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CURSO: Química Industrial PROFESOR (A): Marco Antonio Polo Fuentes NOMBRE: Jiménez Aliaga, Daniela CARRERA: Tecnología de la Producción

FERMENTACIÓN

CICLO: Cuarto ciclo

FERMENTACIÓN 1. OBJETIVOS: Utilización de microorganismos para la obtención de un producto químico. Obtener alcohol etílico utilizando el azúcar de la caña, haciendo uso también de levadura como la Saccharomyces Cerevisae. Demostrar mediante la aplicación de la técnica de determinación de densidad de soluciones a partir de una densidad de patrones preestablecidos. Observar los parámetros, limitaciones y precauciones necesarias que se requieren para un proceso de fermentación. 2. EQUIPOS Y MATERIALES: EQUIPO O MATERIAL

Vaso de vidrio 1,5 litros

Embudo

Botella de vidrio de 2 litros de capacidad

Papel toalla

IMÁGENES

Balanza

Equipo de destilación

Soporte universal

Fiola de 50 ml

Pipeta de 5 ml

3. REACTIVOS Y SOLUCIONES: Chancaca

Levadura fresca

Alcohol etílico absoluto

4. INTRODUCCIÓN TEÓRICA: Fermentación: La fermentación alcohólica es el proceso por el que los azucares contenidos en el mosto se convierten en alcohol etílico. Para llevar a cabo este proceso es necesaria la presencia de levaduras, hongos microscópicos que se encuentran, de forma natural en los hollejos (en la capa de polvillo blanco que recubre las uvas y que se llama "pruina") El oxígeno es el desencadenante inicial de la fermentación, ya que las levaduras lo van a necesitar en su fase de crecimiento. Sin embargo al final de la fermentación conviene que la presencia de oxígeno sea pequeña para evitar la pérdida de etanol y la aparición en su lugar de acético o acetrilo. El proceso, simplificado, de la fermentación es: Azucares + levaduras ==> Alcohol etílico + CO2 + Calor + Otras sustancias La fermentación alcohólica es un proceso exotérmico, es decir, se desprende energía en forma de calor. Es necesario controlar este aumento de temperatura ya que si ésta ascendiese demasiado (25 - 30º) las levaduras comenzarían a morir deteniéndose el proceso fermentativo. Fases de una fermentación - Fase lag Fase de inactividad de duración variable ya que depende del número de células así como de las características metabólicas de las mismas. Grandes fases lag indican la presencia de sustancias tóxicas, muerte de células o inactividad de éstas. - Fase temporal de aceleración No ha sido definida matemáticamente pero en ellas las proporciones de las células hijas tienden a alcanzar el 50% de la población total.

- Fase de crecimiento exponencial Allí crecen los microorganismos rápidamente y el crecimiento de la población depende del sustrato inicialmente colocado (melaza). - Fase estacionaria Aquí ya se ha alcanzado el máximo valor de producción, en esta fase algunas células se dividen y otras mueren donde las células vivas utilizan los compuestos provenientes de las muertas como nutriente, manteniendo la población constante durante la fase. - Fase de muerte Dado que la población celular presente no se mantiene por sí misma comienza a morir. Tiene un comportamiento exponencial. Muchos procesos en cochada se terminan antes de que inicie esta fase. Destilación: Los procesos de destilación constituyen el conjunto de operaciones más empleado en una refinería. La destilación es un proceso de separación físico en el que se evapora parcialmente una mezcla de productos, de forma que los compuestos más ligeros se concentran en la fase vapor y los más pesados se concentran en la fase líquida. Una columna de destilación incorpora múltiples etapas de separación sucesivas, de forma que los vapores se van concentrando en los componentes ligeros a medida que ascienden en la columna, y los líquidos se van concentrando en componentes pesados a medida que descienden por la columna. 5. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: Preparación del Substrato:

a. Pesar 50g de chancaca. b. Disolverlo en medio litro de agua destilada a temperatura ambiente aproximadamente. c. Seguidamente la solución preparada se filtra. d. Una vez filtrada la solución se extraen los primeros 200 ml de substrato para efectuar las siguientes preparaciones: Grupo N°01: pesar 20g de levadura

Grupo N°02: pesar 25g de levadura Grupo N°03: pesar 30g de levadura Grupo N°04: pesar 35g de levadura e. Se mezcla la levadura pesada con los 200 ml de substrato filtrado, formando una suspensión homogénea. f. Devolvemos la mezcla-suspensión preparada, al resto del litro de substrato filtrado.

g. La solución se agita y la vertemos en una botella de vidrio. h. Seguidamente tapamos la botella colocando un papel de filtro entro la tapa y la botella con el fin de que no entre aire, pero permitiendo la salida de gases (CO2). La botella NO SE DEBE CERRAR HERMETICAMENTE. i. Marcamos la botella con el número del grupo y sección al cual pertenecemos. Fermentación

a.

