Post on 28-Nov-2021
i
Universidad Central Marta Abreu de Las Villas
Facultad de Química-Farmacia
Departamento de Ingeniería Química
TRABAJO DE DIPLOMA
”Sustitución de la hidrólisis ácida por la enzimática en
la obtención de jarabes glucosados utilizando almidón
de maíz como sustrato.”
Autor: José Ernesto Morejón Cruz.
Tutores: Ing. Claudia Nieblas Morfa.
MSc. Fernando Sarria
Dra. Irenia Gallardo Aguilar.
2015-2016.
Pensamiento.
ii
Se alcanza el éxito convirtiendo cada paso en una meta y
cada meta en un paso.
C.C. Cortéz
Dedicatoria.
iii
A mi Santita por darme la oportunidad de estudiar.
A mis abuelos Julián y Felicia donde quiera que se encuentren siempre
han sido mi guía y fuente de inspiración los quiero abue nunca los
olvidare.
A mi abuelo Osvaldo: por despertarme siempre con sus historias llenas
de aventuras y acción.
A mi mamá y hermana: por apoyarme siempre y estar ahí en los
momentos buenos y malos, por su sacrificio y dedicación durante todo
este tiempo, por la formación que me dieron, por brindare esa sonrisa
cuando más la necesitaba, ustedes son mi vida, son mi luz, las amo.
A mi papá: por estar a mi lado, y servirme de guía en estos últimos
tiempos.
A mi hermano y mi sobrino: que les sirva de guía y ejemplo para su vida.
Agradecimientos.
iv
A mis padres: por apoyarme y ayudarme cuando más los necesitaba
complacerme con algo tan preciado, la vida.
A mi hermana: por ser tú esa fuente de inspiración y motor impulsor de
esto que hoy soy ingeniero, te quiero hermanita linda, tú eres mi luz.
A mi tía Marta: tía esto es por ti también, por ser esa persona que pone
la chispa para que prenda el fuego, te quiero.
A mis tíos Jorge y Olivia: porque de una manera u otra ustedes son ese
granito de arena necesario y creer en mí
A mis primas Yeisi y Yeimi: por estar siempre pendiente me mí a pesar
de la distancia.
A mi primo Eduardito: por todos esos buenos momentos que juntos
pasamos, llegamos, triunfamos, vencimos.
A mis amigos: Luis Daniel, Ovidio, Yango, Pernú y David: por pasar los
mejores momentos de nuestra vida universitaria juntos, donde quiera
que se encuentren mañana siempre serán mis hermanos.
A mi tutora Claudia Nieblas: por su amistad, sacrificio, esfuerzo,
dedicación a la culminación feliz de este proyecto.
A Irenia Gallardo Aguilar: por soportarme todo este tiempo a pesar de
mis malcriadeces y contribuir al resultado final de esta tesis.
Agradecimientos.
v
A Sarria: por sus jaranas cuando las cosas están tensas y confiar en mí
para darme esta tarea.
A todos los profesores del claustro por enseñarme y guiarme durante
estos cinco años en especial a la profe Nancy que siempre fue como mi
madre y estuvo ahí en los momentos duros.
Yeni, Margarita, Dayan y Cristina: por la ayuda brindada de una forma
u otra, gracias ustedes también son parte de esta tesis.
A mis compañeros de cuarto: Roger, Alejandro, Jaime, Miguelito y A. de
la Paz por brindarme su apoyo, ustedes son parte de mi familia.
A mis compañeros de aula: Rocio, Carlos, Jardany, Daviel, Noel, Pablo,
Jorge, Pedro, Coca, Lisyaulen, Mirialis, Maray, Arianna, Maidelys,
Jessica, Marian, Dayana, Lisday, Yuraimy y Leyani gracias por todos
los momentos vividos juntos nunca lo olvidaré.
A todos mis amigos de la universidad.
A mi maestra de Primer grado María Elena, a Flor, Ninfa, Jorge,
Luisito, Nereida y Luisa que me prepararon para llegar hoy hasta aquí,
a todos ustedes mil gracias
En fin gracias UCLV por permitirme hoy graduarme como ingeniero.
