Agosto 101

Tabla # 15 Resultados del día # 7 : Martes 5 de Agosto 102

Tabla # 16 Resultados del mosto fermentado de frutilla 105

Tabla # 17 Procedimiento del día # 1 : Miércoles 6 de Agosto 106

Tabla # 18 Procedimiento del día # 2 : Jueves 7 de Agosto 106

Tabla # 19 Procedimiento del día # 3 : Viernes 8 de Agosto 106

Tabla # 20 Procedimiento del día # 4 : Sábado 9 de Agosto 106

Tabla # 21 Resultados analizados en laboratorio 106

XVIII

Pág

Tabla # 22. Características del banano 109

Tabla # 23 Datos previos al ajuste de azúcar en el banano 111

Tabla # 24 Resultados del día # 1 : Domingo 10 de Agosto 113

Tabla # 25 Resultados del día # 2 : Lunes 11 de Agosto 113

Tabla # 26 Resultados del día # 3 : Martes 12 de Agosto 113

Tabla # 27 Resultados del día # 4 : Miércoles 12 de Agosto 113

Tabla # 28 Resultados del día # 5 : Jueves 13 de Agosto 114

XIX

INDICE DE GRAFICOS

Pág

Gráfico # 1. Curva de proliferación típica de una población

bacteriana

21

Gráfico # 2. Gráfico previo al proceso fermentativo alcohólico del

pepino

91

Gráfico # 3. Fermentación del pepino dulce ( ° Brix – Tiempo ) 93

Gráfico # 4. Fermentación del pepino dulce ( pH – Tiempo ) 94

Gráfico # 5. Gráfico previo al proceso fermentativo alcohólico de la

frutilla

99

Gráfico # 6. Fermentación de frutilla ( ° Brix – Tiempo ) 102

Gráfico # 7. Fermentación de frutilla ( pH – Tiempo ) 104

Gráfico # 8. Gráfico previo al proceso fermentativo acético de la

frutilla

105

Gráfico # 9. Fermentación acética ( mg / 100 g Alcohol – Tiempo ) 107

Gráfico # 10. Fermentación acética ( % Ac. Acético – Tiempo ) 108

Gráfico # 11. Gráfico previo al proceso fermentativo alcohólico del

banano

112

Gráfico # 12. Fermentación del banano ( ° Brix – Tiempo ) 114

Gráfico # 13. Fermentación del banano ( pH – Tiempo ) 115

XX

INDICE DE FOTOGRAFIAS

A FOTOGRAFIAS Pág

A.1. PARTES DEL EQUIPO 129

A.1.1. Tanque interno, chaqueta, cuerpo 129

A.1.2. Placa de filtro y bomba 129

A.1.3. Motor, tapa y agitador 130

A.1.4. Difusor, tubo de inyección de aire armado 130

A.1.5. Válvulas de agua y de aire 130

A.1.6. Boca del tanque, termocupla e ingreso del eje, placa de

resistencia

131

A.1.7. Construcción del tablero, conexión eléctrica general,

contactor –pirómetro, resistencias, bomba, swiches de

control .

131

A.2. EQUIPO COMPLETO Y EN FUNCIONAMIENTO,

PRACTICAS

133

B PLANOS Lámina

Plano completo del Equipo 1

Diagrama eléctrico del tablero de control 2

Plano Interno del equipo 3

Plano Tanque interno y válvulas 4

Plano Tanque externo y válvulas 5

1

CAPITULO I

GENERALIDADES DEL ESTUDIO

2

CAPITULO I

GENERALIDADES DEL ESTUDIO

1.0.- OBJETIVOS :

1.1.- OBJETIVO GENERAL :

• Construir un equipo prototipo para lograr procesar toda la cadena de

fermentaciones hasta conseguir alcohol y vinagre; además de identificar las

condiciones apropiadas para cada una de sus etapas con un eficiente control que

ofrezca seguridad en el proceso. Al conseguir esto los estudiantes dispondrán de

este equipo para comprender mejor los procesos y relacionar con la teoría.

1.2 .- OBJETIVOS ESPECÍFICOS :

• Construir el equipo apropiado para cumplir exitosamente y de una manera segura

con los procesos de fermentación.

• Determinar los procesos de funcionamiento necesarios para obtener alcohol y

vinagre como producto final, según requerimientos teóricos.

• Elaborar las condiciones del uso del equipo (Manuales de mantenimiento y uso

correcto del fermentador).

3

• Construir el prototipo con materiales que ofrezcan seguridad y que sean de grado

alimentario.

• Realizar fermentaciones y que sus condiciones individuales de cada proceso o

etapa se ajusten fácilmente y de una manera totalmente controlada.

• Reducir manipulación y contacto con agentes contaminantes.

• Obtener un producto de óptima calidad.

4

1.3.- HIPOTESIS :

Con el diseño y su construcción del prototipo para la fermentación de ciclo cerrado,

se podrá realizar todas las diferentes fermentaciones que el proceso exige, de una

manera hermética que aísle del medio exterior evitando contaminaciones que

acarreen productos finales defectuosos.

En estas condiciones especiales del equipo se conseguirá reducir el tiempo de

obtención con métodos monitoreados por dispositivos de control que nos ayuden a

controlar el proceso.

Adicionalmente a está ventaja quedará demostrado la facilidad de su uso para los

fines propuestos de su aprovechamiento y los estudiantes que aprenden esta

tecnología tendrán una mejor comprensión de estos fenómenos biológicos.

Porque de la hipótesis

• Primero por que se conocen los procesos a fondo y existe la seguridad de que es

posible controlarlos de una mejor manera con la construcción de un prototipo

que brinde las condiciones físicas ideales para el proceso.

5

• Segundo por que es factible llevar a cabo su construcción y demostración, con lo

que quedarán demostrados los objetivos planteados y en el tiempo dispuesto para

terminar la tesis.

• Tercero porque la naturaleza de sus procesos permite anticipar a todas las

condiciones y variables que de deben manejar y por lo cual diseñarlo y

construirlo.

6

1.4.- ALCANCE DEL ESTUDIO :

Está específicamente dirigido a la adquisición de partes, a la construcción del

reactor biológico, a la puesta en marcha del fermentador, además el estudio sobre su

funcionamiento , elaboración de hojas guías de prácticas, manual de operación y el

análisis de los resultados obtenidos.

Estos intereses investigativos son buscados y realizados, tomando en cuenta los

conocimientos obtenidos en la carrera universitaria además de la investigación

respectiva que se ha realizado en el desarrollo de esta tesis y que se disponen como

herramientas para decidir y trabajar en cada una de las etapas.

Así se puede manifestar que, se manejan los aspectos profundos de los fenómenos

biológicos que ocurren en las fermentaciones alcohólicas - acéticas y predecir las

condiciones elementales de su construcción, tomando en cuenta que la ingeniería

mecánica y la del diseño no es la especialidad de la carrera , sin que esto afecte

principios elementales de la construcción, controles del equipo y de su seguridad.

Es decir como resultado: construir un equipo que cumpla con las funciones

requeridas de una manera óptima.

7

De la misma manera se tomará en cuenta la disponibilidad de los medios físicos

como laboratorio, taller mecánico que guarden cierta racionalidad con el

funcionamiento a nivel piloto y de laboratorio, tal como rigen las directrices o

recomendaciones de diseño, materiales y costos, en la construcción de equipos para

manejar fermentaciones, los mismos que se detallarán en un capítulo siguiente.

Las fermentaciones realizadas posterior a la construcción del equipo estarán

exclusivamente enmarcadas en las pruebas necesarias para obtener alcohol y ácido

acético o vinagre partiendo de diversas frutas.

Se harán recomendaciones de otros usos del reactor que pueden ser aplicados en

múltiples actividades similares a estos procesos, lo que permite ampliar sus

aplicaciones.

8

1.5 .- JUSTIFICACIÓN :

1.5.1.- CONVENIENCIA

El equipo propuesto es de gran conveniencia para su desarrollo, pues ayudará a

obtener el producto deseado con características adecuadas, optimizando espacio,

recursos, tiempo y además cualquier operador pueda manejarlo fácilmente de una

manera eficiente. Con este estudio también se construirá un manual técnico del

equipo y de los parámetros de producción a controlar a lo largo del proceso,

sustentados con los principios científicos y tecnológicos del caso.

1.5.2.- IMPACTO SOCIAL

Con este prototipo se verán beneficiados quienes realizan este producto de una forma

muy artesanal, donde el grado de contaminación tanto microbiológico como de

insectos es altísimo, y que además sus procesos son controlados empíricamente sin o

con pocos principios o sin ningún dispositivo de control. Por lo tanto el fermentador

de ciclo cerrado solucionará estos problemas, dándole un toque más técnico y como

consecuencia un producto de más alta calidad.

Por esta problemática es que en el Ecuador la producción de ácido acético en

producto denominado vinagre es muy escasa y como consecuencia muy costosa, esta

es la razón que en el mercado se consuma solo soluciones de ácido acético obtenidos

por síntesis en laboratorio y que se los denomina falsamente vinagres y que en

comparación con los naturales son de gran diferencia.

9

Se puede conseguir también el aprovechamiento de frutos que son desperdiciados en

la zona costera y oriental sobre todo, como: plátanos, mandarinas, naranjas etc. Que

en sus temporadas se desperdician y de esta manera pueden ser maximizados sus

aprovechamientos generando recursos económicos.

1.5.3.- IMPACTO ECOLÓGICO

Como consecuencia del aprovechamiento de materias primas no utilizadas o de

rechazo, el medio ambiente se verá favorecido al exponer menos contaminación, que

pese a ser biológicos muchas veces representan un gran problema y costos

adicionales. Como es el caso del plátano que no se lo aprovecha y termina

descomponiéndose. Como ventaja, este producto no necesita cumplir con las

especificaciones que exige el mercado como consumidor en fruto.

1.5.4.- APORTE A LA EDUCACIÓN

Definitivamente, al disponer de este prototipo los estudiantes que aprendan la

tecnología de las fermentaciones conocerán los fenómenos de una mejor manera y

de una forma más didáctica.

El prototipo quedará a disposición de los estudiantes, el mismo que se lo debe

colocar en un área de funcionamiento adecuada y cada estudiante pueda observar las

fermentaciones y los cambios que se producen en dichas prácticas.

10

El aporte de este prototipo será fundamental para que se comprenda de mejor forma

los fenómenos a estudiarse en el área de la microbiología industrial, biotecnología y

específicamente el capitulo de fermentación, tomando en cuenta que habrán otros

prototipos, con los cuales se puede planificar un proceso de forma concatenada.

Se constituye también en una herramienta clave para que el docente pueda promover

sus ensayos experimentales y sus posibles aplicaciones, también como manejos y

cuidados del mismo.

Además se dispondrá de los instrumentos necesarios con los que se pueda evaluar,

analizar y finalmente concluir sobre los procesos bioquímicos de las fermentaciones ,

con los cuales quedará bien cimentado lo teórico con lo práctico.

De esta manera sus aptitudes serán más fundamentadas al momento de afrontar sus

conocimientos a nivel profesional, destacando la carrera y su procedencia

universitaria.

11

1.6 .- METODOLOGIA :

Exploración.

Basada en el diagnóstico del proceso; el equipo a diseñar estará enfocado a la

fermentación alcohólica y acética, por ende este será el fundamento.

Descriptivos.

Los procesos descriptivos, de igual forma serán detallados en el marco de referencia

y expresamente a los relacionados al concepto de fermentación como tal;

fermentación alcohólica y fermentación acética.

Predictivo.

Se tomará en cuenta las variables que entran en el proceso fermentativo, tales como

tiempo, temperatura, pH, ° Brix.

Experimental.

Esta es la metodología principal a seguir, ya que para el correcto diseño del prototipo

se revisarán fundamentos teóricos y netamente experimentales; ya que se verificarán

las variables que entran en el proceso fermentativo.

12

CAPITULO II

MARCO DE REFERENCIA

13

CAPITULO II

MARCO DE REFERENCIA

2.0.- FUNDAMENTOS

2.1.- FERMENTACION

“Se determina a los cambios químicos en las sustancias orgánicas producidos por la

acción de las enzimas. Esta definición general incluye prácticamente todas las

reacciones químicas de importancia fisiológica. Actualmente, los científicos suelen

reservar dicha denominación para la acción de ciertas enzimas específicas, llamadas

fermentos, producidas por organismos diminutos tales como el moho, las bacterias y

la levadura. Por ejemplo, la lactasa, un fermento producido por una bacteria que se

encuentra generalmente en la leche, hace que ésta se agrie, transformando la lactosa

(azúcar de la leche) en ácido láctico. El tipo de fermentación más importante es la

fermentación alcohólica, en donde la acción de la cimasa segregada por la levadura

convierte los azúcares simples, como la glucosa y la fructosa, en alcohol etílico y

dióxido de carbono. Hay otros muchos tipos de fermentación que se producen de

forma natural, como la formación de ácido butanoico cuando la mantequilla se

vuelve rancia, y de ácido etanoico (acético) cuando el vino se convierte en vinagre.

14

Generalmente, la fermentación produce la descomposición de sustancias orgánicas

complejas en otras simples, gracias a una acción catalizada. Por ejemplo, debido a la

acción de la diastasa, la cimasa y la invertasa, el almidón se descompone (hidroliza)

en azúcares complejos, luego en azúcares simples y finalmente en alcohol.

La glicerina, la propanona, el butanol y el ácido butírico se producen actualmente a

escala comercial por procesos especiales de fermentación. Varios productos de

fermentación de la leche como la lactobacilina, el kéfir y el yogur se consumen

abundantemente debido a sus propiedades nutritivas.

La acción de ciertas bacterias sobre los carbohidratos no digeridos produce la

fermentación en el intestino humano. Como resultado, pueden producirse ciertos

gases como el sulfhídrico y el dióxido de carbono en cantidades suficientes como

para causar distensión y dolor. También pueden producirse ciertos ácidos como el

láctico y el etanoico en los intestinos de los bebés, provocando diarreas”.1

La palabra «fermentación» es confusa en Microbiología porque con ella se hace

referencia a cuatro tipos de procesos diferentes:

• El metabolismo microbiano en ausencia de oxígeno,

• La producción de metabolitos secundarios,

• La modificación de compuestos químicos por microorganismos en

crecimiento, y

1"Fermentación," Enciclopedia Microsoft® Encarta® 2000. © 1993-1999 Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos.

15

• El crecimiento bacteriano en sí cuando el interés del cultivo es la producción

de biomasa.

Fermentación es el proceso por el que las células pueden obtener energía sin llevar a

cabo un proceso de fosforilación oxidativa. Esto es: en la fermentación, la energía

se obtiene mediante un proceso químico de fosforilación a nivel de substrato sin que

se produzca una variación neta del poder reductor de la célula.

Los primeros estudios científicos serios sobre procesos de fermentación se llevaron a

cabo por Pasteur en el análisis de los procesos de producción y alteración del alcohol

durante la fabricación del vino.

Fosforilación oxidativa

“La oxidación del alimento durante la respiración libera energía química potencial

que es utilizada para sintetizar ATP.

El proceso implica la fosforilación oxidativa de moléculas alimenticias como

glucosa, ácidos grasos o glicerina (las más comunes). Las moléculas son

descompuestas durante una serie de reacciones, y la energía liberada en ciertos

estadios del proceso es utilizada para producir ATP en reacciones de fosforilación.2”

2"Fosforilación," Enciclopedia Microsoft® Encarta® 2000. © 1993-1999 Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos.

16

Los procesos de fermentación son universales; esto es: se encuentran en todo tipo de

organismos y, por consiguiente, probablemente represente una de las formas más

antiguas de conservación de la energía.

2.2.-HISTORIA DE LA FERMENTACION

“3En condiciones adecuadas es posible fermentar una solución de azúcar y obtener

alcohol etílico y CO2, en tiempos muy remotos el hombre conoció esta fermentación

pero hace relativamente pocos años que se comprende el proceso de esta

trasformación.

En 1837 Cagniargd de la Tour observó que en la fermentación intervenían

organismos. El hecho de que esporas microscópicas de levadura se encuentran

siempre en el aire y que estos organismos causan la fermentación , había escapado

a la atención de los investigadores anteriores a esta época.

Theodore Schwan (1810 - 1882) demostró que no se producía ninguna fermentación

cuando se destruían los microorganismos.

Sin embargo fue Pasteur quien esclareció el problema y consiguió que sus ideas

fueran adaptadas por el mundo científico.

