sacarificacion terminado (1)

Microbiología de los productos agroindustriales

SACARAFICACION

Todos aquellos sustratos que aportan sacarosa son agentes sacarificantes.

Los almidones, hemicelulosas y celulosas se deben hidrolizar y convertir en azúcares fermentescibles

mediante agentes químicos o enzimáticos antes de poderlos usar en ciertas aplicaciones industriales como la

producción de etanol.

Entre los sustratos a sacarificar están: cereales, papa, remolacha, melazas, cebada, hortalizas, residuos

agrícolas (tusas de maíz, cáscara de semillas de algodón y de arroz), residuos del lino y avena, bagazo de

caña de azúcar y madera, entre otros.

Entre los microorganismos utilizados están hongos de los géneros: Aspergillus, Mucor, Penicilluim,

levaduras como Saccharomyces y bacterias.

I. AGENTES SACARIFICANTES

Todos aquellos sustratos que aportan sacarosa son agentes sacarificantes. Los almidones, hemicelulosas y

celulosas, se deben hidrolizar y convertir en azúcares fermentescibles, mediante agentes químicos o

enzimáticos, antes de poderlos usar en ciertas aplicaciones industriales como la producción de etanol. Una

gran variedad de métodos se pueden usar para convertir carbohidratos complejos en materiales relativamente

simples. Los almidones naturales, que son polímeros de la glucosa, están compuestos por dos fracciones: la

fracción amilosa, polímero lineal y la fracción amilopectina que es un polímero ramificado.

Entre los sustratos a sacarificar están: cereales, papa, remolacha, melazas, cebada, hortalizas, residuos

agrícolas (tusas de maíz, cáscara de semillas de algodón y de arroz), residuos del lino y avena, bagazo de

caña de azúcar y madera, entre otros.

Entre los microorganismos utilizados están hongos de los géneros: Aspergillus, Mucor, Penicillum, levaduras

como Saccharomyces y bacterias.

I.1. ALMIDÓN COMO SUSTRATO

El almidón es un polisacárido de almacenamiento de los cereales, que consta de varios polímeros, incluyendo

el contenido de amilosa y amilopectina

El almidón es un polisacárido de reserva de los vegetales que está distribuido tanto en las raíces, tallos y

hojas, se encuentran más abundantemente en las semillas de los cereales y en los tubérculos como las patatas,

camote, yuca, etc. (tabla 1). Los almidones están presentes en los tejidos vegetales en forma de gránulos

intracelulares compactos. Los gránulos de almidón suelen hincharse progresivamente y los polímeros más

cortos se disuelven cuando se calientan en agua a 60ºC aproximadamente y a temperaturas más altas los

Ing. Agroindustrial Página 1


gránulos se gelatinizan y pierden su poder de birrefringencia, se desintegra y forma una pasta según el origen

y la concentración del almidón.

Tabla 1.Composición bromatológica de productos vegetales

I.2. LAS AMILASAS

Las amilasas son enzimas que degradan el almidón y tienen numerosas aplicaciones biotecnológicas, un

ejemplo de ello es la producción de jarabes, que contienen oligosacáridos maltosa y glucosa. Degradación

enzimática del almidón por acción de la amilasa (alfa y beta, amiloglucosidasa y pupulunanasa). Estas

enzimas actúan sobre el almidón hidrolizando enlaces glucosídicos α-(1,4) y/o β-(1,6)

Tabla 2. Composición de amilosa y amilopectina en almidones naturales



DISTRIBUCIÓN Y MODO DE ACCIÓN DE LA Α-AMILASA.

Esta está distribuido ampliamente en los microorganismos (B. acidocaldarius, B, subtilis, Bacteroides

amylophilus, Clostridium acetobulicum, Lactobacillus amilophilus Micrococcus haloptus), que hidrolizan

enlaces (α-1,4) glicosídicos de la amilosa, amilopectina y glicógeno, pero no enlaces (α-1,6). La hidrólisis de

la amilosa por a-amilasa causa una conversión en glucosa maltosa, maltotriosa

DISTRIBUCIÓN Y OCURRENCIA DE LA Β-AMILASA

Esta presente ampliamente en plantas y microorganismos tales como bacterias y levaduras, ésta enzima actúa

sobre los extremos no reductores de la amilosa, amilopectina o glicógeno; hidrolizando enlaces glicosídicos

alternantes, produciendo las formas B-anoméricas de maltosa.

CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA Α-AMILASA.