Resumen.
vi
Este trabajo está encaminado a la sustitución de la hidrólisis ácida por la enzimática en
la obtención de jarabes glucosados en la UEB Glucosa Cienfuegos, considerando las
ganancias que presenta la producción de la enzimática sobre la ácida. Se empleó el
Software Statgraphics Centurion XV para la realización del diseño experimental en
pantalla del tipo 2k con un punto central desarrollado en el laboratorio, teniendo en
cuenta la influencia de las variables independientes: concentración de la Bialfa T (X1) y
concentración de Glucozyme 2X (X2) sobre las variables respuesta: ART y ED, para una
concentración de sustrato del 30% (p/v), siendo la Glucozyme 2X de mayor influencia
que la Bialfa T. Teniendo en cuenta los resultados obtenidos a escala de laboratorio se
realizó la prueba a escala industrial obteniendo los valores de ED, ºBrix y propiedades
organolépticas deseados. Se propuso una modificación tecnológica en la fábrica, por lo
que se diseñaron dos intercambiadores de calor con el objetivo de lograr las
especificaciones del proceso de la hidrólisis enzimática. Se realizó el análisis
económico de la sustitución de una producción por otra obteniendo un valor actual neto
de $ 1 945 783,90, una tasa de interés de 91% y un período de recuperación de dos
años.
Palabras claves: jarabes glucosados, enzimas, hidrólisis, licuefacción, sacarificación.
Abstract.
vii
This work is aimed at replacing the enzymatic hydrolysis by acid in obtaining syrups
glucosados in Cienfuegos Glucose UEB, considering the gains that presents the
production of enzymatic hydrolysis on acid hydrolysis. The Software Statgraphics
Centurion XV was used for carrying out the experimental design type screen 2k with a
central point developed in the laboratory, considering the influence of the independent
variables: concentration Bialfa T (X1) and concentration Glucozyme 2X (X2) on the
response variables: ED and ART, it used a substrate concentration of 30% (w / v), the
Glucozyme 2X concentration is better influence than Bialfa T concentration. It was
performed industrial scale test, using the results obtained in laboratory scale obtaining
ED, ºBrix values and desired organoleptic properties. A technological modification was
suggest in the factory, so two heat exchangers were designed with the objective of
achieving specifications enzymatic hydrolysis process. economic analysis of replacing
production by another obtaining a net present value of $ 1 945 783.90, an interest rate
of 91% and a recovery period of two years was made.
Keywords: glucosados syrups, enzymes, hydrolysis, liquefaction, saccharification.
Índice.
viii
INTRODUCCIÓN. ................................................................................................................................... 1
Problema Científico:...................................................................................................................................... 1
Hipótesis: ....................................................................................................................................................... 2
Objetivo General: .......................................................................................................................................... 2
Objetivos Específicos: ................................................................................................................................... 2
CAPÍTULO I: Revisión bibliográfica. ...................................................................................................... 1
1.1 Almidón. Generalidades. ......................................................................................................................... 1
1.1.1 Estructura y composición del almidón. ............................................................................................ 2
1.1.1.1. Amilosa y amilopectina en el gránulo de almidón. ................................................................. 6
1.2. Almidón de maíz. ................................................................................................................................... 7
1.2.1. Etapas del proceso de obtención de almidón de maíz. .................................................................... 8
1.3 Almidones modificados. .......................................................................................................................... 9
1.3.1 Modificación física. ....................................................................................................................... 10
1.3.2 Modificación química. ................................................................................................................... 11
1.3.3 Hidrólisis ácida del almidón. ......................................................................................................... 12
1.3.4. Hidrólisis Enzimática del Almidón. ............................................................................................. 13
1.3.4.1 Enzimas degradadoras de almidón. ........................................................................................ 14
1.3.4.1.1. α-Amilasas. ......................................................................................................................... 15
1.3.4.1.2. Bialfa-T. .............................................................................................................................. 16
1.3.4.1.3. Glucozime 2X. .................................................................................................................... 16
1.4. Comparación entre hidrólisis ácida y enzimática del almidón. ............................................................ 16
1.5 Industria de las maltodextrinas y los jarabes de glucosa. ...................................................................... 18
1.5.1. Jarabes Glucosados. ..................................................................................................................... 19
1.5.2. Producción y usos de jarabes de glucosa. ..................................................................................... 20
1.5.2.1. Obtención de jarabes de glucosa con bajo ED por vía enzimática. Hidrólisis-Gelatinización
simultáneas. ........................................................................................................................................ 21
Índice.