3 VILLE, Claude, Biología General, Ed. Arausa, España, 1985.Pg.120

17

La fermentación alcohólica al igual que la respiración anaeróbica en muchos

aspectos los productos finales son distintos y la eficiencia en la fermentación es más

baja.

“4 C6H12O6 2 C2H5OH + 2CO2 + 21 Cal ”

Se forman alcohol y C02 en vez de agua y CO2 de la respiración aeróbica y la

energía liberada es solamente 21 cal en vez de 673 cal

“5Caloría, Unidad que sirve para medir las cantidades de calor. La caloría pequeña,

o caloría-gramo (cal), suele definirse en ciencia e ingeniería como la cantidad de

calor necesaria para elevar la temperatura de 1 gramo de agua de 14,5 a 15,5 °C. A

veces se especifica otro intervalo de temperaturas. La definición más habitual en

termoquímica es que 1 caloría es igual a 4,1840 julios (J).”

Pero a pesar de la diferencia reducida de este proceso es el medio que utilizan las

levaduras para obtener la energía necesaria para su metabolismo.

La fermentación es el desdoblamiento anaeróbico de los carbohidratos por lo que

afecta a proteínas y aminoácidos que recibe el nombre de putrefacción.

4 KIMBALL, John, “Biología” , Ed. Addison - Wesley Iberoamericana USA, 1986. Pg.126

5"Caloría," Enciclopedia Microsoft® Encarta® 2000. © 1993-1999 Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos.

18

Los agentes biológicos de las fermentaciones se denominan también fermentos

puesto que a toda fermentación se le da un nombre basado en los principales

productos resultantes de ella, se pueden enumerar haciendo referencia a los casos

descritos , las fermentaciones alcohólica , láctica, propiónica y butírica originadas

por levaduras. Los microbios que utilizan estas degradaciones incompletas para

sus exigencias vitales están obligados a utilizar gran cantidad de material de

partida a causa del bajo rendimiento energético en consecuencia se origina una

notable acumulación de los productos resultantes de la degradación en los líquidos

industriales de muchas fermentaciones.

2.3.- “6METODOS DE FERMENTACION”

2.3.1.- Fermentación discontinua

Una fermentación discontinua (en batch) puede ser considerada como un "sistema

cerrado".

Al inicio de la operación se añade la solución esterilizada de nutrientes y se inocula

con el microorganismo, permitiendo que se lleve a cabo la incubación en condiciones

óptimas de fermentación. A lo largo de toda la fermentación no se añade nada,

excepto oxígeno (en forma de aire), un agente antiespumante y ácidos o bases para

controlar el pH.

6 http://nostoc.usal.es/sefin/MI/tema12MI.html

19

La composición del medio de cultivo, la concentración de la biomasa y la

concentración de metabolitos cambia generalmente como resultado del metabolismo

de las células observándose las cuatro fases típicas de crecimiento:

1.- Fase de Latencia

“7Cuando una población microbiana inoculada es medio fresco, el crecimiento

generalmente no inicia de inmediato sino después de cierto tiempo, llamado fase lag,

de retraso, latencia, o adaptación, que ser breve o largo, dependiendo de las

condiciones. Si un cultivo que crece exponencialmente es inoculado al mismo medio

bajo las mismas condiciones de crecimiento, no se observa la fase de retraso y el

crecimiento exponencial continúa a la misma velocidad. Sin embargo el inóculo se

toma de un cultivo viejo (fase estacionaria) y se inocula en el mismo medio,

generalmente se presenta la fase lag aun cuando todas las células del inóculo estén

vivas. Esto se debe a que las células generalmente agotan diferentes coenzimas

esenciales u otros constituyentes celulares y se requiere cierto tiempo para su

resíntesis. Un retraso también se presenta cuando el inóculo está formado por células

que han sido dañadas ( pero no muertas ) por tratamiento con calor, radiación o

sustancias químicas, debido al tiempo necesario para que las células puedan reparar

dicho daño.

Dicho retraso también se observa cuando una población se transfiere de un medio de

cultivo rico a uno pobre. Esto sucede debido a que, para que continúe el crecimiento

en un medio de cultivo en particular, es necesario que las células tengan un

complemento íntegro de enzimas para la síntesis de los metabolitos esenciales que no

7 BROCK/ MADIGAN, “Microbiología”, sexta edición.1991. Prentice Hall Hispanoamericana México. Pg. 332

20

están presentes en dicho medio. Cuando se les transfiere a un medio diferente, se

requiere cierto tiempo para la síntesis de nuevas enzimas.

2.- Fase logarítmica

Es una consecuencia del hecho de que cada célula se divide para formar dos células,

cada una de las cuales también se divide para formar dos células más y así

sucesivamente. La mayor parte de los microorganismos unicelulares crecen

exponencialmente, pero la velocidad de crecimiento exponencial varía mucho de un

organismo a otro.

Las condiciones ambientales (temperatura, composición del medio de cultivo)

afectan a la velocidad de crecimiento exponencial así como por las características del

organismo mismo. En general, las bacterias crecen con mayor rapidez que los

microorganismos eucarióticos y los eucariotes pequeños se desarrollan más a prisa

que los grandes.

3.- Fase estacionaria

En la fase estacionaria no hay incremento ni decremento en la cantidad de células.

Sin embargo, aunque no hay crecimiento en la fase estacionaria, muchas de las

funciones celulares pueden continuar, incluyendo el metabolismo energético y

algunos procesos biosintéticos. Ciertos metabolitos celulares, llamados metabolitos

secundarios se producen principalmente en la fase estacionaria, especialmente en la

transición de la logarítmica final a la fase estacionaria.

21

En algunos organismos, el desarrollo puede tener lugar en la fase estacionaria; unas

células de la población crecen, en tanto que otras mueren, equilibrándose los dos

procesos, de modo que no hay aumento ni disminución en la cantidad de células (a

este se le llama crecimiento críptico).

4.- Fase de muerte.

Durante esta fase, el conteo microscópico directo puede permanecer constante, pero

la viabilidad disminuye lentamente. En algunos casos, la muerte se acompaña por

lisis celular, dando lugar a una disminución en el conteo microscópico directo junto

con la disminución del conteo de viabilidad.”

GRAFICO #1.- CURVA DE PROLIFERACION TIPICA DE UNA POBLACION

BACTERIANA

Fuente: BROCK/ MADIGAN, “Microbiología”, sexta edición.1991. México.

Elaborado por: Echeverría D – Ríos D.

22

En los procesos comerciales la fermentación frecuentemente se interrumpe al final de

la fase logarítmica (metabolitos primarios) o antes de que comience la fase de muerte

(metabolitos secundarios).

Para la puesta en marcha del prototipo hay que tener en cuenta que se trabajará con

este tipo de método para la fermentación.

2.3.2.- Fermentación alimentada (feed-batch)

“8En los procesos convencionales discontinuos que acabamos de describir, todos los

sustratos se añaden al principio de la fermentación. Una mejora del proceso cerrado

discontinuo es la fermentación alimentada que se utiliza en la producción de

sustancias como la penicilina.

En los procesos alimentados, los sustratos se añaden escalonadamente a medida que

progresa la fermentación. La formación de muchos metabolitos secundarios está

sometida a represión catabólica (efecto glucosa).

Por esta razón en el método alimentado los elementos críticos de la solución de

nutrientes se añaden en pequeñas concentraciones al principio de la fermentación y

continúan añadiéndose a pequeñas dosis durante la fase de producción.”


23

2.3.3.-Fermentación continua

“9En la fermentación continua se establece un sistema abierto. La solución nutritiva

estéril se añade continuamente al biorreactor y una cantidad equivalente de solución

utilizada de los nutrientes, con los microorganismos, se saca simultáneamente del

sistema.

El objetivo fundamental de la industria de las fermentaciones es minimizar costes e

incrementar los rendimientos. Este objetivo puede alcanzarse si se desarrolla el tipo

de fermentación más adecuado para cada paso en particular.

Si bien los procesos de fermentación continua no se utilizan de forma general en la

industria, debido fundamentalmente al mayor nivel de experiencia que se tiene en el

crecimiento de células en fermentación discontinua, el costo de producción de

biomasa mediante cultivo continuo es potencialmente inferior al de cultivo

discontinuo”.

2.4.- “10TIPOS DE FERMENTACIONES

Diferentes tipos de bacterias reducen el piruvato de maneras diversas dando lugar a

distintos procesos de fermentación que se conocen por sus productos finales.

2.4.1.- Fermentación etanólica o alcohólica

El piruvato se reduce para formar etanol y CO2 :

9 http://nostoc.usal.es/sefin/MI/tema12MI.html 10 http://www2.cbm.uam.es/jlsanz/Docencia/Resumenes%20G-II/II-36%20Fermentaciones.doc

24

“11Glucosa + 2 ADP + 2 Pi 2 etanol + 2 CO2 + 2 ATP”

Este es el proceso de fermentación que lleva a cabo Saccharomyces cerevisiae y

algunas (pocas) bacterias.

Su importancia industrial es evidente: la fermentación alcohólica produce el alcohol

presente en las bebidas fermentadas (vino, cerveza, etc.) y el CO2 que se libera en

esta fermentación es el causante del esponjamiento de la masa de pan durante su

fermentación. En este último caso el proceso de cocción posterior durante la

fabricación permite eliminar todo el alcohol de manera que no queda presente en el

producto final.

2.4.2.- Fermentación homoláctica

Se denomina así la fermentación cuyo único producto final es el ácido láctico. Su

ecuación global es:

“12Glucosa + 2 ADP + 2 Pi 2 ácido láctico + 2 ATP"

Estas bacterias producen el piruvato por catabolismo de la glucosa siguiendo la ruta

de Embden-Meyerhof (vía glucolítica clásica).

Es un proceso de fermentación presente en muchas bacterias del grupo láctico:

Streptococcus (grupo de enterococos), Pediococcus y varios grupos de Lactobacillus. 11 http://www2.cbm.uam.es/jlsanz/Docencia/Resumenes%20G-II/II-36%20Fermentaciones.doc 12 http://www2.cbm.uam.es/jlsanz/Docencia/Resumenes%20G-II/II-36%20Fermentaciones.doc

25

Su importancia industrial estriba en la bajada del pH de los productos donde se

encuentran estas bacterias: esta bajada del pH como consecuencia de la liberación de

ácido láctico es suficiente para producir unos cambios químicos en el producto

(precipitación de proteínas durante el cuajado de la leche), cambios microbiológico

(protección del deterioro microbiano de alimentos como consecuencia de la

eliminación de la flora competidora) y organolépticos (los ácidos orgánicos de

cadena corta, y entre ellos el ácido láctico tienen características de producción de

sabor) que hacen de esta fermentación un proceso muy relevante en la producción de

alimentos.

2.4.3.- Fermentación heteroláctica

Denominada así porque su producto final no es exclusivamente ácido láctico. El

proceso tiene un rendimiento menor al de la fermentación homoláctica como se

desprende de la producción de solo un mol de ATP por mol de glucosa fermentada.

La obtención del piruvato en estas bacterias se logra mediante el catabolismo de la

glucosa por la ruta de las pentosas.

La reacción global es:

“13Glucosa + ADP + Pi Ac. láctico + etanol + CO2 + ATP”

Este proceso lo llevan a cabo bacterias del grupo láctico pertenecientes a los géneros

Leuconostoc y Lactobacillus.

13 http://www2.cbm.uam.es/jlsanz/Docencia/Resumenes%20G-II/II-36%20Fermentaciones.doc

26

Industrialmente el proceso es relevante en la producción de alimentos fermentados

(por ejemplo el sauerkraut). Otra bacteria productora de este tipo de fermentación es

Lactobacillus acidophilus que facilita el metabolismo de la leche.

2.4.4.- Fermentación del ácido propiónico

“14Las bacterias que presentan este tipo de fermentación se pueden utilizar tanto

azúcares como lactato como puntos de partida para el proceso. La ruta es un proceso

complejo en el que se genera acetato, CO2 y ácido propiónico como productos

finales.

Esta ruta fermentativa la presentan las bacterias del tipo Propionibacterium y otras

anaerobias estrictas presentes en el rúmen de los herbívoros donde llevan a cabo una

fermentación secundaria de los productos de las fermentaciones lácticas primarias.

Industrialmente Propionibacterium es importante en la fermentación del queso para

producir el tipo suizo: la fermentación propiónica utiliza en este caso el lactato

producido en las fermentaciones lácticas primarias produciendo CO2 responsable de

los «ojos» del queso suizo y acumulación de ácidos orgánicos de cadena corta

responsables de características organolépticas.”


27

2.4.5.- Fermentación ácido-mixta

“15La fermentación ácido mixta produce ácido acético, etanol, H2, CO2 y

proporciones diferentes de ácido láctico o propiónico (fórmico) según las especies.

Es un tipo de fermentación que llevan a cabo las enterobacterias. En esta ruta de

fermentación se produce ATP además de la reoxidación del NADH+H+.

La producción de formiato o CO2 + H2 depende de la presencia en la bacteria de una

enzima denominada formiato-liasa responsable del paso. No todas las bacterias la

tienen y su actividad es detectable por la producción de grandes cantidades de gas (el

H2 es insoluble) como consecuencia de la fermentación del azúcar.

2.4.6.- Fermentación butanodiólica

Es una variante de la anterior presente en algunas enterobacterias como Klebsiella,

Serratia y Erwinia, especie en la que se da una fermentación ácida mixta

butanodiólica. En esta ruta se desprende CO2 y se logra como producto final el 2.3-

butanodiol. Como paso intermedio de la ruta se produce acetoína que puede servir

para la identificación de las bacterias que presentan esta ruta mediante la reacción de

Voges-Proskauer que permite distinguir bacterias muy semejantes como Escherichia

y Enterobacter.”


28

2.4.7.- Fermentación del butanol

“16Es un tipo de fermentación llevado a cabo por bacterias anaerobias estrictas del

género Clostridium. En el curso de esta fermentación se producen compuestos

orgánicos disolventes de gran importancia industrial y que, históricamente, han sido

los primeros productos industriales bacterianos de importancia económica relevante

durante la 1ª Guerra Mundial (trabajo de Weizmann).”

2.5.- FERMENTACION ALCOHOLICA

El origen de las bebidas fermentadas debe buscarse en los albores mismos de la vida

humana. Según algunos autores, la miel de abejas silvestres aguada y abandonada a

sí misma, debió ser la primera bebida fermentada. En una etapa no mucho más

avanzada, debió seguir la elaboración del vino. La Biblia recuerda a Noé embriagado

con el vino hecho de su propia vid.

El fenómeno de la fermentación debió llamar la atención del hombre desde las

épocas más remotas, pero sin el conocimiento de la naturaleza de los fenómenos

químicos y biológicos que rigen las manifestaciones de la vida, no se puede dar una

explicación, ni lejanamente probable sobre este fenómeno, y su realidad quedó

envuelta en los velos del misterio hasta mediados del siglo XIX. Para entonces, sin

conocer las causas ni los agentes que determinaban su formación, se sabía que los

líquidos azucarados, una vez fermentados, contenían alcohol y anhídrido carbónico. 16 http://www2.cbm.uam.es/jlsanz/Docencia/Resumenes%20G-II/II-36%20Fermentaciones.doc

29

"17La fermentación es una de las operaciones más chocantes y más extraordinarias de

todas las que la química nos presenta"

Hace apenas un siglo, Pasteur demostró que la fermentación se produce por medio de

las levaduras cuando éstas viven sin aire, por supuesto que se puede hacer vino sin

conocer todos los mecanismos de la fermentación, pero cuando estos mecanismos se

conocen y se comprenden es más fácil seguirlos, reproducirlos y dirigirlos.

"18La fermentación es una correlación de la vida, y son las levaduras, hongos

microscópicos unicelulares, las que descomponen el azúcar en alcohol y gas

carbónico".

2.6.- Las Levaduras

“19La vinificación, industrial de la transformación de un producto de la tierra, de un

fruto, en una bebida fermentada, no es una industria de fermentación banal. Escapa a

las reglas industriales. El vinicultor no es dueño de la composición de la materia

prima, ni de las cepas, ni de las regiones, ni del estado de maduración, ni de los

agentes de transformación que habitan en la microflora natural de la uva. El solo

puede modificar las condiciones de esta transformación.

Como ya se ha dicho, las levaduras son los agentes de la fermentación. Se las puede

cultivar como vegetales microscópicos.