Las α-amilasas son generalmente estables a pH 5.5 -8.0 en presencia de un complemento de calcio, la

actividad óptima es de pH 4.8 a 6.5. Según el pH actúa en amilasas alcalinas y ácidas; son alcalinas (8.0 -

10.5), que se usan en la fabricación de detergentes principalmente; las amilasas ácidas actúan en un rango de

pH de (3.5- 5.0) cuya existencia indica una mejora potencial en los procesos de degradación de almidón.

Según la temperatura pueden clasificarse en amilasas termoestables y termolábiles; las termoestables actúan

sin perder su actividad en un rango de 60 a 110ºC y la mayoría de ellas son de origen bacteriano; las enzimas

termolábiles actúan 20 -55ºC y son de origen fúngico principalmente. La mayoría de las enzimas purificadas

pierden actividad rápidamente encima de los 50ºC pero ésta inactivación puede ser retarda por la presencia

de calcio.

Con la presencia de calcio son completamente resistentes a los extremos de temperatura, pH, tratamiento

con urea o exposición a proteasas (pepsina, tripsina subtilisina y papanina)

La α-amilasa de Bacillus subtilis requiere por lo menos cuatro átomos-gramos de calcio por mol de

enzima

II. MÉTODOS PARA LA SACARIFICACIÓN DE MATERIALES AMILÁCEOS

Los métodos para sacarificar materiales amiláceos implica el uso de preparaciones enzimáticas, ácidos

diluidos, o una combinación de ambos. Entre las preparaciones enzimáticas que se pueden emplear se

incluye:



1. malta, de origen cereal, y

2. Otras de origen microbiológicos, productos derivados de mohos. Mohos usados: de 27 razas de

mohos de los géneros Aspergillus, Mucor, Penicillium, y Rhizopus. Los mejores en la sacarificación

de masas de maíz en rendimientos de etanol fueron: A. oryzae, R. delemar, R. oryzae.

BACTERIAS SACAROLÍTICAS

Son bacterias que hidrolizan los disacáridos o polisacáridos a carbohidratos más sencillos. Un número

limitado de bacterias amilolíticas, es decir elaboran amilasa que determina la hidrólisis extracelular del

almidón, entre ella se encuentran Bacillus subtilis y Clostridium butyricum. Unos pocos microorganismos

son capaces de hidrolizar la celulosa. Ciertas especies de Clostridium se clasifican como proteolíticas que

pueden o no atacar a los azúcares o como sacarolíticas que atacan a los carbohidratos pero no a las proteínas.

Clostridium lentoputrescens es proteolítico, pero ordinariamente no ataca a los carbohidratos; en cambio

Clostridium butyricum fermenta los azúcares y no es proteolítico.

SACARIFICACIÓN Y FERMENTACIÓN SIMULTÁNEAS

En la actualidad el proceso de sacarificación y fermentación se realiza simultáneamente y se conoce como

SSF, el proceso en donde se realizaban las etapas anteriores de manera independiente se llama SHF y tiene

las siguientes condiciones de operación: : licuefacción (T 83°C, pH 5.5, dosis de enzima 0.5 ml/l Liquozyme

(a amilasa), agitación 400 rpm); sacarificación (T 60° C, pH 4.5, dosis de enzima 1.5 ml/l Spirizyme fuel

[glucoamilasa], agitación 400 rpm); fermentación alcohólica (T 30° C, pH 4.5, inoculo de saccharomyces

cerevisiae 8 g/l en peso seco, agitación 400 rpm).

Según Castaño Hader y Mejía Carlos el proceso de SSF se debe realizar bajo las siguientes condiciones de

operación: la etapa previa de licuefacción se realiza en las mismas condiciones de operación descritas

previamente para el proceso de SHF; temperatura 30 °C, pH 4.5, concentración de azúcares reductores según

diseño de experimentos, dosis de enzima Spirizyme fuel según diseño de experimentos, inoculó 8.0 g/l peso

seco de levadura Saccharomyces cerevisiae (0.8% p/v) y agitación 400 rpm.

1. .-USOS

En la industria de la cerveza como materia prima principal; como agente sacarificante, en la

fabricación del alcohol industrial y de licores destilados a partir de cereales como el trigo, maíz y

centeno.

En la fabricación de leches malteadas, confitería, harinas malteadas y como alimento.



El salvado enmohecido, se obtiene por crecimiento de Aspergillus oryzae sobre salvado esterilizado

y húmedo. Underkofler, Fulmer y Schoene (1939) demostraron con métodos de laboratorio que se

pueden obtener mayores rendimientos de etanol, utilizando salvado enmohecido en vez de malta de

cerveza.