La solución se deja fermentar en la refrigeradora por 15 días (hasta el próximo laboratorio). b. La botella será agitada durante todos los días para así acelerar el proceso de fermentación. c. Pasado los 15 días la solución será filtrada. d. Se toman los primeros 200 ml de la solución filtrada para que esta pasa al siguiente procedimiento. Destilación

a. b. c. d.

Se arma el equipo de destilación La destilación de la solución se realiza a menos de los 90°C Se recogen los 50 mL de destilado para medir la densidad del destilado La densidad medida es comparada con la curva de patrón de densidad vs. Volumen de alcohol, determinando asi el volumen de alcohol del destilado. e. Finalmente se calcula el volumen de alcohol producido en 1000 ml de sustrato. PREPARACIÓN DE LA CURVA DE DENSIDAD VERSUS % DE ALCOHOL En fiolas de 50 ml prepara la siguiente solución: Grupo N°02: Agregar 4 ml de alcohol absoluto y completar con agua la fiola hasta 50 ml. Agregar 5 ml de alcohol absoluto y completar con agua la fiola hasta 50 ml. Hallar el peso de cada una de las soluciones. Determinar la densidad de cada una de las soluciones. Determinar el % volumétrico de alcohol en cada fiola. Cada grupo: Tomará los datos de densidad de los otros grupos y elaboraran la siguiente tabla y el respectivo gráfico, densidad vs. % de alcohol.

Volumen

de Volumen de la Peso

de

la Densidad de la % Volumétrico

alcohol (ml) 1 2 4 5 6 7 10 12

mezcla (ml) 50 50 50 50 50 50 50 50

mezcla 49,2 48,6 48,8 48,65 48,4 48,2 48,0 47,6

mezcla (g/ml) 0,984 0,972 0,976 0,973 0,968 0,964 0,96 0,952

de la muestra 2 4 8 10 12 14 20 24

Chart Title 30 25 20 15 10 5 0 0.95

0.955

0.96

0.965

0.97

0.975

0.98

0.985

0.99

6. CUESTIONARIO: a. ¿Qué es el proceso de fermentación? La fermentación alcohólica es un proceso bioquímico, en el cual, por medio de 12 reacciones, el substrato es metabolizado a alcohol etílico, gas carbónico y glicerol, sobre la acción e las levaduras.

b. Señale 6 tipos de industrias que estén relacionadas con los procesos de fermentación: 

La fermentación del vino es la función catalizadora que convierte el jugo de uva en una bebida alcohólica. Durante la fermentación, la levadura interactúa con los azúcares en el jugo para crear etanol, comúnmente conocido como alcohol etílico y dióxido de carbono.



El proceso de fermentación es producido por acción de las enzimas cambios químicos en las sustancias orgánica. Este proceso es el que se utiliza principalmente para la elaboración de los distintos tipos de cervezas. El ciclo de fermentación depende del lugar donde esta se produzca, variando para los casos del tipo fabricado en Alemania, Bélgica, Inglaterra, Estados Unidos, Brasil o el país de origen que fuera.



La elaboración del pan se hace con masas ácidas que son cultivos mixtos de bacterias ácidas lácticas y levaduras que crecen de manera espontánea en los cereales. Estas bacterias fermentan los azúcares formando ácido acético, etanol, ácido láctico y co2 dependiendo de la especie. Las levaduras también contribuyen a la formación de gas con la fermentación del azúcar a etanol y co2. Los ácidos proporcionan al producto el sabor, mientras que los azúcares fermentables y la fracción de bacterias lácticas y levaduras que son productoras de gas son responsables de la porosidad y ligereza de la masa.