17 Citado por Lavoisier 18 Citado por Lavoisier 19 BROCK/ MADIGAN, “Microbiología”, sexta edición.1991. Prentice Hall Hispanoamericana México. Pg. 120

30

Se encuentran naturalmente en el hollejo de la uva. El suelo es su principal hábitat en

invierno, se encuentran en la capa superficial de la tierra. En verano, por medio de

los insectos y del polvo que levantan los arados, son transportados hasta el fruto. La

distribución de las levaduras se produce al azar. No hay, por lo tanto, levaduras

específicas de la uva, ni mucho menos de las cepas.

Existe un gran número de especies de levaduras que se diferencian por su aspecto,

sus propiedades, sus modos de reproducción y por la forma en la que transforman el

azúcar.

Las levaduras del vino pertenecen a una docena de géneros, cada uno dividido en

especies. Las especies más extendidas son Saccharomyces ellipsoideus, Kloeckera

apiculata y Hanseniaspora uvarum, las cuales representan por sí solas el 90% de las

levaduras utilizadas para la fermentación del vino.

Como todos los seres vivos, las levaduras tienen necesidades precisas en lo que se

refiere a nutrición y al medio en que viven. Son muy sensibles a la temperatura,

necesitan oxígeno, una alimentación apropiada en azúcares, en elementos minerales

y en sustancias nitrogenadas.

Las levaduras tienen ciclos reproductivos cortos, lo que hace que el inicio de la

fermentación sea tan rápido, pero así como se multiplican, pueden morir por la falta

o el exceso de las variables mencionadas.”

31

2.7.- Enzimas

“20Cualquiera de las numerosas sustancias orgánicas especializadas compuestas por

polímeros de aminoácidos, que actúan como catalizadores en el metabolismo de los

seres vivos.

Con su acción, regulan la velocidad de muchas reacciones químicas implicadas en

este proceso. El nombre de enzima, que fue propuesto en 1867 por el fisiólogo

alemán Wilhelm Kühne (1837-1900), deriva de la frase griega en zymç, que significa

'en fermento'. En la actualidad los tipos de enzimas identificados son más de 700.

Las enzimas se clasifican en varias categorías: hidrolíticas, oxidantes y reductoras,

dependiendo del tipo de reacción que controlen. Las enzimas hidrolíticas aceleran las

reacciones en las que una sustancia se rompe en componentes más simples por

reacción con moléculas de agua. Las enzimas oxidativas, conocidas como oxidasas,

aceleran las reacciones de oxidación, y las reductoras las reacciones de reducción en

las que se libera oxígeno. Otras enzimas catalizan otros tipos de reacciones.

Las enzimas se denominan añadiendo asa al nombre del sustrato con el cual

reaccionan.

La fermentación alcohólica y otros procesos industriales importantes dependen de la

acción de enzimas, sintetizadas por las levaduras y bacterias empleadas en el proceso

de producción. Algunas enzimas se utilizan con fines médicos. En ocasiones

20"Enzima," Enciclopedia Microsoft® Encarta® 2000. © 1993-1999 Microsoft Corporation.

32

son útiles en el tratamiento de zonas de inflamación local; la tripsina se emplea para

eliminar sustancias extrañas y tejido muerto de las heridas y quemaduras.”

2.8.- “21PARAMETROS PARA LA FERMENTACION ALCOHOLICA

2.8.1.- Temperatura

La temperatura es un factor preponderante para la vida de las levaduras, no se

desarrollan bien más que en una escala de temperaturas relativamente corta, hasta 30º

C como máximo y por debajo de 13 ó 14º C el inicio de la fermentación de una

vendimia es prácticamente imposible.

Las temperaturas máximas y mínimas dependerán de la especie de levadura que se

use, si es resistente o no y cual es la temperatura óptima para su desarrollo. También

se deberá manejar la temperatura dependiendo del vino que se quiera obtener. Si se

quiere obtener un vino con baja graduación alcohólica, se deberá hacer una

fermentación a alta temperatura, por el contrario, si se quiere obtener un vino con

alta graduación alcohólica se deberá proceder a una fermentación a baja temperatura.

En general, la temperatura ideal para la vinificación en tinto se sitúa entre los 25 y

los 30º C, en función de la necesidad de conseguir una fermentación suficientemente

rápida, 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.

21 http://www.monografias.com/trabajos10/anvi/anvi.shtml

33

La temperatura crítica de la fermentación es el grado por encima del cual las

levaduras ya no se reproducen y acaban muriendo, lentificando y deteniendo la

fermentación. Es muy difícil decir cual es el límite exacto, sin embargo, es posible

indicar una zona peligrosa que depende de la aireación, la riqueza del mosto, los

factores nutritivos de las levaduras y la naturaleza de las mismas. En regiones

templadas, la temperatura crítica se fija, generalmente, por encima de los 32º C; en

regiones más cálidas puede ser un poco más alta. Esto no significa que cuando un

tanque alcance estas temperaturas su fermentación se vea ya comprometida y que,

forzosamente, deba detenerse, pero si indica que hay peligro de detención y que hay

que intervenir a tiempo para evitar ese peligro.

2.8.2.- Influencia de la Aireación

Es importante mencionar que el punto de la aireación en lo que fermentación

alcohólica se refiere, nos referimos únicamente a la reproducción de las levaduras.

Las levaduras necesitan oxígeno para multiplicarse. En ausencia completa de aire en

un mosto, se producen sólo algunas generaciones y su reproducción se detiene.

La vinificación se conduce, normalmente, al abrigo del aire y el oxígeno es entonces

el factor que limita la multiplicación de las levaduras. La rapidez del arranque de la

fermentación depende de las condiciones de aireación. Generalmente con los trabajos

previos a la fermentación (estrujado, despalillado, bombeo, etc.) se asegura una

primera aireación útil para el arranque. La aireación se realiza bien por contacto

continuo con el aire, por la operación de remontado. Para evitar el cese de la

fermentación por asfixia de las levaduras se necesita airear cuando se opera en

depósito cerrado y más cuanto mayor sea el contenido de azúcar de la vendimia.

34

Otro tipo de aireación conocida es el desmontado que es una práctica antigua y desde

siempre muy recomendada. Consiste en sacar mosto en fermentación a través de una

espita colocada en la parte inferior de la cuba, dejándolo caer desde cierta altura a

una cubeta o cubo. La fuerza de la caída produce una emulsión que facilita la

disolución del oxígeno. También se recomienda dejar correr el mosto a lo largo de

una plancha, para aumentar la superficie de contacto con el aire.

2.8.3.- Necesidades Nutritivas

A las levaduras les es totalmente necesario encontrar ciertos alimentos en el mosto

donde se desarrollan. Sus necesidades de azúcar, minerales y vitaminas son

fácilmente satisfechas, pero los mostos están peor provistos de sustancias

nitrogenadas asimilables.

Las levaduras de vinificación están constituidas por un 25 a un 60% de sustancias

nitrogenadas. Por lo que para desarrollarse y multiplicarse necesitan encontrar en el

medio en que viven suficiente nitrógeno asimilable.

El nitrógeno amoniacal (catión amonio) es el primer alimento nitrogenado

consumido por las levaduras, le siguen ciertos aminoácidos libres, como el ácido

glutámico. En treinta y seis horas de fermentación, las levaduras agotan literalmente

el nitrógeno asimilable del mosto, así como también otros factores nutritivos.

35

La vendimia puede ya de por sí ser pobre en nitrógeno asimilable, debido a una

excesiva maduración o un índice elevado de podredumbre, que agota los elementos

nitrogenados.

La adición de nitrógeno amoniacal en forma de sal de amonio es indispensable en

algunos casos y nunca está contraindicado, ya que si las levaduras se benefician, las

bacterias no la utilizan. Añadiendo a una vendimia de 10 a 20 gramos de fosfato

amónico por hectolitro, casi siempre aumentan las colonias de las levaduras y se

acelera la fermentación.

En los mostos ricos (vinos licorosos o similares), esta adición permite que la

fermentación alcance un grado de alcohol más elevado.

Si se decide enriquecer la cosecha con nitrógeno amoniacal, la adición debe hacerse

preferentemente al iniciarse la fermentación. El nitrógeno adicionado de este modo

es íntegramente consumido por las levaduras. Son indispensables una disolución

previa y una buena mezcla. Si se efectúa la adición al segundo día de fermentación,

las levaduras sólo utilizan dos tercios;’después de cuatro días, sólo la mitad, y hacia

el término de la fermentación, apenas un tercio. Si se agrega para reavivar una

fermentación perezosa o para reactivar una fermentación detenida, la adición debe

ser pequeña, no sobrepasando los 10 g por hectolitro.

2.8.4.- Influencia de la Acidez

Las levaduras hacen fermentar mejor los azúcares en un medio neutro o poco ácido.

Cuando una fermentación se detiene no se debe a una falta de acidez, sino a un

36

exceso de temperatura que asfixia las levaduras. Sin embargo, una acidez débil puede

convertir en muy graves las consecuencias de esa detención, pues las bacterias de

enfermedades se desarrollan más fácilmente cuanto mayor es el pH. La acidez debe

ser tal que no favorezca el desarrollo de las levaduras, pero que perjudique a las

bacterias peligrosas en caso de cese de la fermentación.”

2.8.5.- El Vino

“22El vino como tal no es más que el producto de la fermentación del mosto de la

uva, siempre reuniendo los requisitos o parámetros establecidos para la fermentación

alcohólica, como ° brix, temperatura, acidez, presencia de nutrientes, etc. Puede

obtenerse vinos a partir de la fermentación alcohólica de los mostos de cualquier otra

fruta, regulando los mismos parámetros. En este caso, estos serán vinos de otras

frutas, poniéndose en primer lugar la palabra vino y a continuación el nombre de la

fruta utilizada en el proceso, como vino de frutilla, vino de banano, vino de pepino,

etc”.

2.9.- “23FERMENTACION ACETICA

La formación de ácido acético resulta de la oxidación del alcohol por la bacteria del

vinagre (acetobacter aceti) en presencia del oxígeno del aire.

La formación de ácido acético resulta de la oxidación del alcohol por la bacteria del

vinagre en presencia de oxígeno del aire. Esta bacteria, a diferencia de las levaduras

22 VALDEZ, Imeldo, “Guías de Tecnología de Bebidas y Licores”, 1999.Tomo II 23 RODHES, D/ FLETCHER, L, “Principios de microbiología Industrial”

37

productoras de alcohol, requiere un suministro generoso de oxígeno para su

crecimiento y actividad.

El cambio que ocurre es descrito generalmente por la siguiente ecuación:

“24 C2H5OH + O2 + Acetobacter aceti CH3COOH + H2O ”

Alcohol + Oxígeno + Bacteria acética Acido acético + agua

El número de bacterias acéticas usualmente presente en el jugo fermentado es

pequeño y a menudo son del tipo indeseable o inactivo. Por lo tanto, debe ser

añadido un iniciador adecuado para suministrar la clase apropiada de bacterias y

producir las condiciones favorables para su crecimiento y actividad.

El mejor medio para prevenir su crecimiento y actividad de organismos indeseables

es añadir vinagre fuerte, no pasteurizado al jugo fermentado después de que se ha

completado la fermentación alcohólica. La adición de este vinagre inocula

fuertemente a la sidra dura con bacterias de vinagre.

La bacteria del vinagre crece en el líquido y en la superficie expuesta al aire. Ellas

pueden formar una película, grisácea, brillante y gelatinosa. La película no siempre

se forma, algunas clases de organismos crecen solamente en el líquido y no en la

superficie. Si la película no es disturbada, el líquido permanece más bien claro hasta

que es convertido en vinagre.

24 RODHES, D/ FLETCHER, L, “Principios de microbiología Industrial”

38

La rapidez de transformación del alcohol a ácido acético, depende de la actividad del

organismo, la actividad de alcohol presente, la temperatura y la cantidad de

superficie expuesta por unidad de volumen. A una temperatura favorable de 80 °F, el

factor limitante, puede ser el área superficial expuesta. El tiempo requerido para el

proceso lento, en barril, es de alrededor de tres días o más.

Después que la fermentación acética se ha completado, el vinagre no debe ser

expuesto al aire debido a que puede sufrir una oxidación adicional a bióxido de

carbono y agua, reduciendo el vinagre rápidamente a una condición de baja calidad.

Para evitar esta situación el vinagre deberá ser colocado en recipientes

completamente llenos y fuertemente sellados. Posteriormente el producto se lo puede

pasteurizar.”

2.9.1.- “25Bacterias Acéticas

Las bacterias del ácido acético están comprendidas en un grupo de bacilos mótiles,

aerobios, Gram-negativos que llevan a cabo una oxidación incompleta de los

alcoholes, originando la acumulación de ácidos orgánicos como productos finales.

Con el etanol como sustrato, se produce el ácido acético; de aquí se derivó el nombre

común para estas bacterias. Otra propiedad es la tolerancia relativamente alta a las

condiciones ácidas; la mayor parte de las cepas se pueden desarrollar a valores de pH

inferiores a 5. Esta tolerancia a los ácidos es indispensable para un organismo que

produce grandes cantidades de ácido. El nombre del género Acetobacter se utilizó

originalmente para abarcar a todo el grupo de bacterias del ácido acético, pero ahora 25 BROCK/ MADIGAN, “Microbiología”, sexta edición.1991. México. México. Pg. 819

39

ha quedado claro que las bacterias definidas como del ácido acético son un conjunto

heterogéneo que comprende organismos perítricos y flagelados polarmente. Los

organismos con flagelos polares están relacionados con las pseudomonadasm

difiriendo principalmente en su tolerancia a los ácidos y en su incapacidad para llevar

a cabo la oxidación total de los alcoholes. Ahora estos organismos se clasifican en el

género Gluconobacter. Todas las bacterias del ácido acético se agrupan

filogenéticamente con las bacterias púrpura.

El género Acetobacter comprende los organismos con flagelo perítrico; no tienen

relación definida con otros bacílos Gram-negativos. Además de su flagelación,

Acetobacter difiere de Gluconobacter en que es capaz de oxidar además el ácido

acético para formar C02. Esta diferencia en la capacidad para oxidar ácido acético se

relaciona con la presencia del ciclo del ácido cítrico. Gluconobacter, que carece de

un ciclo de ácido cítrico, es incapaz de oxidar ácido acético, mientras que el

Acetobacter que tiene el ciclo puede oxidarlo. Los gluconobacter se denominan en

ocasiones oxidantes bajos; y los acetobacter, sobreoxidantes.

Las bacterias ácido - acéticas se encuentran en asociación con jugos alcohólicos, y es

probable que se originen en flores y frutas ricas en azúcares, donde una fermentación

alcohólica mediada por levaduras es común. Las bacterias pueden a menudo aislarse

de los jugos de fruta alcohólicos, como la sidra o vino. Las colonias de bacterias de

ácido acético pueden reconocerse en placas de agar-CaCO3 que contienen etanol; el

ácido producido origina una dilución y aclaramiento del CaCO3 insoluble. Los

cultivos de las bacterias ácido - acéticas se emplean en la elaboración comercial de

vinagre.

40

Además del etanol, estos organismos realizan una oxidación incompleta de dichos

compuestos orgánicos como alcoholes y azúcares superiores. Por ejemplo, la glucosa

es oxidada solo a ácido glucónico, la galactosa a ácido galactónico, la arabinosa a

ácido arabónico y etc. Esta propiedad de baja oxidación se explota en la fabricación

del ácido ascórbico (vitamina C). El ácido ascórbico puede formarse a partir de

sorbosa, pero sorbosa es difícil de sintetizar en forma química. Sin embargo, es fácil

obtenerla en forma microbiológica las bacterias ácido-acéticas, que oxidan sorbitol

( un alcohol azúcar de fácil disposición) solo a sorbosa, un proceso llamado

bioconversión. El empleo de las bacterias ácido-acéticas hace económica la

fabricación del ácido ascórbico.

Otra propiedad interesante de las bacterias ácido - acéticas es su capacidad para

sintetizar celulosa. La celulosa formada no difiere en forma importante de vegetal,

pero en lugar de ser parte de la pared celular, la celulosa bacteriana se forma como

una matriz fuera la pared y las bacterias se encuentran enclavadas en la gran masa de

microfibrillas. Cuando estas especies de bacterias ácido - acéticas crecen en un vaso

inmóvil, forman una película en la superficie de celulosa en la que las bacterias se

desarrollan. Ya que estas bacterias son aerobios obligados, la capacidad de formar

una película puede ser un medio por el cual los organismos aseguran su permanencia

en la superficie del líquido, donde se encuentra disponible con facilidad el oxígeno.”

41

2.9.2.- El Vinagre

“26Puede definirse como vinagre al condimento obtenido a partir de sustancias

azucaradas por fermentación alcohólica seguida de fermentación acética.