2.-PRODUCCIÓN:

Método de tambor:

Cultivo de esporas se preparan en frascos con el fin de servir para la inoculación del salvado esterilizado y

húmedo en los tambores.

Método de marmita :

Es mejor en los aspectos: menor espacio, menos complicado, el micelio del moho no es perturbado durante el

crecimiento, aireación uniforme, el moho crece más rápido y el salvado en mohecido es consistente, se

obtiene mayor rendimiento de etanol.

Método en bandeja:

El salvado con agua se extiende en bandejas de aluminio y se esteriliza a vapor con presión, se enfría e

inocula con A. oryzae y se incuba. Se destruyen las esporas adicionando alcohol al 95% y se elimina el

extracto alcohólico con una prensa hidráulica.

Producción de amilasas de mohos por cultivo sumergido:

Se fabrican con el fin de usarlos como sucedáneos de la malta o suplemento en la conversión de granos. La

producción implica el crecimiento de una raza de moho con la capacidad amilasica, en un medio adecuado y

en condiciones reguladas de temperatura, pH, y aireación.

2.1. OBTENCION DE BIOETANOL:

Tratamiento de la materia prima:

El proceso permite el tratamiento de una gran variedad de cosechas agrícolas, algunas de las más

importantes: trigo, cebada, maíz, patatas, mandioca, azucares, y productos provenientes de mezclas húmedas

orgánicas industriales.

Licuefacción y Sacarificación:

En la etapa de licuefacción actúan enzimas bajo unas determinadas condiciones de temperatura, presión y

pH. Estos parámetros se optimizan en función de la materia primera aportada.

En la etapa de sacarificación el sustrato de la licuefacción es transformado en parte en glucosa,

posteriormente el sustrato generado en la sacarificación es conducido a la fermentación.

Los rendimientos del sistema son altos y ofrecen un consumo óptimo de energía.

Fermentación:



En el estadio de fermentación la glucosa es transformada en alcohol.

2.2. OBTENCION DEL ALCOHOL:

Almacén de materias primas

La materia prima será transportada hasta la planta por medio de camiones y de remolques agrícolas.

Molienda

El proceso de molienda es el de molienda seca; está caracterizada por la división brusca del cereal,

seguida de un calentamiento y licuefacción en agua caliente.

Conversión Y Sacarificación Del Almidón

Harina se mezcla con el agua de proceso, vapor condensado en el proceso de evaporación, se calienta a

75 ºC y se corrige el pH añadiendo enzimas hidrolizantes (amilasa) que rompen los enlaces de almidón.

dos horas se pasa a la fase de sacarificación disminuyendo la temperatura a 60 ºC e incorporando una

enzima (amiloglucosidasa).

Se corrige de nuevo el pH mediante la adición del H2SO4. Transcurridas Ocho horas el mosto obtenido

se enfría a 30-35 ºC y se procede a su fermentación. El proceso se efectúa en tanques de acero

inoxidable, con agitadores y calorifugados

Fermentación

El mosto enfriado proveniente de la sacarificación, se introduce en tanques para su fermentación

mediante la adición de levaduras específicas. Primero vamos a llevar el mosto a un prefermentador en el

que permanecerá unos 17 minutos. Es necesario añadir al mosto inoculado elementos nutrientes

(proteínas) para favorecer el crecimiento de las levaduras así como airearlos, y la temperatura debe ser

mantenida por debajo de los 32ºC por lo que los tanques deberán ir provistos de equipos refrigerantes

exteriores.

2.3. SACARIFICACION DE LA MADERA:

La conversión de materiales celulósicos en azúcar parece a primera vista constituir una simple

disociación hidrolítica de los enlaces de los glucósidos. Según esto debería esperarse una reacción

simple, con reducido gasto para la fábrica que a ello se dedique.

En la realidad, sin embargo, la celulosa es un polisacárido único entre todos los conocidos y posee una

extremada resistencia a la hidrólisis. Los enlaces de los glucósidos se disocian fácilmente, pero la

estructura cristalina de la celulosa da por resultado una baja accesibilidad para el ácido diluido que de

ordinario se emplea como catalizador.

En consecuencia, la temperatura y concentración del ácido necesarias para conseguir la reacción en un

tiempo razonable ocasiona una grave descomposición de los azúcares resultantes.



