TECNOLOGÍAS APLICADAS EN LA TRANSFORMACIÓN DEL MAÍZ

Instituto Tecnológico Superior de PeroteIngeniería en Industrias Alimentarias

TECNOLOGÍA DE CEREALESPROF. JESÚS BARRALES HERNÁNDEZ

Integrantes del equipo:Víctor Hugo Hernández AburtoMa. Esther RodríguezBlanca Anyerid Ricardo GarcíaAndrea Ortiz Calixto

El maíz desde el principio de las eras ha sido utilizado para un sinfín de cosas como alimentación humana, alimentación de ganado y actualmente para obtener combustible y bioplásticos sustituyendo a otros materiales que contaminan en más cantidad. EL EJEMPLO DEL MAIZ DEMUESTRA EL AVANCE DE LA TECNOLOGIA Y EL APROVECHAMIENTO QUE SE HACE DE ELLA PARA CONTINUAR TRANSFORMANDO UN RECURSO NATURAL Y OBTENER MÁS BENEFICIOS DE EL.

Producción de Bio-etanol

Existen dos procesos… MOLIENDA HÚMEDA Y MOLIENDA SECA

Molienda Húmeda: Es el proceso donde la mazorca debe ser separada en todos sus componentes, en este proceso se deja fermentar solamente al almidón. La capacidad de este proceso es de centenas de millones de litros de etanol/año, mientras que las plantas que trabajan bajo el proceso de molienda seca a lo sumo disponen de una capacidad de producción anual de 230 millones de litros.

¿En qué consiste la molienda húmeda?

La molienda húmeda consiste en empapar el maíz en agua caliente en un proceso llamado empapamiento, luego se retira el agua y los núcleos ablandados pasan a los molinos y a los separadores donde se separa el germen, extrayéndose de éste el aceite de maíz. Las piezas restantes –almidón, gluten y fibras- se muelen y se pasan a través de separadores donde se retira la fibra, se separa el almidón y el gluten. Luego se lava y se seca el almidón que puede ser usado como almidón o ser convertido en dulcificantes –jarabes de maíz, maizenas, bioplásticos o etanol.

Almidones nativos y modificados El almidón se modifica químicamente para alterar sus propiedades funcionales y así ampliar su campo de aplicaciones. Estas modificaciones son: adelgazamiento ácido, oxidación, “crosslinking”, derivatización, sustitución, entre otras. Por otra parte, existen tipos de maíces mutantes tales como el waxy y el amilose extender que también modifican las propiedades funcionales del almidón y por ende su espectro de usos. Los almidones nativos y modificados se usan en la industria de…• Papel • Cartón• Textil• Farmacéutica• Alimenticia Por su disponibilidad a bajo costo y porque puede ser convertido en una variedad de productos por medios químicos y bioquímicos. El almidón puede convertirse en alcohol combustible por fermentación. Se ha propuesto usar el almidón en la producción de plásticos porque es una fuente renovable, biodegradable y más ecológica que los plásticos industriales derivados del petróleo. A partir de estos plásticos, se están desarrollando telas de secado rápido para deportistas, CD´s, computadoras, teléfonos celulares, frazadas, alfombras y envases de alimentos, entre otros.

FructosaCuantitativamente es el producto derivado del almidón de mayor importancia en nuestro país. Se produce como jarabe, a dos niveles de concentración (42 y 55%), por hidrólisis del almidón y posterior conversión enzimática. El jarabe de 55% se usa principalmente en bebidas sin alcohol y aperitivos. En las bebidas sin alcohol, brinda al embotellador ventajas logísticas, requiere menores inversiones, permite simplificaciones de proceso. El de 42% se emplea en bebidas gaseosas, alcohólicas, jugos, fabricación de panificados y galletitas, en sidras,etc. Igualmente en tortas y galletas, galletas, no sólo por su poder edulcorante sino también por sus cualidades como humectante y texturizador.

• Co-productos Del germen de maíz se extrae un aceite que es reconocido como uno de los de mejor calidad, superior a la mayoría de los obtenidos de las oleaginosas. Como residuo queda una torta, rica en proteína y otros nutrientes, que se usa en alimentación animal. El gluten meal está constituido por la fracción proteica que se separa de la lechada de almidón en la centrifugación. Se emplea principalmente en la alimentación de aves. Contiene alrededor de 60% de proteína y la mayor parte de los pigmentos carotenoides del grano original. El gluten feed se obtiene mezclando la porción fibrosa del grano, las proteínas solubilizadas en la maceración y la torta de extracción del aceite. Contiene un mínimo de 21% de proteína y se usa para alimentación de ganado.

¡ DATO CURIOSO !• Por cada 100 kg de maíz en base seca, se obtienen

67 kg de almidón, 9 kg de germen, 8 kg de gluten meal y 16 kg de gluten feed. De la industrialización del almidón se obtiene 25% de glucosa, 1% de dextrosa, 18% de fructosa al 42 y 46% de fructosa.

Molienda secaLa molienda seca es un proceso de producción para extraer el almidón contenido en el maíz ampliamente aceptado en la industria del etanol puesto que comparativamente con el proceso de molienda húmeda tiene menores requerimientos de capital tanto al momento de construir como de operar la planta.

En la actualidad la conversión del maíz en etanol es mucho más eficaz y productiva que en la primera generación de plantas de molienda seca que operaban en la década del '80. Se han reducido en forma considerable los requerimientos de energía, se incorporaron sofisticados procesos de automatización, las enzimas disminuyeron su costo a su vez que vieron incrementado su poder de conversión, logrando con ello menores tiempos de procesamiento, el desarrollo de cedazos moleculares, todos factores que han contribuido a disminuir los costos y aumentar el volumen de etanol obtenido.