Pudiéndose definir también como el producto de la acetificación de un vino cuya

concentración alcohólica se encuentre por debajo de 13 °GL, a partir de la acción de

la acetobacter aceti en un medio aeróbico.

La composición del vinagre depende en parte de la naturaleza de la materia prima

fermentada y también de las condiciones de fabricación, conservación y maduración.

El vinagre puede obtenerse a partir de todos los productos capaces de producir etanol

por fermentación: frutos como: manzanas, uvas, peras, melocotones, ciruelas, higos,

naranjas, frutillas, moras, pepinos, bananos, etc.. Miel, jarabes azucarados, vinos,

cervezas, etc.”.

26 VALDEZ, Imeldo, Guías de Tecnología de Bebidas y Licores, 1999.Tomo II

42

CAPITULO III

DESARROLLO DEL PROTOTIPO

43

CAPITULO III

DESARROLLO DEL PROTOTIPO

3.1.- CONSIDERACIONES PRELIMINARES AL PROTOTIPO

EL FERMENTADOR

3.1.1.- Definición Operativa

“27Contenedor en el que se mantiene un medio ambiente favorable para la operación

de un proceso biológico deseado.

Los fermentadores industriales se pueden dividir en dos clases principales, para

procesos anaeróbicos y para procesos aeróbicos.

Los fermentadores anaeróbicos requieren poco equipo especial, excepto para la

remoción del calor generado durante la fermentación, en tanto que los fermentadores

aeróbicos requieren equipo mucho más elaborado para asegurar la mezcla y la

aireación adecuada que se debe obtener.”

27 BROCK/ MADIGAN, “Microbiología”, sexta edición.1991. México. Pg. 379

44

3.1.2.- “28Construcción

Los fermentadores a gran escala se fabrican casi siempre de acero inoxidable. Dicho

fermentador prácticamente un cilindro grande, cerrado por arriba y en el fondo,

dentro del cual se han ajustado varios tubos y válvulas. Debido a que la esterilización

del medio de cultivo ya que la eliminación del calor es vital para el éxito de la

operación, generalmente el fermentador tiene una cubierta externa de enfriamiento, a

través de la cual se hace pasar o vapor o agua de enfriamiento. En el caso de

fermentadores muy grandes el intercambio de calor a través de la cubierta, es

insuficiente de modo que hay que adaptar serpentines internos, a través de los cuales

se conduce vapor o agua de enfriamiento.

Una parte importante del fermentadores el sistema de aireación. Con el equipo a gran

escala, la transferencia de oxígeno del gas al líquido es un proceso muy difícil y se

deben tomar precauciones muy elaboradas para asegurar una aireación adecuada. El

oxígeno es poco soluble en agua y un fermentador con una gran población

microbiana tiene una tremenda demanda de oxígeno para el cultivo. Se utilizan dos

instalaciones diferentes para asegurar la adecuada aireación: Un dispositivo de la

aireación que se denomina aspersor o difusor, y un dispositivo de agitación llamado

impulsor . El aspersor es un dispositivo, con frecuencia un anillo o una tobera

metálicos con una serie de orificios, a través de los cuales se puede hacer pasar al

fermentador aire a una presión elevada. El aire entra al fermentador como una serie

de burbujas pequeñísimas, de las cuales el oxígeno pasa al líquido por difusión.

28 BROCK/ MADIGAN, “Microbiología”, sexta edición.1991. México. Pg. 380

45

Un buen sistema de aspersión debe asegurar que las burbujas sean de tamaño muy

pequeño, de modo que la disolución del oxígeno de la burbuja en el seno del líquido

pueda efectuarse con facilidad.

En fermentadores pequeños puede bastar un sólo aspersor para asegurar una

aireación adecuada, pero en fermentadores de tamaño industrial, es indispensable la

agitación del fermentador por medio de un impulsor. La agitación logra dos cosas:

mezcla las burbujas del gas entre el líquido; y mezcla el organismo entre el liquido,

asegurando de este modo un acceso uniforme de las células microbianas a los

nutrientes. Uno de los agitadores más comunes es una hoja plana o un disco plano,

sujetos a una flecha central, que gira a alta velocidad mediante una flecha conectada

a un motor. Para asegurar una mezcla más efectiva se instalan deflectores en forma

vertical a lo largo del diámetro interno del fermentador. A medida que el impulsor

agita el liquido, pasa los deflectores y es roto en porciones pequeñas. La dinámica de

fluidos en los fermentadores es extremadamente compleja, pero es importante que el

microbiólogo industrial la comprenda debido a que del diseño efectivo y la operación

de un fermentador dependen una mezcla eficaz.

La flecha del impulsor está conectada al motor por una flecha de conducción que

debe penetrar en el fermentador desde fuera.

Por la necesidad de mantener esterilidad, es vital que el sello que conecta la flecha

con el motor esté dispuesto de tal modo que no permita el paso de contaminantes.

46

Para cada proceso biotecnológico, el sistema de contención más apropiado debe

diseñarse para brindar el mejor medio ambiente, optimizado para el crecimiento

celular y actividad metabólica.”

3.1.3.- Equipos accesorios.

• Válvulas de seguridad

• Manómetros

• Válvulas de control

• Tuberías

• Control de temperatura

• Control de pH

• Control de espumas

• Puntos de muestreo

3.1.4.- Tipos de fermentador.

• Crecimiento en suspensión.

• Crecimiento con soporte.

En el crecimiento en suspensión los organismos están sumergidos y dispersados en

el medio nutritivo y su movimiento sigue al del medio.

En los sistemas con soporte los organismos crecen como una monocapa o película

sobre una superficie en contacto con un medio nutritivo.

47

En la práctica, sin embargo, los sistemas en suspensión poseen una película de

organismos en la superficie del contenedor y en sistemas con soporte, encontramos

organismos dispersos en el medio nutritivo.

3.1.5.- “29Descripción de puntos considerados como los criterios más

importantes para el diseño de un fermentador :

• El tanque debe diseñarse para que funcione asépticamente durante numerosos

días, así como para las operaciones de más larga duración.

• Se debe proporcionar un sistema adecuado de aireación y agitación para cubrir

las necesidades metabólicas de los microorganismos.

• El consumo de energía debe ser tan bajo como sea posible.

• El fermentador debe tener un sistema para la toma de muestras.

• Debe existir un sistema para el control de la temperatura.

• Las pérdidas por evaporación no deben ser excesivas.

• El diseño del tanque debe ser tal que las operaciones laborales durante el

funcionamiento, recolección, limpieza y mantenimiento sean mínimas.


48

• El tanque debe ser versátil para la aplicación de diversas modalidades de

fermentación.

• Las superficies internas del tanque deben ser lisas, utilizando, lo menos posible,

soldaduras.

• La geometría del fermentador debe ser similar a otros tanques más pequeños o

mayores de la planta o a los de la planta piloto para poder reproducir procesos a

diferentes escalas.

• Deben emplearse los materiales más baratos que proporcionen resultados

satisfactorios.

• Debe existir un servicio adecuado de repuestos para el fermentador.

El mantenimiento de un ambiente aséptico y unas condiciones aeróbicas son,

probablemente, los dos puntos de mayor relevancia que hay que considerar.

Los fermentadores más ampliamente utilizados a nivel industrial están provistos de

mecanismos de agitación, dispersión y aireación así como de sistemas para el control

de la temperatura, pH y formación de espuma.”

49

3.2.- “30FACTORES FISICO – QUIMICOS QUE AFECTAN AL

RENDIMIENTO DE LAS FERMENTACIONES INDUSTRIALES

3.2.1.- Oxígeno:

Uno de los factores más críticos en la operación de fermentaciones a pequeña y gran

escala es el suministro de un intercambio de gases adecuado. El oxígeno es el

sustrato gaseoso más importante para el metabolismo microbiano y el anhídrido

carbónico es el producto metabólico más importante. El oxígeno no es un gas muy

soluble ya que una solución saturada de oxígeno contiene aproximadamente 9 mg / L

de este gas en agua. Debido a la influencia de los ingredientes del cultivo, el

contenido máximo de oxígeno realmente es más bajo de lo que debería ser en agua

pura. El suministro se logra pulverizando aire en el fermentador durante el proceso.

La ley de Henry describe la solubilidad del oxígeno en soluciones de nutrientes en

relación a la presión parcial del oxígeno en la fase gaseosa:

P0

C = ------

H

En esta ecuación C es la concentración de O2 de la solución de nutrientes a

saturación, P0 es la presión parcial del gas en la fase gaseosa y H es la constante de

Henry que es específica para cada tipo de gas.


50

A medida que aumenta la concentración de O2 en la fase gaseosa, aumenta la

proporción de O2 en la solución de nutrientes. En consecuencia, la presión más alta

de O2 se consigue durante la aireación con oxígeno puro. Comparado con el valor

obtenido al utilizar aire (9 mg O2/L), en agua se disuelven 43 mg O2/L cuando se

utiliza oxígeno puro. Otra característica es que a medida que aumenta la temperatura

desciende la solubilidad del oxígeno.

Una vez disuelto el O2 , éste tiene que transferirse desde la burbuja de gas a cada

célula individual. Para ello deben ser superadas varias resistencias parcialmente

independientes:

a.- La resistencia dentro de la película de gas a la interfase.

b.- La penetración de la interfase entre la burbuja de gas y el líquido.

c.- Transferencia desde la interfase al líquido.

d.- Movimientos dentro de la solución de nutrientes.

e.- Transferencia a la superficie de la célula.

En las fermentaciones que se llevan a cabo con organismos unicelulares como

bacterias o levaduras, el factor más importante que controla la velocidad de

transferencia es la resistencia en la interfase entre la burbuja de gas y el líquido. Las

células microbianas próximas a la burbuja de gas pueden absorber directamente el

O2 a través de la interfase aumentando la transferencia del gas a estas células. En los

aglomerados de células o en las bolitas de micelio, la transferencia de gas dentro del

aglomerado puede ser un factor limitante.

51

Por último indicar la concentración crítica de oxígeno que es el término utilizado

para expresar el valor de la velocidad específica de absorción de oxígeno que permite

la respiración sin impedimentos. Esta concentración crítica de oxígeno suele tener

unos valores concretos para cada microorganismo oscilando de forma general entre

el 5% y el 25% de los valores de saturación de oxígeno en los cultivos.

3.2.2.- TEMPERATURA :

La temperatura es otro de los parámetros esenciales para el éxito de una

fermentación. Los microorganismos que crecen a una temperatura inferior a la

óptima tienen retardado su crecimiento y por lo tanto reducida la producción celular,

es decir su productividad. Por otro lado, si la temperatura es demasiado alta, pero no

letal, se puede inducir una respuesta de estrés al choque térmico con la consiguiente

producción de proteasas celulares que ocasionan una disminución en el rendimiento

de los productos proteicos. A fin de obtener rendimientos óptimos, las

fermentaciones deben ser llevadas a cabo en un margen estrecho de temperatura y a

ser posible constante.

La velocidad de producción de calor debida a la agitación y a la actividad metabólica

de los microorganismos no se ve compensada por las pérdidas de calor que resultan

de la evaporación, por lo que se debe recurrir a sistemas de refrigeración. Dentro de

éstos, los más utilizados en las fermentaciones industriales son las camisas de agua.

52

3.2.3.- pH :

La mayor parte de los microorganismos crecen óptimamente entre pH 5,5 y 8,5. Pero

durante el crecimiento en un fermentador, los metabolitos celulares son liberados al

medio, lo que puede originar un cambio del pH del medio de cultivo. Por lo tanto se

debe controlar el pH del medio de cultivo y añadir un ácido o una base cuando se

necesite para mantener constante el pH. Por supuesto que esta adición del ácido o

base debe ser mezclada rápidamente de tal manera que el pH del medio de cultivo

sea el mismo en todo el fermentador.

3.3.- AGITACION

La agitación es la operación que crea o que acelera el contacto entre dos o varias

fases. Una fermentación microbiana puede ser considerada como un sistema de tres

fases, que implica reacciones líquido-sólido, gas-sólido y gas-líquido.

1.- La fase líquida contiene sales disueltas, sustratos y metabolitos. Puede existir, en

algunos casos, una segunda fase líquida si existe un sustrato inmiscible en agua

como por ejemplo los alcanos.

2.- La fase sólida consiste en células individuales, bolitas de micelio, sustratos

insolubles o productos del metabolismo que precipitan.

53

3.- La fase gaseosa proporciona un reservorio para el suministro de oxígeno, para la

eliminación del CO2 o para el ajuste del pH con amonio gaseoso.

Una adecuada agitación de un cultivo microbiano es esencial para la fermentación ya

que produce los siguientes efectos en las tres fases:

1.- Dispersión del aire en la solución de nutrientes.

2.- Homogeneización, para igualar la temperatura, pH y concentración de nutrientes,

en el fermentador.

3.- Suspensión de los microorganismos y de los nutrientes sólidos.

4.- Dispersión de los líquidos inmiscibles.

Bajo estas premisas se podría concluir que cuanto mayor sea la agitación, mejor será

el crecimiento. Sin embargo, la agitación excesiva puede romper las células grandes

e incrementar la temperatura lo que ocasiona un descenso en la viabilidad celular.

Por lo tanto, se debe conseguir un balance entre la necesidad del mezclado y la

necesidad de evitar el daño celular.

Los diferentes tipos de agitación que se utilizan en las fermentaciones se incluyen

dentro de las siguientes clases:

54

1.- Agitadores rotativos, los cuales tienen un sistema interno mecánico de agitación.

2.- Columnas de burbujas, la agitación se realiza mediante la introducción de aire a

sobrepresión.

3.- Sistema aero-elevado (airlift), que pueden tener un circuito interno o externo. La

mezcla y circulación de los fluidos son el resultado de las corrientes de aire

introducido, las cuales causan diferencias en la densidad dentro de las diferentes

partes del fermentador.

De estos tres tipos el más utilizado es el primero ya que es más flexible en las

condiciones de operación, es más fácil de conseguir comercialmente, provee una

eficiente transferencia de gases a las células y es el tipo con el que se tiene más

experiencia.”

55

3.4.- DESCRIPCIÓN GENERAL

El prototipo consta de un cuerpo interno de acero inoxidable de 22.5 cm. de

diámetro, con una capacidad de 19 litros ; forrado con una chaqueta externa de 27.8

cm de diámetro, con una capacidad de 9.5 litros, una tapa que se cierra

herméticamente mediante 3 mariposas, en dicha tapa se encuentra el motor del

agitador el cual en la parte inferior que esta en contacto con el cilindro interno se une

con una varilla de acero inoxidable con su respectiva hélice de agitación mediante un

matrimonio.

Externamente el tanque cuenta con cuatro llaves de bola de 3/8 de pulgada , dos de

ellas son destinadas a entrada y salida de liquido en la chaqueta, una que es destinada

a la obtención de muestras del tanque interno y una de desfogue de la chaqueta.

Así mismo, consta de una lámina externa de acero inoxidable la cual está fijada

mediante tornillos al cuerpo del tanque, en dicha plancha se encontrará el motor y el

filtro de aire, los cuales estarán conectados mediante una manguera transparente de

0.5 cm de diámetro y que a la salida respectiva del filtro se conectará al tubo interno

que pasa por el tanque.

Internamente el tanque consta de un tubo de acero inoxidable destinado a la

inyección de oxígeno, el cual se conecta el su extremo inferior a un difusor de aire.

En el área inferior de la chaqueta del tanque se encuentran las respectivas resistencias

en número de dos, las cuales están dispuestas internamente en forma paralela.

56

Aparte del tanque encontramos el respectivo tablero de comando del fermentador, el

mismo que está conectado al tanque mediante una conexión de Sockets, y dicho

tablero se encargará de ser el cerebro de funcionamiento del tanque fermentador.

3.5.- MATERIALES UTILIZADOS EN LA CONSTRUCCIÓN DEL EQUIPO

3.5.1.- Tanque de acero inoxidable.

Está construido en acero inoxidable de grado alimentario 304 A de 1 mm, está

compuesto de un cuerpo cilíndrico de 43 cm de alto y de 22, 50 cm de diámetro,(ver

plano N °4) sus estructuras laterales están compuestas por cuerpos cóncavos

convexos de igual medida para los dos, solo que en su base cuenta solo con un

orificio de salida para toma de muestras y en la parte superior la abertura para la tapa

correspondiente, su construcción asegura para una presión máxima a soportar de 30

PSI, por las medidas volumétricas, tiene una capacidad máxima de 19.5 litros y para

un trabajo estándar de 16 litros.