PREPARACIÓN DE LA MALTA

La producción de malta de cereales, en especial cebada, es el primer paso en la elaboración de cerveza. Es

posible producir malta de otros granos pero, por varias razones, la cebada ha probado ser el cereal más

adecuado para la elaboración de malta cervecera. Sus requerimientos son muy específicos y debe cumplir

con especificaciones de color, nivel de proteínas, nivel de enzimas, variedad de cebada utilizada, por

nombrar algunas de ellas.

No cualquier cebada puede ser utilizada para hacer malta cervecera. La calidad de la cebada que llega a la

planta, los tiempos de remojo, germinación, secado y tostado, temperaturas, humedad, entre otros, son

algunos de los muchos parámetros que son controlados de principio a fin durante la producción de cada tipo

de malta. Brown Ales, Ales Oscuras, Ales Irlandesas, Escocesas, Porters, Stouts, Cervezas de Trigo, Lagers

de Viena, Märzen, Oktoberfest, Pilsen, Bocks, cualquiera sea la variedad de cerveza que se desee producir,

todas necesitan de maltas especiales. Éstas imparten cuerpo, palatabilidad, estabilidad de espuma, entre otras

cualidades. Sabores a nueces tostadas, almendras, toffee, café, frutas secas, etc.

Los granos de cebada, no contienen azúcares fermentables. Por lo tanto el almidón de los granos debe ser

SACARIFICADO antes de su fermentación por las levaduras.

LA MALTERIA

El malteado consiste en hacer germinar la cebada, (Cereal imprescindible en la elaboración de la cerveza) y

también desecarlos y tostarlos en condiciones tecnológicamente adecuadas.

El malteado corresponde a las primeras etapas de la germinación y su objetivo es la germinación controlada

del grano de cebada mediante la cual se producen enzimas –amilasas, β-glucanasas y proteasas- que sirven

para hidrolizar materiales de reserva del grano. Los granos de cebada, no contienen azúcares fermentables.

Por lo tanto el almidón de los granos debe ser SACARIFICADO antes de su fermentación por las levaduras.

El malteado comienza empapando la cebada en agua durante 2 días a 10-16ºC, para aumentar su contenido

en agua hasta un 45%. Después del empapado, la cebada se germina parcialmente durante 3-5 días bajo

condiciones controladas de temperatura (16-19ºC) y aireación que ayudan a la respiración del grano y evitan

que se acumule el calor.

Secar o tostar dependiendo del tipo de malta que se desee. Si queremos elaborar una cerveza negra

utilizaremos la cebada germinada y muy tostada, pero si queremos una cerveza clara similar a una cerveza

comercial (Tipo pilsen) la germinamos, secamos y no tostamos.



La malta de cebada es la cebada que ha germinado y ha sido tostada en un proceso que suele denominarse

“malteado”.

Figura1. Diferentes tipos de Malta

CONSIDERACIONES PARA LA ELECCIÓN DEL CEREAL

En principio, cualquier grano puede ser malteado. La elección, sin embargo, tiene en cuenta entre otros

factores, el poder diastásico y el valor económico de cada cereal. Entre los de mayor potencia diastásica

están en el orden: la cebada, el centeno, el trigo, la avena, el maíz y el arroz.

PODER GERMINATIVO

Se calcula por el número de semillas que germinan en un total de 100, en condiciones favorables, en un

período de tiempo, generalmente 2-5 días. La germinación no debería ser inferior al 95%, porque da lugar a

la baja actividad de la enzima de malta como granos sin germinar o también por focos de infección pueden

albergar

POTENCIAL DE GERMINACIÓN

El potencial de germinación viene con el porcentaje de semillas que germinan en 72 horas. Es directamente

proporcional a la actividad enzimática del grano y es del orden de 65% a 85%.

OTRAS CONSIDERACIONES

El agua. Debe ser potable. Se dice que para elaborar 100litros de cerveza se consume 1000 litros de agua. En

general, se puede caracterizar el agua ideal para la elaboración de la cerveza un pH entre 6.5 y 7.0


http://1.bp.blogspot.com/_DOtFCvnalXg/SKiggT-pvuI/AAAAAAAAABU/5oAfxlQEyUs/s1600-h/Dibujo4.JPG


El pH. Si es alcalino, puede disolver grandes cantidades de materiales indeseables de la corteza y la malta.

La reacción del ácido es necesaria para la máxima actividad de las enzimas amilasa y la proteasa. El

carbonato de calcio reduce la acidez

ETAPAS DEL PROCESO

Durante el acondicionamiento previo se trata de obtener un lote (batch) de cebada lo más homogéneo

posible.

Para esto:

Se almacena separada por: variedad, proteína y zona de origen, manteniendo siempre intacto su

“vigor” germinativo.