La producción comercial se lleva a cabo en la actualidad enteramente por fermentación. La vitamina B12 fue obtenida comercialmente al principio como un subproducto de las fermentaciones de estreptomicetos para la producción de los antibióticos estreptomicina, cloranfenicol o neomicina, con un rendimiento de aproximadamente 1 mg/l. A medida que la demanda de vitamina B12 aumentó, se desarrollaron procesos de fermentación con cepas de mayor rendimiento. La producción mundial anual de vitamina B12se estima en unos 12000 kg de los cuales unos 7000 kg son para la industria farmacéutica y el resto va a la industria de alimentación animal. En el caso de los piensos de cerdos y pollos, se añaden 10-15 mg de vitamina B12 por tonelada de pienso si se utiliza proteína vegetal que es más barata que la animal.



La fermentación acética consiste en la oxidación bioquímicadel etanol contenido en un sustrato alcohólico mediante l aactuación de bacterias acéticas del género Acetobacter y Micoderma aceti fundamentalmente. La oxidación del etanol se realiza en dos etapas: en la primera el etanol se oxida a acetaldehído y en la segunda el acetaldehído ácido acético.



La fermentación butírica se produce a partir de la lactosa o del ácido láctico con formación de ácido butírico y gas. Es característica de las bacterias del género Clostridium y se caracteriza por la aparición de olores pútridos y desagradables entre ellos los intestinales. c. ¿Qué son las levaduras? Se denomina levadura a cualquiera de los diversos hongos microscópicos unicelulares que son importantes por su capacidad para realizar la descomposición mediante fermentación de diversos cuerpos orgánicos, principalmente los azúcares o hidratos de carbono, produciendo distintas sustancias. d. ¿Qué tipo de levaduras se usan industrialmente? Industrialmente el tipo de levadura que más se utiliza son las levaduras frescas, como tenemos por ejemplo a la levadura Saccharomyces cerevisiae. e. ¿Qué es la chancaca? La chancaca es azúcar cruda, sin refinar ni centrifugar y cristalizada, es decir melaza solidificada.

f. ¿Qué son las enzimas y cómo actúan? Las enzimas son proteínas que actúan como aceleradores de las reacciones químicas, de síntesis y degradación de compuestos. Una de las características más sobresalientes de las enzimas es su elevada especificidad. Esto quiere decir que cada tipo de enzima se une a un único tipo de sustancia, el sustrato, sobre el que actúa. g. ¿Cómo se determina el grado alcohólico de una cachina (producto de la fermentación de un tipo de uva)? El grado alcohólico de una cachina se mide con un ebullómetro y es expresado en cm3 de alcohol por 100 cm3 de cachina, a una determinada temperatura. La

ebullometría está basada en la ley de Raoult, relativa a la disminución del punto de ebullición, es el procedimiento más común para determinar el contenido de alcohol de las soluciones acuosas.

h. La producción de cerveza ¿se obtiene por un proceso de fermentación?

Sí, en el siguiente cuadro se muestra todo el proceso de elaboración de la cerveza, acá se muestra que la fermentación es parte del proceso. Fermentación en la elaboración de cerveza: Se introduce el mosto al tanque y se añaden las levaduras para que comience el proceso de la fermentación, que consiste en la transformación de los azúcares del mosto en alcohol y anhídrido carbónico. 7. OBSERVACIONES: En el proceso de la elaboración de substrato se debe tener en cuenta la chancaca con la que se trabaja ya que para algunos grupos la solución era más viscosa y la filtración más lenta. En la fermentación de debe mover la botella constantemente ya que de no ser así la fermentación podría no ser tan eficiente. En el proceso de destilación, el agua con la que estábamos trabajando fue cortada debido al mantenimiento de la institución, sin embargo logramos continuar con la experiencia. Se debe tener cuidado al momento de filtrar, ya que el papel filtro puede romperse y eso retrasaría la experiencia.

En el laboratorio no se contaba con suficiente papel de filtro por lo que debimos trabajar también con papel toalla. 8. CONCLUSIONES: Se pudo obtener alcohol etílico a partir de la fermentación de chancaca, comprobando así la siguiente fórmula: C6H12O6 + (agua + levadura + nutrientes)  2C2H5OH + 2CO2 + calor Se pudo observar cuál es la función de los microorganismos que se utilizan en el proceso de fermentación, que es la degradación de la glucosa. Se logró verificar el valor de la densidad, del alcohol elaborado, estando este valor dentro de los valores preestablecidos. 9. BIBLIOGRAFÍA Módulo de Química Industrial I http://www.ecured.cu/index.php/Fermentaci%C3%B3n http://bebidas.about.com/od/Cocteleria_101/a/que-es-la-fermentacion.htm