3.5.2.- Chaqueta de Acero Inoxidable

De igual manera está compuesto de acero inoxidable de la misma numeración pero

con un espesor de 1,2 mm, esta revistiendo a las paredes internas del tanque a una

distancia de 2,5 cm de forma paralela, la misma que forma la cámara interna

57

(chaqueta)para la circulación de los líquidos transmisores térmicos. ( Ver Plano N° 5

y anexo A.1.1)

Esta estructura está unida al tanque interno por medio de su anillo o cerco lateral

superior, de su base inferior y de las juntas dispuestas a lo largo de toda la cámara

que une a los dos cuerpos, la misma que forma una cámara cilíndrica en la parte

inferior del tanque, con 8 cm. de alto, donde se alojan las resistencias térmicas que

genera el calor para transmitir al resto de la cámara.

3.5.3.- Cuerpo del tanque

Es el que esta conformado por la chaqueta externa en el cual se alojan otros

componentes, tales como, los dos tubos de entrada de agua (parte superior) y dos

de salida, el uno de salida del líquido para muestras o de desalojo del producto

interno y el otro de drenaje de la chaqueta, todos estos 4 tubos son enroscados y de 6

cm de distancia para acoplar las llaves de paso que también son de acero inoxidable,

sobre este también se monta la plancha que contiene el filtro y el motor aireador,

además en su parte superior se aloja la termocupla, una válvula de presión, la entrada

de tubo para aireación.

En este cuerpo ya se puede tener las medidas totales del fermentador desde su base

hasta su tapa, así tenemos 56 cm de alto sin el motor y un diámetro de 27.8 cm. (

Ver anexo A.1.1)

58

3.5.4.- Tapa del fermentador

Este dispositivo está construido de la misma clase de material en 1.4mm de espesor,

tiene una forma circunferencial de un diámetro de 12,8 cm y de 2,2 cm de alto. Tiene

tres orejas distribuidas en forma triangular con una ranura donde se engranan los tres

pernos mariposas para realizar el ajuste y con ello el cierre, la misma que reposa

sobre una base tapizada con un empaque que garantiza el cierre hermético de la tapa.

Este cuerpo sirve además como base para el montaje del motoreductor para el

agitador. ( Ver anexo A.1.3)

3.5.5.- Motor del agitador

Es un motoreductor de 110 V de 1/8 de hp aprox. Con un sistema de reducción de

velocidad tipo caja de piñones el cual también multiplica su fuerza de giro (torque),

hasta arrojar un total de 65 rpm.

En sentido horario., el moto reductor se asienta sobre la parte superior de la tapa y

que se sujeta por medio de 4 tornillos hacia la misma y por una obturación centrada

logra traspasar un eje motriz de 8 cm hacia la parte interna central del tanque, el

mismo que empata con el resto del cuerpo que conforma el eje de la hélice. ( Ver

anexo A.1.3.1)

59

3.5.6.- Placa de filtro y bomba

Esta es una placa de acero inoxidable de 1,2 mm de espesor de 35 cm por 10 cm. La

misma que tiene 4 orificios esquineros para ajustar hacia el cuerpo del tanque y que

permita el desmontaje para efectos de limpieza, sobre esta placa se alojarán el motor

aireador y el filtro, Toda esta estructura está alojada lateralmente al la altura de la

válvula de ingreso. ( Ver anexo A.1.2)

3.5.6.1.- Filtro

Este accesorio tiene una forma cilíndrica de 16.50 cm de alto y de 10 cm de

diámetro, su estructura capsular es transparente de PVC con tapa roscada por

donde se aloja el filtro a la parte interna y empata con un tubo empacado de

caucho para la entrada del aire a filtrar, el filtro propiamente dicho ,es de una

misma morfología con una sección tubular interna por donde ingresa el aire y

se filtra por unas membranas de cartón corrugado hacia las partes laterales del

filtro y que fugan por la tapa superior por medio de un tubo de salida hacia el

tanque fermentador.

3.5.6.2.- Bomba

Este es un motor electromagnético que genera aire por medio de dos ventosas

oscilantes y que empujan hacia fuera por donde se recolectan las dos

60

producciones de aire por medio de un tubo y se dirige hacia el filtro, funciona

a 110 V y tiene la capacidad de trabajar a tiempo continuo.

3.5.7.- Tablero de Control

Esta compuesto de una base fuera de la estructura del tanque, donde se comanda y se

controla el funcionamiento del fermentador. Está montado en una caja de madera

aglomerada de 36 cm X 25.5 cm. Dentro de ella se realizaron las respectivas

conexiones eléctricas para el correcto funcionamiento. Consta de : ( Ver anexo

A.1.7.10)

3.57.1.- Pirómetro.- Corresponde a un controlador digital de rango de 0 a

400 °C, de 96 X 96, de marca Camsco, modelo TC- 96 N al cual se

le conecta una termocupla de tipo J, y comandará mediante un

contactor y su respectiva bobina la resistencia del tanque. ( Ver

anexo A.1.7.10)

3.5.7.2.- Contactor.- El contactor utilizado es uno de 9 A, con una bobina

incluida, dicho elemento funciona con 110 V y 60 HZ, de marca

Siemens. ( Ver anexo A.1.7.2)

3.5.7.3.- Luces leds .- En número de dos, el primero indica si hay paso de

corriente al tablero, y el otro indica si las resistencias están

trabajando. ( Ver anexo A.1.7.10)

61

3.5.7.4- Swiches de control.- En número de 5, uno principal que prende

todo el sistema, luego de derecha a izquierda en vista frontal al

tablero los swiches corresponden a : pirómetro, bomba de aire,

resistencias y agitador. ( Ver anexo A.1.7.10)

3.5.7.5.- Reloj.- Correspondiente a un reloj de pantalla digital, el cual nos

será de utilidad para controlar los tiempos, el mismo que está

ubicado en la parte central del tablero ente los swiches de control.

3.5.7.6.- Termocupla y acople.- Se la menciona aquí porque está conectada

mediante un socket posterior al pirómetro de comando, cabe recalcar

que todo el funcionamiento depende siempre de que la termocupla

esté correctamente conectada al pirómetro y tenga una precisa

lectura de la temperatura dentro del tanque fermentador. El acople

está soldado en la parte superior del tanque bajo la tapa del mismo. (

Ver anexo A.1.6.1)

3.5.8.- Fuente de calor

En número de dos; están montadas en la base inferior del tanque, acopladas por 4

pernos y empacadas herméticamente hacia la misma. Este tiene una capacidad de

1500 Watt y funciona a 110 V cada una. ( Ver anexo A.1.6.3)

62

3.5.9.- CUADRO DE CARACTERISTICAS

TABLA #1 .- “CARACTERÍSTICAS DEL EQUIPO”

PARTE CARACTERISTICAS

Tanque de acero Inoxidable • 43 cm alto y 22.50 cm diámetro.

• Capacidad : 19.5 litros.

• Presión Máxima de trabajo : 30 PSI

Chaqueta de Acero

Inoxidable

• 1.2 mm de espesor.

• 2.5 cm de distancia al tanque interno.

• 8 cm entre tanque interior y chaqueta.

Cuerpo del Tanque • 56 cm de alto y 27.8 cm de diámetro.

Tapa del Fermentador • 1.4 mm de espesor.

• 12.8 cm de diámetro y 2.2 cm de alto.

• Forma circunferencial con 3 orejas.

Motor del Agitador • 110 V.

• 1/8 hp aproximadamente.

• 65 r.p.m.

• Eje motriz interno de 8 cm.

Placa de filtro y Bomba de

Acero inoxidable

• 35 x 10 cm y 1.2 mm de espesor.

Filtro • 16.5 cm de alto y 10 cm de diámetro

Bomba • 110 V.

Tablero de Control • 36 cm x 25.5 cm forma de caja

63

PARTE CARACTERISTICAS

Pirómetro • 0 – 400 °C de rango.

• 96 X 96 cm

• Camsco Modelo TC – 96 N

Contactor • 110 V.

• 9 A.

• 60 Hz.

• Siemens.

Luces Leds • Estándares pequeñas.

Swiches de Control • Estándares.

Reloj • Estándar digital.

Termocupla y acople • Tipo J.

• Cable blindado.

• Acople soldado en el tanque

Resistencias • 110 V.

• 1500 Watts cada una

Fuente : Investigación propia

Elaborado por : Echeverría D- Ríos D.

64

CAPITULO IV

MANTENIMIENTO DEL EQUIPO

65

CAPITULO IV

MANTENIMIENTO DEL EQUIPO

4.1.- MANUAL DE MANTENIMIENTO DEL EQUIPO Se entiende por mantenimiento a todas las acciones que directa o indirectamente se

realicen sobre el equipo, de tal manera que siempre se encuentre funcionando de

manera óptima y eficiente.

Todas estas acciones permitirán reducir averías y por ende mayor vida útil del

equipo, esto mediante actividades que se describirán más adelante.

En realidad este fermentador cuenta con una construcción bastante sencilla pero

con altas probabilidades de fallar si no es manejado correctamente, de lo contrario es

muy seguro, ya que su sistema de construcción es dependiente de un sistema

eléctrico en un 90 % y de tipo en serie, de modo que si este falla, el resto también

fallará.

Para entender mejor esto se dividirá al equipo en subsistemas generales :

• Sistema mecánico.

• Sistema eléctrico.

• Sistema físico.

66

4.1.1.- SISTEMA MECÁNICO

Está constituido por el conjunto de accesorios que componen el sistema de agitación

o movimiento de carga interna en fermentación, la descripción de estos componentes

se encuentra en el capítulo anterior pero a groso modo se nombrarán sus partes: así

tenemos, moto reductor, eje agitador, hélice agitador, prisioneros y tapa.

Este conjunto en funcionamiento puede ocasionar graves daños si no se lo instala

correctamente o si a su vez a sufrido golpes que ocasionen descentrado en su giro;

así entonces si el eje central se desvía puede ocasionar choques contra la termocupla

ocasionando destrozos, de la misma manera puede chocar contra el tubo de aire o el

revestimiento interno del tanque.

Para evitar esto se recomienda tomar las siguientes medidas:

4.1.1.1.- Mantenimiento Preventivo del sistema mecánico:

• Previo su uso, se debe constatar que su fuerza de giro este bien y que no este

descentrado, simultáneamente que no produzca sonidos de roce o resecamiento

en la caja reductora del motor, el ruido emitido debe ser normal, cualquier indicio

de fallo comunicar su estado.

• No estropear exageradamente el cable que alimenta la energía eléctrica.

67

• Con respecto al funcionamiento del motor, verificar que el mismo no sufra

sobrecargas respecto al tiempo y densidad del líquido agitado, para ello se

inspeccionará su temperatura y habrá que tomar en cuenta las variaciones de

voltaje.

• Lavar el equipo con materiales y sustancias indicadas en el punto referente a

limpieza; y en el momento de hacerlo evitar que se produzcan golpes que

descentren el eje. Posterior a ello ensamblarlo, una vez que se haya secado

naturalmente.

4.1.1.2.- Mantenimiento Correctivo del sistema mecánico

En caso de constatar el fallo se procederá a reportar la situación a la persona

encargada y luego tomar las medidas correctivas según el caso del daño, así:

• Si el problema es una emisión de ruidos se procederá a desmontar el motor,

revisar si la caja reductora está lubricada con grasa, si es necesario solo se

engrasará o se procederá a realizar un lavado completo y un total engrasado.

• Si el eje está descentrado, se procederá a rectificarlo de la siguiente manera:

1. Se encenderá el motor sobre una base de manera que quede horizontalmente,

68

2. Luego con un marcador se le aproximará hasta que se produzca el mínimo

roce, esto tanto en la proximidad al agitador y a su base, ello indicará donde

se dirige el desvío,

3. Se comprobará la misma posición del desvío con el marcador en los dos

extremos.

4. Una vez conseguido esto, apagar el motor y aplicar una fuerza a la altura

del agitador en sentido contrario a las marcas registradas, esta fuerza debe ser

leve,

5. Volver a encender y comprobar su buen funcionamiento,

6. De no ser así volver a repetir todo lo señalado hasta lograr centrar.

• Existen zonas que han sido esmaltadas para evitar oxidaciones; pero si se

presenta dicho fenómeno volver a esmaltar inmediatamente para evitar su

progreso oxidativo, previo una limpieza.

4.1.2.- SISTEMA ELECTRICO

Es el sistema más delicado, ya que de su buen funcionamiento depende el resto de

funciones; para un mejor entendimiento se describirá su funcionamiento que es en

cascada o en serie exceptuando la bomba de aire.

Por ejemplo un perfecto estado del fusible master permite el total paso de energía.

Este provoca el encendido del pirómetro, el mismo que trabaja cuando su

69

termocupla se encuentra en buen estado o bien conectado, de lo contrario emite

lecturas erróneas y no permite trabajar al pirómetro ya calibrado. Al suceder esto,

no se accionan los encendidos y apagados automáticos que ordenan al contactor

(revisar capitulo de descripción) cerrar o abrir paso de energía y por lo tanto quedan

inhabilitados el agitador y las resistencias, a este nivel se habla de un fallo casi total.

Para evitar posibles eventos de daño se hará también mantenimientos regulares de la

siguiente manera:

4.1.2.1.- Mantenimiento Preventivo del sistema eléctrico :

• Antes de preparar el equipo para posteriores fermentaciones, primero se debe

constatar su buen funcionamiento; para ello será necesario conectar a la fuente

eléctrica y encenderlo, también conectar el cable hacia el tanque y el pirómetro y

comprobar su buen funcionamiento calibrando el mismo, luego encender el

motor y las resistencias. La lectura del pirómetro debe ser la real y no números

que sobre pasen los 100 ° C, de ser así conectar firmemente hasta que de lectura

correcta.

• Es importante saber que la fuente a conectar es 110 V., un error aquí puede

ocasionar daños irremediables, por lo tanto verificar el voltaje.

• Comprobado su buen funcionamiento, se recomienda, colocar a la distancia

máxima permisible entre el tanque y la caja de control, además no debe estar bajo

70

las llaves de entrada y salida de líquidos para evitar posibles fugas de los mismos

hacia el tablero, de igual manera hay que evitar la caída de líquidos por

manipulación sobre la caja de control.

• Practicar siempre limpiezas antes y después de su uso, para ello se recomienda

usar una brocha que retire las partículas de polvo y usar un paño húmedo para

remover manchas líquidas que pudieran haber caído.

• Evitar la torsión excesiva de los cables que unen los equipos con el tablero de

control ya que pueden producirse debilitamientos, de igual manera con el cable

de la termocupla.

4.1.2.2.- Mantenimiento Correctivo del sistema eléctrico:

Estos hay que hacerlos dependiendo del tipo de fallo, así:

• Si no hay energía eléctrica en todo el sistema, es probable que se haya quemado

el fusible master, si es el caso cambiarlo inmediatamente por uno de las

características especificadas, recuerde que el pirómetro internamente también

tiene su portafusibles, y en el caso de pasar energía y no arrancar el pirómetro

abrir la caja y revisarlo.

• No olvidar que una lectura errónea del pirómetro marca temperaturas irreales

sobre los 100 ° C, para ello se recomienda revisar el cable conector hasta que se

normalice la lectura.

71

• Si se enciende todo el sistema y no pasa energía al tanque seguramente el

problema se encuentra en el cable principal, revisar su perfecta ubicación y su

conexión, para ello hay unas líneas guías en los sockets.

• Si se llegaran a presentar problemas en los swiches individuales, reemplazarlos

inmediatamente con repuestos de las mismas características.

4.1.3.- SISTEMA FISICO

Está compuesto por toda la estructura metalmecánica, incluido el difusor y sus

accesorios. Estos elementos no corren mayores riesgos de daños excepto los que

afecten las propiedades del material y de su integridad física, tales como golpes por

caídas, ajustes imperfectos. Así se aplican:

4.1.3.1.- Mantenimiento Preventivo del sistema físico:

• Evitar todo tipo de golpes y caídas.

• Nunca encender las resistencias sin agua en la chaqueta, una vez que este llena la

chaqueta, revisar que las llaves superiores estén abiertas, esto es importante para

evitar el soplado del equipo, es decir de reventarlo por presión de vapor; no

olvidar la especificación de las capacidades físicas de la construcción y si sobre

pasa a esto se puede echar a perder por completo todo el tanque.

72

• Nunca dejar sin lavar el equipo después de usarlo, ya que la humedad ataca

con el tiempo al mismo, más aun si se trata de residuos ácidos productos de la

fermentación.