Se pre-limpia y se clasifica por tamaño del grano.

A) RECEPCIÓN, LIMPIEZA Y CLASIFICACIÓN: La cebada que cumple con los requisitos mínimos

de calidad para ser catalogada como apta para el malteo, se recepciona y se limpia en varias etapas, las cuales

consisten en eliminar todo aquello que no sea cereal. Esto incluye, por ejemplo, fragmentos de tallos, sacos,

pedazos de madera, tornillos, cables, piedras, otros granos, granos partidos, etc. Desde luego esta operación

no puede ser realizada con una sola máquina, por ello la limpieza de la cebada comprende a varias de ellas y

elementos conectados en serie. Finalizado el proceso de limpieza, la cebada se clasifica de acuerdo al tamaño

del grano, siendo los granos más grandes los utilizados en el proceso de malteado. Para este fin se utilizan

tamices de diferentes tamaños. Una vez limpia y clasificada, la cebada se almacena en silos acondicionados,

con ventilación, temperaturas y humedad adecuadas para que el grano se mantenga viable y pueda ser

utilizado en el proceso de malteo.



Figura 2. Clasificación.

B) REMOJO: En la cebada tal cual, las enzimas necesarias para el malteado tienen una actividad muy

reducida, se hallan aún inactivas e incluso algunas son inexistentes. Durante el remojo, el agua ingresa al

interior del grano y como resultado las enzimas se activan y el proceso germinativo empieza. Mientras

transcurre la germinación del grano de cebada, los procesos respiratorios aumentan, así como la necesidad de

oxígeno. Es por esto que, para iniciar el proceso lo más rápido posible, se debe proveer a la cebada con las

cantidades adecuadas de agua y oxígeno durante el remojo. Sus objetivos son:

Lavar el grano de cebada.

Hidratar en forma uniforme al embrión (organismo vivo) y al endosperma (sustancia de reserva),

para que la humedad aumente de 11-13% a 35-42% y pueda comenzar la germinación.

Como todo organismo vivo, la cebada necesita oxígeno, para la obtención de energía para su

crecimiento. Además, todo proceso de respiración conlleva a la producción de CO 2 (g), que debe ser

eliminado para que el grano no se “ahogue”. Por ello, es que se realizan las actividades de aireación

en la etapa de agua y de aspiración de CO2 (g), en la etapa de “descanso” o de aire.

Figura 2. Remojo de las semillas.

C) GERMINACIÓN: Sus objetivos son:

Formar y activar enzimas, pues el embrión necesita nutrientes para su crecimiento. Tal como éstos se

encuentran en el endosperma (insolubles y de alto peso molecular) no pueden ser utilizados, por lo

que deben ser “digeridos” para poder ser absorbidos. Para ello se utilizan las enzimas, que son

“catalizadores” de las reacciones de descomposición o de solubilización.

Producir sustancias solubles, básicamente las proteínas se descomponen en aminoácidos, las

hemicelulosas (paredes de las células de almidón) en betaglucanos de bajo PM y parte del almidón

(sólo 8 a 10%) en azúcares más simples. Durante el proceso germinativo, se produce una planta de



cebada por cada grano. Para formar esta planta, el grano necesita una gran cantidad de energía y

materiales necesarios para la formación de tejidos, los cuales son formados como consecuencia de la

respiración y otros procesos metabólicos.

Al comenzar el proceso de malteado, los contenidos del endospermo (interior del grano) se

encuentran en forma estable. Estas sustancias, de elevado peso molecular, deben ser degradadas a

subproductos que estén formados de moléculas más pequeñas. Las enzimas que se forman durante la

germinación son las encargadas de realizar esto. La producción de enzimas es el propósito

primordial del malteado. Éstas son absolutamente necesarias para degradar las moléculas de elevado

peso molecular durante el proceso de elaboración de cerveza. Para minimizar pérdidas, los procesos

enzimáticos innecesarios son restringidos durante el malteado.

Figura 3. Germinación de la cebada.

D) SECADO: Primero se seca a 50-60ºC hasta reducir la humedad al 12%, luego se somete a temperaturas

de 80-110ºC hasta un 1-5% de humedad. Durante el secado, además de disminuir el contenido de agua, la

germinación y la modificación del grano se detienen y se forman componentes de aroma y color. Se

encuentran entre sus objetivos:

Interrumpir los procesos físico-químicos y biológicos, Inhibe la actividad enzimática

Producir un aroma y paladar característico de la malta.



Figura 4. Diagrama de Flujo de Maltería


sacarificacion terminado (1)

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