ix
1.5.2.1.1. Licuefacción. ...................................................................................................................... 21
1.5.2.1.2. Sacarificación. ................................................................................................................... 24
1.6. Dextrosa Equivalente. .......................................................................................................................... 25
CAPÍTULO II: Desarrollo experimental. ................................................................................................ 27
2.1. Proceso de obtención de jarabes glucosados. ....................................................................................... 27
2.1.1. Materiales y Métodos. ....................................................................................................................... 27
2.1.1.1. Caracterización del sustrato empleado (almidón de maíz). ................................................... 28
2.1.1.2. Diseño experimental para el proceso de obtención de jarabes glucosados. ........................... 29
2.1.1.3. Descripción del proceso de obtención de jarabes desarrollado en el laboratorio. ................. 30
2.2. Determinación de las variables respuestas. ......................................................................................... 30
2.2.1 Grados Brix. ................................................................................................................................... 31
2.2.2 Azúcares Reductores (ART). ......................................................................................................... 31
2.2.3 Equivalente de Dextrosa (ED). ...................................................................................................... 31
2.2.4 Rendimiento de hidrólisis. ............................................................................................................. 31
2.2.5 Acidez. ........................................................................................................................................... 32
2.2.6 Conductividad. ............................................................................................................................... 32
2.2.7 pH ................................................................................................................................................... 32
2.3 Resultados del proceso de obtención de jarabes glucosados. ................................................................ 32
2.3.1 Análisis del diseño experimental. .................................................................................................. 37
2.3.1.1 Análisis del oBrix. ................................................................................................................... 37
2.3.1.2 Análisis de los ART. ............................................................................................................... 39
2.3.2 Determinaciones a los jarabes glucosados. .................................................................................... 40
2.3.2.1 Determinación del %ART y del %ED. ................................................................................... 40
2.4. Análisis de los resultados. .................................................................................................................... 42
CAPÍTULO III: Propuesta tecnológica. Análisis económico. ................................................................ 44
3.1. Obtención de jarabe glucosado por hidrólisis ácida. ............................................................................ 44
Índice.
x
3.1.1. Etapas del proceso de producción (Parámetros y variables de operación).................................... 44
3.2 Modificación de la tecnología existente para la obtención de glucosa enzimática con las
especificaciones de la glucosa ácida............................................................................................................ 48
3.2.1 Descripción del proceso productivo. .............................................................................................. 49
3.2.1.1. Etapas y dosificación de enzimas en la conversión y sacarificación. .................................... 49
3.2.2 Índices de consumo de las materias primas a escala industrial. ..................................................... 52
3.3 Diseño del intercambiador de calor de placas. ...................................................................................... 53
3.3.1 Consideraciones para el diseño. ..................................................................................................... 53
3.4 Diseño del intercambiador de calor de tubos y concha. ........................................................................ 57
3.5 Análisis económico del proceso de obtención de jarabe glucosado por vía enzimática........................ 60
3.5.1 Costo Total de Inversión. ............................................................................................................... 60
3.5.2 Costo Total de Producción (CTP). ................................................................................................. 62
CONCLUSIONES. ................................................................................................................................. 65
RECOMENDACIONES. ...................................................................................................................... 66
BIBLIOGRAFÍA. ................................................................................................................................... 67
ANEXOS. .................................................................................................................................................. 75
Introducción.
1
INTRODUCCIÓN.
El almidón es un carbohidrato que posee dos polisacáridos, la amilosa y la amilopectina. El
primero se forma de largas cadenas lineales de entre 200 y 2 500 unidades de glucosa y pesos
moleculares de hasta un millón. Las cadenas lineales se forman de enlaces α-(1,4). Por su
parte la amilopectina contiene ramificaciones, con la forma molecular similar a un árbol cuyas
ramas se unen por enlaces α-(1,6) localizados cada 15-25 unidades lineales de glucosa (Baudi,
2006). El almidón proveniente del maíz constituye uno de los sustratos más utilizados en la
obtención de glucosa ácida y enzimática, dada las características del contenido de amilosa y
amilopectina en el mismo, siendo susceptible a la modificación y ruptura de los enlaces α-1,4 y
α-1,6 para su conversión en glucosa.
La glucosa ácida es el producto obtenido a partir de la modificación del almidón por vía ácida,
para lo que se puede utilizar tanto ácido clorhídrico como ácido sulfúrico; obteniéndose un
producto con bajo contenido de equivalente de dextrosa (ED) y un Brix elevado. En la obtención
de la glucosa enzimática se utilizan las enzimas alfa-amilasa y amiloglucosidasa en la ruptura
de dichos enlaces para la obtención de un jarabe de elevado contenido de equivalente de
dextrosa (ED).
La hidrólisis ácida constituye uno de los métodos más viejos en los procesos de modificación de
almidón, presentando determinadas desventajas, como: la aparición de sustancias que traen
consigo alteraciones en las propiedades organolépticas del producto final. Es por ello que desde
la década de los 60 en el mundo se ha venido evaluando la posibilidad de lograr su sustitución
por la enzimática; siendo además la utilización de enzimas ambientalmente más segura y
sostenible que el uso de ácidos. Sin embargo hoy en día, nuestro país aún utiliza la hidrólisis
ácida como una alternativa en la modificación de almidón y obtención de jarabes glucosados
para la obtención de jarabes con elevados Brix y bajos contenidos de ED.
Actualmente existe un gran interés por sustituir completamente la vía ácida por la enzimática en
los procesos de obtención de edulcorantes ampliamente demandados en la industria
alimenticia.