• Seguir el programa de limpieza con los materiales y sustancias recomendadas,

practicar la desinfección con sustancias no corrosivas y abrasivas, como se

indica posteriormente.

• Comprobar que siempre se almacene el equipo en lugares secos, evitando la

humedad que provoca corrosión, especialmente las uniones y soldaduras las

cuales son más susceptibles.

• La máxima capacidad utilizable del equipo, es del 90 %.

• Revisar siempre la limpieza del difusor y sus accesorios, comprobando su buen

estado. Es importante colocar el difusor correctamente, con la disposición de los

orificios hacia la parte superior.

• Siempre colocar con la orientación especificada en el manual de instalación, así

se evitará roces con el agitador y fugas.

• Revisar y limpiar el filtro constantemente, además cerciorarse de su cerrado

hermético para evitar fugas. Verificar que las mangueras estén correctamente

conectadas.

73

4.1.3.2.- Mantenimiento Correctivo del sistema físico:

• Limpiar y desinfectar según recomendaciones.

• Abrir inmediatamente las llaves antes de proseguir el calentamiento.

• En caso de presentar indicios de oxidación limpiar inmediatamente con

materiales apropiados ( lijas finas, cepillos etc).

• Limpiar los orificios del difusor con un hilo metálico o un cepillo fino.

4.1.4.- MANTENIMIENTOS GENERALES

Se deben tomar medidas generales de mantenimiento, como:

• Se recomienda leer el manual de instrucciones antes de utilizar el equipo.

• Guardar y trabajar con el equipo en áreas aisladas de humedad y de sobrecarga de

energía.

• Evitar la humedad en el sistema eléctrico.

74

• Evitar los golpes al equipo y tablero de control.

• Secar el reactor al ambiente antes de guardarlo.

• Verificar siempre el voltaje

• Finalmente consultar cualquier daño grave a sus constructores, ellos

proporcionarán mayor información.

TABLA #2 .- “ESPECIFICACION ELECTRICA”

VOLTAJE 110-120

FRECUENCIA 60 Hz

WATT 3050

Fuente : Investigación propia

Elaborado por : Echeverría D- Ríos D.

75

4.2.- MANUAL DE OPERACIÓN EN PROCESO. 4.2.1.- ARMADO Y MONTAJE DEL EQUIPO Como primera instancia se ha de revisar que el equipo este en perfectas condiciones

y exista el suministro de energía eléctrica con el voltaje especificado, de ser así

conectarlo y comprobar.

Dependiendo del suministro de energía se ha de ubicar el equipo en un lugar

adecuado, si es posible se colocará un material que evite el contacto directo del

tanque con la superficie Ej. Un pedazo de material aislante.

De preferencia que sea un lugar con ventilación o aireación.

El biofermentador debe estar perfectamente limpio y desinfectado con soluciones

que se ha de recomendar posteriormente.

Se procederá a montar el difusor de la siguiente manera:

• Introducir el tubo por la ranura de la parte superior del tanque. ( a31. A.1.1.2 )

• Colocar el difusor y su codo en la posición orientada por las guías. (a.A.1.4.2)

31 “a”. Anexo

76

• Unir con la mano izquierda el difusor y el codo al tubo difusor dentro del tanque,

mientras que con la mano derecha sostenemos el tubo, esta posición será de igual

manera siguiendo la orientación de las guías.

• Introducir hasta el fondo y al tubo, orientarlo con la guía superior del tanque.

• Sostener, colocar y ajustar la válvula superior del tubo. ( a. A.1.5.2)

• Finalmente introducir la manguera proveniente del filtro de aire. ( a. A.1.2.3)

Conectar el socket del agitador correctamente y revisar que la llave inferior del

tanque interno este cerrada.

4.2.2.- LLENADO DE LA CHAQUETA

Es necesario llenar chaqueta con agua para proceder con la transmisión térmica, para

ello es necesario colocar la manguera en uno de los acoples de las entradas

superiores del tanque, cerciorándose que la otra llave este abierta, esta segunda,

indicará el nivel del agua, para posteriormente cerrar el ingreso, se recomienda verter

agua con la finalidad de tener un límite bajo el nivel de las llaves.

77

4.2.3.- LLENADO DEL PRODUCTO A FERMENTAR En está etapa será necesario trabajar con una cantidad mínima de 12 litros, dicha

capacidad es la necesaria para que la termocupla puede registrar por contacto los

cambios de temperatura interna del producto y con una capacidad máxima

recomendada de 17 litros.

Adicionar si fuese necesario productos tales como: azúcar, ácidos o bases,

antiespumantes, nutrientes en el tanque interno antes de proceder a cerrarlo.

4.2.4.- PASTEURIZACIÓN Este proceso consiste en elevar la temperatura interna según los requerimientos del

investigador y del producto a tratar, para ello se recomienda calibrar previamente el

pirómetro hasta la temperatura deseada, de está forma quedan habilitadas las

funciones de encendido de resistencias y agitador las cuales estarán en posición ON

en los swiches que son independientes para cada uno.

Por ningún motivo se podrá abrir la tapa cuando este encendido el agitador, si fuese

necesario esto, primero se apagará el agitador desde su swich y luego se procederá a

abrir.

Para reforzar la agitación se recomienda encender el motor aireador, para que el

suministro de aire aumente el movimiento interno del producto, incrementando así la

eficiencia del trabajo, además será necesario revisar que la llave de paso este abierta.

78

Se sugiere que durante el proceso es necesario la presencia constante de un operador,

que estará responsabilizado de verificar, monitorear y registrar el avance de la

operación hasta lograr el apagado automático de lo programado. En este punto se

estabiliza por si sola la temperatura y se le prolonga por el tiempo asignado a

pasteurizar.

Es de vital importancia que las llaves superiores de la chaqueta estén en posición

abiertas, para que purguen presiones de vapor, esta revisión deberá ser realizada

antes de encender las resistencias.

4.2.5.- ENFRIAMIENTO Esta etapa es netamente manual, el operador debe estar pendiente de todo el trabajo

y de tomar las decisiones apropiadas.

La programación del pirómetro está en función del incremento de temperatura más

no de su descenso, por tanto si se requiere que trabaje el agitador para enfriar se

deberá subir un decimal al pirómetro calibrado, por Ej. 85 °C subir a 95 °C, de esta

forma acciona al agitador, pero será necesario apagar el swiche de la resistencia ya

que por ningún motivo se desea seguir calentando.

Para entonces se habrán colocado las mangueras a las llaves superiores de la

chaqueta, la una estará conectada a una toma de la red de agua potable y la otra

79

conectada hacia el sifón, donde se drenará el agua que ha ganado energía térmica y

es remplazada por otra a menor temperatura.

Una vez logrado esto se podrá observar como sigue la temperatura descendiendo en

el pirómetro hasta llegar a la temperatura final de fermentación, por ejm. 28 °C , en

este momento se suspenderá la circulación del agua y se volverá a calibrar el

pirómetro que será igual a 28 °C.

En este proceso no es necesario disminuir el agua de la chaqueta, puede quedar al

mismo nivel de la entrada y salida de las llaves superiores.

4.2.6.- FERMENTACIÓN Una vez calibrado el pirómetro se puede observar como la temperatura poco a poco

se estabiliza hasta elevarse en unos dos grados por encima de lo programado y deja

de encenderse y apagarse automáticamente el pirómetro, las razones se explicarán

mas adelante.

Es el momento de iniciar las inoculaciones y hacer reajustes necesarios para

finalmente cerrar el tanque.

Luego se procede a encender el agitador y el aireador por el tiempo que recomiende

la teoría de la fermentación, hasta que se consiga la etapa de adaptación y

reproducción del inóculo.

80

De ser necesario, suspender el suministro de oxígeno, se apagará primero el motor

aireador y luego cerrar la llave de paso de aire.

En este momento el agitador dependerá del pirómetro a la temperatura que este

calibrado y será necesario programar cada que tiempo adicional, si se desea agitar y

por que tiempo, para ello se seguirá las instrucciones de cómo operar sin que se siga

funcionando la resistencia (revisar enfriamiento).

Por efectos de liberación de energía por procesos biológicos de conversión de la

materia se observará elevación de temperatura y se tendrá que regular, con los

mismos pasos de la descripción del enfriamiento, hasta llegar a estabilizarlo y así

seguir controlando.

4.2.7.- CONTROLES Para ello se debe tomar muestras por la llave inferior del tanque, con las cantidades

necesarias y requeridas, tanto para acidez, pH, alcohol, etc. Registrar todo en una

tabla diseñada para el efecto.

Este control constante durante la fermentación determinará el momento que se ha

de suspender la fermentación y proseguir con las siguientes operaciones , como

drenado, reposo o postfermentaciones.

81

4.2.8.- LIMPIEZA Para la limpieza del equipo se recomienda el uso de agentes no iónicos compatibles

con cuaternarios catiónicos; para ello proporcionamos la ficha técnica del producto a

utilizar :

DESENGRASANTE BACTERICIDA CH

Producto (2 en 1) con acción jabonosa y desinfectante

4.2.8.1.- Descripción :

Formulación de tipo no iónico (compatible con cuaternarios, catiónicos) de

propiedades excepcionales con ingredientes que atacan la suciedad y las grasas,

actuando de manera sinergizada, con actividad germicida.

Sus ingredientes activos son tensoactivos, humectantes, emulsificantes, defloculantes

y solventes, que separan agresivamente todo tipo de suciedad y amonios

cuaternarios de doble cadena (cuarta generación).

Esta diseñado para actuar en superficies no porosas, saponificando y emulsificando

todo tipo de aceites y grasas animales y vegetales, disolviendo todo tipo de

elementos indeseables y dejando un residual bactericida. La suciedad es separada de

las superficies a tratar y suspendida para ser evacuada con el enjuague final.

4.2.8.2.- Características :

Apariencia: Líquido viscoso color ámbar

pH concentrado : 7

82

Peso especifico : 0,970

Totalmente miscible en agua

Contenido de activo desinfectante 28.000 ppm.

4.2.8.3.- Forma de uso :

En su calidad de desengrasante bactericida, cumple con amplias funciones para el

mantenimiento de equipos, utensilios y pisos de la industria en general.

Se utiliza con inyección a presión con agua fría (si se dispone de caliente mejor), con

cepillos barredores y por inmersión (con movimiento mecánico de la solución para

atacar las sustancias indeseables).Se recomienda antes de realizar la operación de

limpieza, retirar por barrida (sin salpicar la suciedad) u otro procedimiento los

elementos sólidos existentes en la superficie.

4.2.8.4.- Dosificación :

Se aplica 1 parte del producto en 60 partes de agua (1.66 litros del producto en 100

litros de agua), agitando para homogeneizar la solución, obteniendo un residual

bactericida de 465 ppm.

83

4.3.- RECOMENDACIONES GENERALES DEL USO DEL EQUIPO

Para el correcto uso del equipo, es indispensable tomar en cuenta ciertas

recomendaciones, que a continuación se describen :

1.- Verificar que el tablero de control y por ende el fermentador trabajen con 110 V.

2.- Conectar correctamente los sockets de comando en el tablero y en el tanque, para

ello seguir las guías de pintura colocadas.

3.- Acoplar correctamente el difusor y ubicarlo rotando el tubo interior haciéndolo

coincidir con la marca establecida en el tanque y el tubo.

4.- Colocar correctamente las aletas del agitador para que entren sin problema dentro

del tanque y una vez dentro, cerrar bien las mariposas de la tapa del tanque.

5.- Nunca golpear o maltratar la varilla que sostiene el agitador ya que se puede

descentrar la rotación del mismo, causando problemas, al golpear las aletas

contra el tubo de inyección de aire o el difusor. Hay que recalcar que toda la tapa

es una sola pieza que tiene en la parte superior colocado el motor del agitador, la

tapa como tal en la parte central y en la parte inferior la varilla y el agitador; toda

esta pieza se la puede separar desconectando un socket del tanque ubicado en la

placa que contiene el motor de aire y el filtro.

84

6.- Verificar que las mariposas que sostienen la placa de la bomba y filtro estén

correctamente apretadas y no flojas ya que la vibración del motor mueve la placa

y se emite un ruido molestoso.

Dentro de este mismo punto verificar que el filtro este correctamente apretado

con su respectiva abrazadera al límite superior de la placa para evitar que se

extrangule la entrada de aire proveniente de un tubo (t) que une las dos salidas de

la bomba de aire, para ello se colocara a la altura de la guía marcada.

7.- Cerciorarse siempre, que a más de llenar el tanque interno para el trabajo, se haya

llenado la chaqueta externa de agua, ya que hay que tomar en cuenta que las

resistencias se encuentran en la chaqueta y siempre deben trabajar dentro del

agua. De la misma forma trabajar siempre con las válvulas de la chaqueta abierta

para que el vapor salga siempre y evitar una posible soplada del tanque interno

por la presión generada.

8.- Cerciorarse al trabajar, que las válvulas de toma de muestra y de chaqueta que se

encuentran ubicadas en la parte inferior del tanque se mantengan siempre

cerradas, y abrirlas únicamente cuando sea necesario.

9.- Tomar en cuenta ya en la fermentación que el pirómetro tiene un juego de ± 2 °C,

así cuando se apaguen las resistencias la temperatura podrá subir, pero siempre

tomar en cuenta que el pirómetro buscará estabilidad para manejo de

tiempos y temperaturas.

85

10.- En el tablero de control, tomar en cuenta que el swiche del pirómetro debe estar

encendido, ya que este es el que comanda todo el proceso; dicho

comando manejará las resistencias y el agitador de una forma dependiente del

mismo si los swiches de los aparatos antes mencionados trabajan en ON. Si los

comandos trabajan en OFF, se apagarán las resistencias y el agitador de forma

independiente según las necesidades del proceso. Si se desea trabajar

únicamente con el agitador y no con las resistencias, se recomienda subir un

grado decimal a alcanzar en el pirómetro y apagar el swiche correspondiente a la

resistencia.

11.- La bomba de aire trabaja de una forma totalmente independiente y al contrario

de las resistencias y agitador, se la accionará solo cuando se la requiera.

12.- El swiche principal deberá estar prendido para que exista un paso correcto de

corriente a todo el sistema. Las luces leds indicarán paso de corriente y la

segunda si las resistencias están trabajando.

13.- Con respecto al enfriamiento, cerciorarse bien que los acoples estén

correctamente puestos en las llaves de entrada y salida de la chaqueta del

tanque, para posteriormente colocar una manguera de entrada de agua conectada

a la respectiva llave de agua y una de salida colocada en una desagüe o lugar

establecido para el trabajo.

86

14.- Se recomienda trabajar con un ventilador que esté disipando aire continuamente

al motor del agitador.

87

CAPITULO V

FASE EXPERIMENTAL

88

CAPITULO V

FASE EXPERIMENTAL

5.1.- PRACTICAS REALIZADAS Y PROPUESTAS

5.1.1.- Practica # 1 ( Fermentación Alcohólica )

5.1.1.1.- Titulo de la Práctica :

Vino de Pepino

TABLA # 3 .- “Características del pepino”

Fruta : Pepino Dulce

° Brix fruta : ( Prom. 10 ) 11 ° Brix ° Brix Pulpa : 8 ° Brix

Fuente : Investigación propia. Elaborado por : Echeverría D. – Ríos D. 5.1.1.2.- Descripción de la fruta :

“32El pepino dulce o pera-melón (Solanum muricatum) es una especie originaria de

la región andina, donde se cultiva hace varios miles de años. Sin embargo a pesar de

sus buenas cualidades productivas, ha sido un cultivo que no se ha extendido al resto

del mundo.

El fruto de pepino dulce es una baya que se puede consumir como fruta refrescante

o en ensaladas, dependiendo de la variedad o del estado de madurez del fruto.

32 http://www.infoagro.com/hortalizas/pepino_dulce.asp

89

También es posible su consumo en zumos o en postres y platos más elaborados. El

fruto tiene un buen sabor y un gran aroma. En cuanto a sus propiedades nutritivas, el

90% es agua, y además es bajo en calorías y contiene un alto contenido en vitamina

C.

Existen multitud de variedades y cultivares en su zona de origen, lo que da lugar a

frutos de diversas formas, tamaños y colores, y plantas que se pueden adaptar a

diversas condiciones climáticas y de cultivo.

Usos

El pepino dulce se consume principalmente como fruta fresca, aunque hay cultivares

que se consumen en ensalada como el pepino (Cucumis sativus L.). En otros

cultivares el uso depende del momento de recolección. Si se recolecta precozmente

se utiliza en ensaladas, y si se recolecta una vez maduro se consume como fruta

fresca.