La molienda seca (pasos…)1. Molienda: El proceso de molienda seca comienza con la limpieza del grano de maíz (puede ser cebada, trigo o sorgo), que una vez limpio pasa a través de los molinos que lo muelen en un polvo fino harina de maíz.

2. Licuefacción: La harina de maíz se sopla en grandes tanques donde se la mezcla con agua y las enzimas amilasa alfa y pasa a través de las cocinas donde se licuafacciona el almidón. A la mezcla se le agregan componentes químicos para mantenerla con un pH de 7. En esta etapa se aplica calor para permitir la licuefacción, en una primera etapa a alta temperatura (120-150ºC) y luego a temperatura más baja (95ºC). Estas altas temperaturas reducen los niveles de bacterias presentes en el puré o mosto.

3. sacarificación• El puré de las cocinas luego es refrescado –a una

temperatura levemente debajo del punto de ebullición del agua- y se le agrega una enzima secundaria –glucoamilasa- para convertir las moléculas del almidón licuado en azúcares fermentables –dextrosa- mediante el proceso de sacarificación. Las enzimas funcionan como catalizadores para acelerar los cambios químicos

4. fermentaciónEl etanol es producto de la fermentación. Al puré se le agrega levadura para fermentar los azúcares –cada molécula de glucosa produce dos moléculas de etanol y dos de dióxido de carbono- y con ello obtener el etanol y el anhídrido carbónico. Usando un proceso continuo, el puré fluirá a través de varios fermentadores hasta que fermente completamente. En este proceso el puré permanece cerca de 48 horas antes que comience el proceso de destilación. En la fermentación, el etanol conserva mucha de la energía que estaba originalmente en el azúcar, lo cual explica que el etanol sea un excelente combustible

5. destilación• El puré fermentado, ahora llamado ginebra, contendrá

alcohol –cerca del 15%- y agua –al 85%-, así como todos los sólidos no fermentables del maíz y de la levadura. El puré entonces será bombeado a un flujo continuo, en el sistema de la columna de destilación, donde la cerveza se hierve, separándose el alcohol etílico de los sólidos y del agua. El alcohol dejará la columna de destilación con una pureza del 90 al 96%, y el puré de residuo, llamado stillage, será transferido de la base de la columna para su procesamiento como subproducto.

6. deshidrataciónEl alcohol pasa a través de un sistema que le quita el agua restante. La mayoría de las plantas utilizan un tamiz molecular para capturar las partículas de agua que contiene el etanol al momento de salir del sistema de destilación. El alcohol puro, sin el agua, se lo denomina alcohol anhidro.

7. desnaturalizaciónEl etanol que será usado como combustible se debe desnaturalizar con una cantidad pequeña (2-5%) de algún producto, como nafta, para hacerlo no apto para el consumo humano.

Productos del proceso

Anhídrido Carbónico Granos destilados (DDGS)

Ambos son vendidos para emplear en la elaboración de bebidas gasificantes y para congelar carne.

biodiesel

Beneficios ecológicos:» Proviene de un recurso renovable.» Es bio-degradable.» Es menos contaminante que el gasoil mineral.» Reduce partículas (smoke) en más de un 50% y las emisiones de CO2.» Está libre de sulfuro, benceno y aromatizantes potencialmente cancerígenos.» Posee productos derivados del residuo de su proceso como glicerina y fertilizantes orgánicos

Beneficios económicos» La producción de biodiesel es alentada con importantes incentivos y exenciones fiscales a nivel nacional e internacional.» El Protocolo de Kioto financia la inversión otorgando “créditos de carbono” a quienes logren reducir las emisiones de CO2.» Da independencia a la indisponibilidad y variación de precios del diésel oil fósil.» Es menos contaminante que el gasoil mineral.» Es un combustible seguro en su manejo y almacenamiento.» Utiliza las mismas instalaciones que las empleadas para el diésel oil.» Posibilita su propia producción en ciclo completo (cosecha de oleaginosas prensado de aceite producción de biodiesel) reduciendo costos e intermediarios.» La comercialización de sus subproductos (De soja, girasol, etc. como base para Alimento Balanceado para ganado | Glicerol 90% Pureza) constituye un negocio accesorio, rentable y permite diversifica riesgos.

Beneficios mecánicos

Incrementa la eficiencia y duplica la durabilidad del motor, mejorando su ignición y lubricidad.

Alto Flash point aprox. 130 °C – (Diésel fósil aprox. 70 °C).

Posee un importante poder lubrificante, por lo que puede ser considerado un aditivo para mejorar la lubricidad. Además, el gasoil sin azufre pierde cualidades lubrificantes y para suplir dicha falencia, deben usarse aditivos.

Elaboración de cereales

• Los cereales (principalmente maíz, avena, arroz, trigo, entre otros) pueden presentarse como cereales inflados (Puffed Cereals), cereales aplastados, laminados, cilindrados o roleados (Rolled Cereals) o cereales en copos (Flakes)

Glosario• GLUTEN FEED: El Gluten Feed resulta de la asociación controlada de dos fracciones importantes del

maíz:• La pulpa de maíz que contiene una parte no desdeñable de almidón y donde la fibra presenta la

ventaja de estar poco lignificada.• Las aguas de maceración que contienen las proteínas solubles del maíz y los fermentos lácticos

(inertes) desarrollados durante la fermentación muy controlada de la fase soluble del maíz.• El Gluten Feed secado en las mejores condiciones, se valorará, por lo tanto, no sólamente en las

fórmulas para rumiantes sino también en los alimentos para monogástricos.• Rumiantes del 5 al 50 %• Cerdos del 5 al 15 %• Aves 5 % para carne – 10 % para ponedoras• Conejos y caballos del 5 al 15 %• Pet Food secos del 5 al 20 %