Algunos cultivares tienen frutos muy aromáticos, lo que los hace muy aptos para la

preparación de macedonias u postres elaborados. También se incluye en diversas

recetas para salsas, sopas u otros platos. El pepino dulce también puede ser utilizado

en la elaboración de helados, conservas o enlatados. La utilización del pepino dulce

para elaborar zumos tanto solo como mezclado con otras frutas también ha sido

descrita.”

90

5.1.1.3.- Objetivo :

• Obtener vino a partir de pulpa de pepinos dulces

Se obtienen 12 l de pulpa de pepino a un ° Brix inicial de 8; pero se desea partir la

fermentación a 13.5° Brix; por ende se debe agregar azúcar; el reajuste a realizar será

el siguiente :

TABLA # 4 .- “Datos previos al ajuste de azúcar en el pepino”

Cantidad : 12 litros

° Brix Pulpa : 8 ° Brix

° Brix Deseados : 13.5 ° Brix

Fuente : Investigación propia. Elaborado por : Echeverría D. – Ríos D.

12 kg x 0.08 x X = 12 kg. x 0.135

0.96 x X = 1.62

1.62

X = ----------- = 1.6875 kg de Azúcar

0.96

91

Grafico # 2 .- “Gráfico previo al proceso fermentativo alcohólico del pepino”

12 l de jugo + 1.6875 kg de azúcar ( ° Brix inicial : 13.5 ° B )

° Brix Inicial : 13.5

pH Inicial : 4.8

T ° Inicial : 17 °C


5.1.1.4.- Diagrama de flujo :

DESPULPADO

PASTEURIZACION 85 °C X 10´

ENFRIAMIENTO 28 °C

DISOLUCION LEVADURA 28 g A 25 ° C

INOCULACION

LEVADURA 4 %

PROCESO FERMENTATIVO

92

5.1.1.5.- Resultados :

TABLA # 5 : “ Resultados del día # 1 : Martes 22 de Julio ”

Horas 14:20 Inóculo ° Brix ph

1 15:20 - 13 - 2 16:20 - 13 4,8 3 17:20 - 12,6 - 4 18:20 - 12,5 4,8 5 19:20 - 12,4 - 6 20:20 - 12 4,8 7 21:20 - 12 - 8 22:20 - 11,5 4,8 9 23:20 - 11,5 -

Fuente : Investigación propia. Elaborado por : Echeverría D. – Ríos D

TABLA # 6 : “ Resultados del día # 2 : Miércoles 23 de Julio ”

Inóculo ° Brix ph

10 0:20 - 11 4,8 11 1:20 - 11 - 12 2:20 - 10 4,8 13 4:20 - 9,3 - 14 6:20 - 9 4,8 15 7:20 - 8 - 16 8:20 - 8 4,8 17 9:20 - 7,8 - 18 10:20 - 7 4,5 19 11:20 - 6,5 - 20 12:20 - 6,5 4,2 21 13:20 - 6,3 - 22 14:20 - 6 4 23 15:20 - 5,8 - 24 16:20 - 5,5 4 25 17:20 - 5 - 26 18:20 - 4,2 4 27 19:20 - 4,2 - 28 20:20 - 4,2 4 29 21:20 - 4,2 - 30 22:20 - 4,2 4


93

5.1.1.6.- Gráficos e Interpretaciones :

Grafico # 3 .- “Fermentación del pepino dulce ( ° Brix – Tiempo )”

Fermentación del pepino dulce

0123456789

1011121314

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

Horas

° Br

ix

Brix


Interpretación:

• El gráfico es muy claro en indicar que a mayor cantidad de horas que se produce

la fermentación; los grados brix bajan; debido a que las levaduras se encuentran

en un medio tan selectivo permitiendo un gran desarrollo y obviamente se van

nutriendo del azúcar existente en el medio.

• Las lecturas que corresponden desde la hora 26 hasta la 31, indican que la lectura

del grado brix es estable, indicativo que la fermentación alcohólica ha cesado.

94

• La fermentación ha durado un total de 30 horas; en el gráfico observamos 31

puntos ya que el primero corresponde a las condiciones iniciales. Para obtener los

resultados esperados se estabilizó el tanque en todo ese tiempo en 28 °C con

agitación constante y luego de inocular la levadura se prendió la bomba de aire

por un tiempo de 2 horas a más de la agitación, para favorecer el crecimiento de

las levaduras.

Grafico # 4 .- “ Fermentación del pepino dulce ( pH – Tiempo ) ”

Fermentación del pepino dulce

0

1

2

3

4

5

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34

Horas

pH pH


95

Interpretación:

• El gráfico resulta muy descriptivo indicando que las levaduras se nutren del

azúcar y transforman alcohol como producto de la fermentación; por dicho

fenómeno el pH obviamente se acidifica manteniéndose estable al final de la

fermentación.

• Contrario a las lecturas de grados brix, el pH se lo monitoreo cada 2 horas.

• La lectura final de pH tomada en el laboratorio de la universidad con la ayuda

del potenciómetro fue de 4.14.

Grado Alcohólico :

Es importante mencionar que se destiló el mosto fermentado obtenido siendo este

valido como práctica para otro tema de tesis ( destilación ).

La destilación resultó exitosa obteniéndose gran cantidad de alcohol puro destilado

cuya lectura en un litro de destilado fue de una densidad de 0.96 correspondiendo a

34.47 °GL.

96

5.1.2.- Práctica # 2 (Fermentación Alcohólica - Acética)


Vino y vinagre de Frutilla

Primera parte de la práctica :

Vino de Frutilla

TABLA # 7 .- “Características de la frutilla”

Fruta : Frutilla

° Brix fruta : ( Prom. 10 ) 12 ° Brix ° Brix Pulpa : 9,5 ° Brix


5.1.2.2.- Descripción de la fruta :

33Frutilla, nombre común de una hierba vivaz de porte bajo de un género de la

familia de las rosáceas y del fruto comestible que produce. La frutilla es nativa de las

regiones templadas de todo el mundo y se cultiva en grandes cantidades, tanto con

fines comerciales como por parte de horticultores aficionados. Las flores blancas se

organizan en cimas y tienen cáliz de cinco piezas hendidas, cinco pétalos

redondeados, numerosos estambres y pistilos. El fruto es el resultado de la

agregación de muchos carpelos secos diminutos sobre un receptáculo pulposo

hipertrofiado de color rojo escarlata. Contiene gran cantidad de ácidos orgánicos y

vitamina C, sustancias minerales y azúcares por lo que es muy apreciado por su

sabor y sus aplicaciones en medicina.

33"Frutilla," Enciclopedia Microsoft® Encarta® 2000. © 1993-1999 Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos.

97

Todas las frutillas cultivadas se obtuvieron a partir de cuatro especies principales. La

primera de ellas, la frutilla silvestre o de bosque, es una especie nemoral frágil nativa

de las montañas de América y las Antillas. La frutilla escarlata o fresa de Virginia es

nativa del este de América del Norte y se introdujo en Europa durante el siglo XVII.

La frutilla de playa o fresa de Chile procede de las regiones montañosas del

hemisferio occidental. La última especie se parece a la frutilla silvestre, común en

Europa central, dio origen por hibridación a las variedades europeas de frutos más

gruesos llamados fresones.

En zonas frías, las frutillas suelen plantarse al principio de la primavera, y a

mediados de verano o más tarde en los lugares más calurosos. Las plantas forman el

fruto en la primavera del año siguiente. Hay variedades que producen en otoño una

segunda cosecha de frutos más pequeños. Casi todos los fresales se multiplican a

partir de los estolones que se forman unos dos meses después de la estación de

plantación.

Clasificación científica: las frutillas forman el género Fragaria, de la familia de las

Rosáceas (Rosaceae.) La fresa silvestre es la especie Fragaria vesca; la fresa

escarlata o de Virginia, Fragaria virginiana; la de Chile, Fragaria chilensis; y la

especie común en Europa, también conocida como fresa de Alemania, Fragaria

moschata.

98


• Obtener vino a partir de pulpa de frutilla

Se obtienen 12 l de pulpa de frutilla a un ° Brix inicial de 9.5; pero se desea partir la

fermentación a 22° Brix; por ende se debe agregar azúcar; el reajuste a realizar será

el siguiente :

TABLA # 8 .- “Datos previos al ajuste de azúcar en la frutilla”


° Brix Pulpa : 9.5 ° Brix

° Brix Deseados : 22 ° Brix


12 kg. x 0.095 x X = 12 kg. x 0.22

1.14 x X = 2.64

2.64

X = ----------- = 2.3157 kg de Azúcar

1.14

99

Grafico # 5 .- “Gráfico previo al proceso fermentativo alcohólico de la frutilla”

12 l de jugo + 2.3157 kg de azúcar ( ° Brix inicial : 22 ° B )

° Brix Inicial : 22

pH Inicial : 3.5




DESPULPADO


ENFRIAMIENTO 28 °C


INOCULACION

LEVADURA 4 %


100


TABLA # 9 : “ Resultados del día # 1: Miércoles 30 de Julio ”

Horas 13:40 Inóculo ° Brix ph 2 15:40 - 21 3.5 4 17:40 - 21 3.5 6 19:40 - 21 3.5 8 21:40 - 21 3.5

10 23 :40 - 21 3.5 Fuente : Investigación propia. Elaborado por : Echeverría D. – Ríos D

TABLA # 10 : “ Resultados del día # 2 : Jueves 31 de Julio ”

Horas Inóculo ° Brix ph 12 01:40 - 20 3.5 14 03:40 - 20 3.5 16 05:40 - 20 3.5 18 07:40 - 20 3.5 20 09:40 - 20 3.5 22 11:40 - 20 3.5 24 13:40 - 20 3.5 26 15:40 - 20 3.5 28 17:40 - 20 3.5 30 19:40 - 20 3.5 32 21:40 - 19.5 3.5 34 23 :40 - 19.5 3.5


TABLA # 11 : “ Resultados del día # 3 : Viernes 1 de Agosto ”

Horas Inóculo ° Brix ph 36 01:40 - 19 3.5 38 03:40 - 19 3.5 40 05:40 - 19 3.5 42 07:40 - 19 3.5 44 09:40 - 19 3.5 46 11:40 - 19 3.5 48 13:40 - 19 3.5 50 15:40 - 19 3.5 52 17:40 - 19 3.5 54 19:40 - 19 3.5 56 21:40 - 19 3.5 58 23 :40 - 18.5 3.5


101

TABLA # 12 : “ Resultados del día # 4 : Sábado 2 de Agosto ”

Horas Inóculo ° Brix ph 60 01:40 - 18.5 3.5 62 03:40 - 18.5 3.5 64 05:40 - 18 3.5 66 07:40 - 18 3.5 68 09:40 - 18 3.5 70 11:40 - 18 3.5 72 13:40 - 18 3.5 74 15:40 - 18 3.5 76 17:40 - 18 3.5 78 19:40 - 17.5 3.5 80 21:40 - 17 3.5 82 23 :40 - 17 3.5


TABLA # 13 : “ Resultados del día # 5 : Domingo 3 de Agosto ”

Horas Inóculo ° Brix ph 84 01:40 - 16 3.5 86 03:40 - 15.5 3.5 88 05:40 - 15 3.5 90 07:40 - 14.5 3.5 92 09:40 - 14 3.5 94 11:40 - 14 3.5 96 13:40 - 13 3.5 98 15:40 - 13 3.5

100 17:40 - 13 3.5 102 19:40 - 13 3.5 104 21:40 - 13 3.5 106 23 :40 - 13 3.5


TABLA # 14 : “ Resultados del día # 6 : Lunes 4 de Agosto ”

Horas Inóculo ° Brix ph 108 01:40 - 13 3.5 110 03:40 - 12.5 3.5 112 05:40 - 12.3 3.5 114 07:40 - 12 3.5 116 09:40 - 12 3.5 118 11:40 - 12 3.5 120 13:40 - 12 3.5 122 15:40 - 12 3.5 124 17:40 - 11.5 3.5 126 19:40 - 11.5 3.5 128 21:40 - 11 3.5 130 23 :40 - 11 3.5


102

TABLA # 15 : “ Resultados del día # 7 : Martes 5 de Agosto ”

Horas Inóculo ° Brix ph 132 01:40 - 11 3.5 134 03:40 - 11 3.5 136 05:40 - 10.5 3.5 138 07:40 - 10.5 3.5 140 09:40 - 10 3.5 142 11:40 - 10 3.5 144 13:40 - 10 3.5 146 15:40 - 9.5 3.5 148 17:40 - 9.5 3.5 150 19:40 - 9.5 3.5 152 21:40 9.5 3.5 154 23:40 9.5 3.5

5.1.2.6.- Gráficos e Interpretaciones :

Gráfico # 6 .- Fermentación de frutilla ( ° Brix – Tiempo )

Fermentación de frutilla

0369

1215182124

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

Horas

° B

rix

° Brix


103

Interpretación:





• Las lecturas que corresponden desde la hora 146 hasta la 154, indican que la

lectura del grado brix es estable, indicativo que la fermentación alcohólica ha

cesado.

• La fermentación ha durado un total de 154 horas; el gráfico está elaborado

tomado como mínimo escala de 10 horas. Para obtener los resultados esperados

se estabilizó el tanque en todo ese tiempo en 28 °C con agitación constante y

luego de inocular la levadura se prendió la bomba de aire por un tiempo de 2

horas a más de la agitación para favorecer el crecimiento de las levaduras.

104

Gráfico # 7 .- “ Fermentación de frutilla ( pH – Tiempo ) ”

Fermentación de frutilla

0

1

2

3

4

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

pH

Hor

as

pH


Interpretación:

• El gráfico resulta muy descriptivo indicándonos que las levaduras se nutren del



fermentación.

• Contrario a las lecturas de grados brix, el pH se lo monitoreo cada 2 horas.

• La lectura final de pH tomada en el laboratorio de la universidad con la ayuda

del potenciómetro fue de 3.51.

105

5.1.2.7.- Segunda parte de la práctica :

Vinagre de Frutilla

TABLA # 16 : “ Resultados del mosto fermentado de frutilla ”

Fruta : Frutilla ° Brix mosto obtenido 9 ° Brix


5.1.2.8.- Objetivo : • Obtener vinagre a partir del mosto de frutilla obtenido de la fermentación

alcohólica

Grafico # 8 .- “Gráfico previo al proceso fermentativo acético de la frutilla”

6 l de mosto fermentado y filtrado ( ° Brix inicial : 9 ° B )



FILTRACION DEL MOSTO

CALENTAMIENTO DEL MOSTO 30 °C ADICION DE VINAGRE AL MOSTO 15 % INOCULACION DE BACTERIAS ACETICAS 360 ml


• ° Brix Inicial : 9 • pH Inicial : 3.5 • T ° Inicial : 15 ° C

106


TABLA # 17 : “ Procedimiento del día # 1 : Miércoles 6 de Agosto”

Horas de proceso Hora Procedimiento 0 12 : 30 Inóculo + mosto ( M # 1 )

Elaborado por : Echeverría D. – Ríos D.

TABLA # 18 : “ Procedimiento del día # 2 : Jueves 7 de Agosto”

Horas de proceso Hora Procedimiento 12 00 : 30 Muestra # 2 24 12 :30 Muestra # 3


TABLA # 19 : “ Procedimiento del día # 3 : Viernes 8 de Agosto ”



TABLA # 20 : “ Procedimiento del día # 4 : Sábado 9 de Agosto ”


Elaborado por : Echeverría D. – Ríos D. Tabla de Resultados :

TABLA # 21 .- “RESULTADOS ANALIZADOS EN LABORATORIO”

Muestra Horas Alcohol ( mg/100g ) Acido Acético ( % )

1 0 0.13 0.789 2 12 0.10 0.7847 3 24 0.09 0.7847 4 36 0.09 0.8008 5 48 0.09 0.7965 6 60 0.07 0.8065 7 72 0.04 0.8148

Fuente : Labolab. Informe de Resultados. Dr. Oscar Luzuriaga Elaborado por : Echeverría D. – Ríos D.

107

5.1.2.11.- Gráficos e Interpretación

Gráfico # 9 .- “Fermentación acética ( mg / 100 g Alcohol – Tiempo )”

Fermentación Acética de la Frutilla

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0 20 40 60 80

Horas

Alc

ohol

( m

g/10

0g )

Alcohol ( mg/100g )

Fuente : Labolab. Informe de Resultados. Dr. Oscar Luzuriaga Elaborado por : Echeverría D. – Ríos D

Interpretación:

• El gráfico resulta muy descriptivo indicándonos que el contenido de alcohol

expresado en mg/100 g decrece conforme aumenta el número de horas en la

fermentación acética, esto quiere decir que el proceso de acetificación en el

medio aeróbico es efectivo oxidando el alcohol presente en el vino de frutilla a

ácido acético.

108

Gráfico # 10 .- “ Fermentación acética ( % Ac. Acético – Tiempo ) ”

Fermentación Acética de la Frutilla

0.780.7850.790.7950.8

0.8050.810.8150.82

0 20 40 60 80Horas

% A

. Acé

tico

Acido Acético ( % )

Fuente : Labolab. Informe de Resultados. Dr. Oscar Luzuriaga Elaborado por : Echeverría D. – Ríos D

Interpretación:

• El gráfico resulta muy descriptivo indicándonos que el contenido de ácido acético

expresado en % se incrementa conforme aumenta el número de horas en la

fermentación acética, esto quiere decir que el proceso de acetificación en el

medio aeróbico es efectivo oxidando el alcohol presente en el vino de frutilla a

ácido acético.

.

109

5.1.3.- Práctica # 3 (Fermentación Alcohólica)


Vino de Banano

TABLA # 22 .- “Características del banano”

Fruta : Banano

° Brix fruta : ( Prom. 10 ) 23 ° Brix ° Brix Pulpa : 13.9 ° Brix


5.1.3.2.- Descripción de la fruta:

Banano, nombre común de las especies de un género tropical de plantas herbáceas

de porte arbóreo que producen un fruto llamado banana o plátano. Las especies de

este género son originarias del Sureste asiático, pero ahora se cultivan mucho en

todos los países tropicales por sus frutos, fibras y hojas. El banano es una planta

herbácea de gran tamaño, provista de una raíz perenne, o rizoma, a partir de la cual

se perpetúa por medio de brotes. En el trópico, el tallo es anual: muere cuando

madura el fruto y brota de nuevo a partir de las yemas del rizoma. Estos tallos o

yemas son el medio normal de propagación y creación de nuevas plantaciones; el

desarrollo es tan rápido que el fruto suele estar maduro diez meses después de la

plantación de los brotes. El tallo adulto mide entre 3 y 12 m de altura y está

rematado por una copa de grandes hojas ovales de hasta 3 m de longitud

caracterizadas por un peciolo y un nervio central fuertes y carnosos. Las flores se

disponen en espiral a lo largo de grandes espigas que brotan del centro de la copa

foliar; las femeninas ocupan la base de la espiga y las masculinas el ápice.

110

La longitud del fruto oscila entre 10 y 30 cm; un racimo pesa 11 kg por término

medio, pero no es raro que algunos superen los 18 kg. Cada tallo fructifica una vez,

muere y da lugar a varios brotes, de los que fructifican dos o tres.

El fruto de la especie llamada plátano maduro que se emplea para cocinar, es mayor,

más basto y menos dulce que el de las variedades que suelen consumirse en crudo.

La parte comestible del plátano contiene por término medio un 75% de agua, un

21% de hidratos de carbono y un 1% de grasas, proteínas, fibra y cenizas. Las hojas

y tallos tienen abundantes fibras que se usan en la fabricación de papel y cuerdas.

De una de las especies de este género se extrae el cáñamo de Manila.

Clasificación científica: el banano pertenece al género Musa, de la familia de las

Musáceas (Musaceae). Los plátanos maduros, también llamados macho, son de la

especie Musa paradisiaca. El cáñamo de Manila se extrae de Musa textilis.34

34"Banano," Enciclopedia Microsoft® Encarta® 2000. © 1993-1999 Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos.

111


• Obtener vino a partir de banano.

Se obtienen 14 l de pulpa de banano a un ° Brix inicial de 13.9 ; pero se desea partir

la fermentación a 19.9° Brix; por ende se debe agregar azúcar; el reajuste a realizar

será el siguiente :

TABLA # 23 .- “Datos previos al ajuste de azúcar en el banano”


° Brix Pulpa : 13.9 ° Brix

° Brix Deseados : 19.9 ° Brix


14 kg. x 0.139 x X = 12 kg. x 0.199

1.946 x X = 2.388

2.388

X = ----------- = 1.22 kg de Azúcar

1.946

112

Grafico # 11 .- “Gráfico previo al proceso fermentativo alcohólico del banano”

14 l de jugo + 1.22 kg de azúcar ( ° Brix inicial : 19.9 ° B )

° Brix Inicial : 19.9

pH Inicial : 5.2




DESPULPADO


ENFRIAMIENTO 28 °C


INOCULACION

LEVADURA 4 %


113


TABLA # 24 : “ Resultados del día # 1 : Domingo 10 de Agosto ”

Horas 19:00 Inóculo ° Brix pH 1 20:00 - 16.8 4.5 3 23:00 - 16.7 4.5


TABLA # 25 : “ Resultados del día # 2 : Lunes 11 de Agosto”

Horas Inóculo ° Brix pH 6 02:00 - 16.5 4.4 9 05:00 - 15 4.4

12 08:00 - 14 4.4 15 11:00 - 13.2 4.4 18 14:00 - 12 4.2 21 17:00 - 11,2 4.2 24 20:00 - 9.8 4.2 27 23:00 - 8 4.1


TABLA # 26 : “ Resultados del día # 3 : Martes 12 de Agosto ”

Horas Inóculo ° Brix pH 30 02:00 - 8 4.1 33 05:00 - 8 4.1 36 08:00 - 7.5 4.1 39 11:00 - 7.3 4.1 42 14:00 - 7 4.1 45 17:00 - 7 4.1 48 20:00 - 6.9 4.1 51 23:00 - 6.9 4.1


TABLA # 27 : “ Resultados del día # 4 : Miércoles 12 de Agosto ”

Horas Inóculo ° Brix pH 54 02:00 - 6.8 4.1 57 05:00 - 6.8 4.1 60 08:00 - 6.5 4 63 11:00 - 6.0 4 66 14:00 - 5.2 4 69 17:00 - 4.8 4 72 20:00 - 4.8 3.9 75 23:00 - 4.5 3.9


114

TABLA # 28 : “ Resultados del día # 5 : Jueves 13 de Agosto ”

Horas Inóculo ° Brix pH

78 02:00 - 4.5 3.9 81 05:00 - 4.5 3.9


5.1.3.6.- Gráficos e Interpretación:

Gráfico # 12.- “Fermentación del banano ( ° Brix – Tiempo ) ”

Fermentación del Banano

0

3

6

9

12

15

18

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Horas

° Br

ix

° Brix


Interpretación:





115

• Las lecturas que corresponden desde la hora 72 hasta la 81, indican que la lectura

del grado brix es estable, indicativo que la fermentación alcohólica ha cesado.

• La fermentación ha durado un total de 81 horas; el gráfico está elaborado tomado

como mínimo escala de 10 horas. Para obtener los resultados esperados se

estabilizó el tanque en todo ese tiempo en 28 °C con agitación constante y luego

de inocular la levadura se prendió la bomba de aire por un tiempo de 2 horas a

más de la agitación para favorecer el crecimiento de las levaduras.

Gráfico # 13.- “ Fermentación del banano ( pH – Tiempo ) ”

Fermentación del Banano

0

1

2

3

4

5

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Horas

pH pH


116

Interpretación:

• El gráfico resulta muy descriptivo indicándonos que las levaduras se nutren del



fermentación.

• La lectura final de pH tomada con un potenciómetro particular fue de 3.91.

117

CAPITULO VI

CONCLUSIONES Y

RECOMENDACIONES

118

CAPITULO VI

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

6.1.- CONCLUSIONES

• Luego de realizar todas las investigaciones, referentes a los fenómenos de las

fermentaciones alcohólica y acética como de sus necesidades y requerimientos,

se procedió a investigar la construcción del equipo que pueda satisfacer dichos

requerimientos.

Finalmente se logró construir el equipo final, el cual previo a investigaciones y

fundamentos aplicados logró cumplir con el objetivo general planteado; es decir

con este equipo se consiguió realizar todas las etapas de la fermentación

alcohólica – acética de una forma eficiente y sobre todo didáctica.

• Aplicando las técnicas recomendadas para la construcción de biofermentadores,

tales como: principios, relaciones, materiales, etc, se logró construir el equipo

con una total seguridad tanto en el funcionamiento, como en alcanzar los

resultados propuestos.

119

• En la fase experimental del funcionamiento del fermentador, se llegaron aplicar

correctamente las condiciones adecuadas para obtener productos finales como

vino y vinagre.

• Una vez realizada la fase experimental, se realizó finalmente en forma detallada

todo el conjunto de aspectos que implican el correcto funcionamiento del equipo,

tales como manual de mantenimiento, manual de uso de equipo para cada etapa y

recomendaciones de uso del mismo.

• Durante la fase de construcción del equipo, y previo a la determinación de sus

características y propiedades, se procedió a conseguir los materiales y accesorios

mas adecuados, los mismos que ofrezcan seguridad tanto en su funcionamiento

como en lo alimentario y que guarde una relación económicamente razonable con

la inversión.

• En la fase experimental, se llegaron a aplicar las condiciones para cada

fermentación (alcohólica y acética).

• Con la construcción y puesta en marcha del prototipo, se pudieron realizar todas

las etapas de la cadena fermentativa (alcohólica y acética), el mismo que por la

naturaleza de su diseño aislado y hermético, evita la manipulación y contacto

con agentes contaminantes.

120

• Al final de cada práctica en la fase experimental, se llegaron a obtener productos

de calidad, pegándose a las características de este tipo de productos que refiere la

teoría.

• El manejo del fermentador, en cuanto a parámetros se refiere, cambiará

dependiendo del sustrato con el que se trabaje; es decir los rangos de trabajo para

la fermentación serán los mismos; lo que cambiará será el manejo de los rangos

de temperatura con el pirómetro ya que la transferencia de calor cambiará según

el grado de viscosidad del producto a fermentar.

• Es importante mencionar que mediante los sentidos se pueden percibir los

cambios que se producen en la fermentación alcohólica, tales como :

• Apreciación de un burbujeo en el líquido de fermentación, similar al agua

hirviendo y que no es mas que el escape del CO2.

• Aumento de temperatura en el seno del líquido, debido a la energía que se libera

producto de la reacción exotérmica provocada por la fermentación.

• Disminución de la densidad del líquido que se aproxima a la del agua en la

medida que se produce la fermentación.

• Disminución del grado brix y aumento del grado alcohólico en el medio.

121

• El monitoreo en la fermentación debe ser constante.

• En la fermentación acética el contenido de alcohol expresado en mg/100 g

decrece conforme aumenta el número de horas en la fermentación, esto quiere

decir que el proceso de acetificación en el medio aeróbico es efectivo oxidando el

alcohol presente en el vino de frutilla a ácido acético.

• En la fermentación acética el contenido de ácido acético expresado en % se

incrementa conforme aumenta el número de horas en la fermentación, esto quiere

decir que el proceso de acetificación en el medio aeróbico es efectivo oxidando el

alcohol presente en el vino de frutilla a ácido acético.

122

6.2.- RECOMENDACIONES

• Antes de utilizar el equipo, se recomienda leer todo lo referente al manual de

mantenimiento general del equipo, manual de operación en proceso y

recomendaciones generales del uso de equipo.

• De igual manera, es muy importante tener un sustento teórico de los fenómenos

de las fermentaciones alcohólica y acética, para así realizar una correcta fase

experimental llevada de la mano con un correcto conocimiento teórico.

• Se recomienda ser cuidadosos durante el uso y almacenaje del equipo, para

evitar daños en la integridad tanto física, eléctrica y mecánica.

• Operar correctamente, aplicando las buenas prácticas de manufactura (BPM) en

cada proceso.

• Se recomienda implementar equipos auxiliares o de asistencia en los laboratorios

o planta de alimentos en la universidad, tales como: Refractómetros, balanzas,

potenciómetros, medidor de ppm, alcoholímetros, cubas y recipientes, tamices y

equipos de filtración, agua filtrada, reactivos, etc.

123

• Se recomienda estabilizar el proceso fermentativo a una temperatura constante;

sea entre 24 y 32° C para la fermentación alcohólica y de 27 y 30 ° C para la

fermentación acética, recomendando estandarizar y tratar de mantener la

temperatura lo mas estable posible ( 28 °C en fermentación alcohólica y 30° C en

fermentación acética) para mayor efectividad y rapidez en el proceso.

• Se recomienda monitorear la fermentación alcohólica cada hora tomando lecturas

de los °Brix con la ayuda de un refractómetro o brixómetro.

• Se recomienda la lectura del pH cada 2 horas en la fermentación alcohólica, y

para obtener datos reales se recomienda el uso de un phmetro o potenciómetro,

sin embargo se puede tomar las lecturas con bandas de pH aunque proporcionen

un dato muy aproximado mas no exacto.

• Si se va a fermentar una fruta cuya pulpa resulte espesa y espumante, se

recomienda el uso de antiespumante en el proceso, tales como : aceites minerales

que rompen la tensión superficial evitando la formación de espuma.

• Al trabajar con pulpa espumante se recomienda limpiar constantemente los

excesos de espuma que pueden salir por la boca superior del fermentador; así

mismo se recomienda no olvidar cerrar la válvula de entrada de aire para evitar

que la espuma ingrese por la manguera obstruyendo el paso de aire e incluso

dañar al filtro.

124

• Se recomienda utilizar mostos filtrados y lo menos densos posibles para que el

proceso fermentativo sea mas veloz, así como la transferencia de calor sea mas

efectiva.

• Se recomienda realizar prácticas concatenadas con los equipos donados a la

universidad, así por ejemplo: una práctica destinada a la fermentación alcohólica

seguida de una práctica destinada a la destilación (tema de otra tesis).

125

CAPITULO VII

BIBLIOGRAFIA

126

CAPITULO VII

BIBLIOGRAFIA

• BROCK/ MADIGAN, “Microbiología”, sexta edición.. Prentice Hall Hispanoamericana México. 1991.

• VILLE, Claude, “Biología General”, Ed. Arausa, España, 1985. • RODHES, D/ FLETCHER, L, “Principios de microbiología Industrial”,

Editorial Acribia. Zaragoza – España.

• VALDEZ, Imeldo, “Guías de Tecnología de Bebidas y Licores”, Editorial

Ejército Rebelde. La Habana - Cuba 1978 Tomo I.

• DESROSIER, Norman, “Métodos de Conservación de alimentos”, Editorial

Continental, México, 1976.

• KIMBALL, John, “Biología” , Ed. Addison - Wesley Iberoamericana USA,

1986.

• Enciclopedia Microsoft® Encarta® 2000. © 1993-1999 Microsoft Corporation.

Reservados todos los derechos.

127

• http://nostoc.usal.es/sefin/MI/tema12MI.html

• http://www.monografias.com/trabajos10/anvi/anvi.shtml • http://www.infoagro.com/hortalizas/pepino_dulce.asp

• http://www.arrakis.es/~rfluengo/fermentacion.html • http://www.verema.com/opinamos/tribuna/articulos/levaduras02.htm • http://www.verema.com/opinamos/tribuna/articulos/levaduras03.htm • http://www.aulafacil.org/Vino/Lecc-8.htm • http://alfinal.com/monografias/vinoelaboracion.shtml • http://www.camsco.com.tw/pro12.htm • http://www.siemens.com.ar/sieenergia/transm_energia/pdf_energia/media/3tl8.pd

f. • http://www2.cbm.uam.es/jlsanz/Docencia/Resumenes%20G-II/II-

36%20Fermentaciones.doc

128

A

N

E

X

O

S

129

A.- FOTOGRAFIAS :

A.1.- PARTES DEL EQUIPO :

A.1.1.- Tanque interno, chaqueta, cuerpo

1 2 3

A.1.2.- Placa de filtro y bomba

1 2 3

130

A.1.3.- Motor, tapa y agitador

1 2 3

A.1.4.- Difusor, tubo de inyección de aire armado

1 2 3

A.1.5.- Válvulas de agua y de aire

1 2

131

A.1.6.- Boca del tanque, termocupla e ingreso del eje, placa de resistencia

1 2 3

A.1.7.- Construcción del tablero, conexión eléctrica general, contactor –

pirómetro, resistencias, bomba, swiches de control

1 2

3 4

132

5 6

7 8 9

10 11

133

A.2.- EQUIPO COMPLETO Y EN FUNCIONAMIENTO, PRACTICAS

1

2 3 4

134

5 6

7 8

9 10

135

11 12

13 14

banano concl7

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