Partiendo de la demanda de dicho producto se plantea la problemática a resolver.
Problema Científico:
La Empresa Glucosa de Cienfuegos necesita reemplazar la hidrólisis ácida por la enzimática en
los procesos de obtención de jarabes glucosados, considerando las desventajas que trae la
ácida en la calidad del proceso productivo.
Introducción.
2
Hipótesis:
Es posible la obtención de jarabes glucosados a partir de la hidrólisis enzimática del almidón de
maíz, obteniéndose un producto final con los requerimientos físico-químicos establecidos para
la hidrólisis ácida, si se ajustan los parámetros de obtención de los mismos.
Objetivo General:
Sustituir la hidrólisis ácida por la enzimática en los procesos de obtención de jarabes
glucosados.
Objetivos Específicos:
Determinar la influencia de las variables independientes: concentraciones de enzimas
Bialfa T y Glucozyme 2X en el proceso de obtención de jarabes glucosados mediante
hidrólisis enzimática, a partir del ajuste de parámetros establecidos para la hidrólisis
ácida, determinando las condiciones óptimas de este proceso.
Determinar los rendimientos del proceso de hidrolisis enzimática en las condiciones
óptimas encontradas.
Proponer las modificaciones de la tecnología existente en la Empresa Glucosa de
Cienfuegos para la introducción de los resultados.
Analizar la factibilidad económica que traería consigo la propuesta tecnológica en la
sustitución de la hidrólisis ácida por la enzimática en la Empresa Glucosa de
Cienfuegos.
Capítulo I. Revisión Bibliográfica.
1
CAPÍTULO I: Revisión bibliográfica.
1.1 Almidón. Generalidades.
El almidón es un carbohidrato de reserva, sintetizado y almacenado como fuente de energía en
plantas superiores; después de la celulosa es el segundo hidrato de carbono más abundante en
la biosfera. Aunque el contenido de almidón varía según la fuente de obtención, la más
importante son los cereales (maíz, arroz, trigo) con un contenido aproximado de 30-80%, en
leguminosas (fríjol, chicharo, haba) un 25-50% y en tubérculos (papa, tapioca, yuca), representa
un 60-90% de la materia seca (Biliaderis 1991; Buleón, Colonna et al. 1998; De Baere 1999;
Bernal and Martínez 2006).
De las calorías consumidas por los humanos, cerca del 70 al 80% provienen del almidón. Es la
principal fuente de almacenamiento de energía en los vegetales, ya que se encuentra en
grandes cantidades en las diversas variedades de plantas, como por ejemplo, en los granos de
cereales; los cuales contienen entre 60 y 75% de su peso seco de almidón, así como también,
puede encontrarse en tubérculos, semillas de leguminosas y en algunas raíces (Thomas and
Atwell 1999).
De la producción mundial de almidón aproximadamente el 83% es obtenido del maíz, después
la fuente más importante es el trigo con un 7%, papa con un 6% y tapioca con el 4% (Biliaderis
1991; Buleón, Colonna et al. 1998; De Baere 1999; Bernal and Martínez 2006).
Tanto el almidón como los productos de su hidrólisis constituyen la mayor parte de los
carbohidratos digestibles de la dieta habitual. Sus gránulos tienen diferentes tamaños
(diámetros entre 1 a 100 μm) y formas elíptica, ovalada, lenticular o poligonal), dependiendo de
la fuente biológica de donde provengan y son parcialmente cristalinos e insolubles en agua a
temperatura ambiente (Bello Pérez, Roger et al. 1998; Vandeputte and Delcour 2004).
Constituye el principal carbohidrato de reserva sintetizado por las plantas superiores
constituyendo gran fuente de energía (Buleón , Colonna et al. 1990).Por sus características
nutricionales y sus múltiples aplicaciones en la industria alimentaria es el carbohidrato más
importante, además de su importancia relevante en el comercio (Cobana and Antezana 2007).
El almidón y sus derivados son utilizados en muchos procesos industriales. Su uso no está
limitado al procesamiento de alimentos, también se aplica en la industria del papel, textil,
farmacéutica y en adhesivos (Juares, Arias et al. 2008).
Capítulo I. Revisión Bibliográfica.
2
En las últimas décadas, la investigación realizada a este carbohidrato es con la finalidad de
encontrarle nuevos usos. Básicamente puede ser usado para cuatro propósitos generales
(Guzmán-Maldonado 1992; Steven 1995; Thomas and Atwell 1999; Bello-Pérez, Agama
Acevedo et al. 2000; Delville, Dole et al. 2002; Bernal and Martínez 2006).
1) Conferir ciertas características organolépticas a los alimentos como textura y
consistencia, la cual es dada por sus componentes poliméricos de alto peso molecular.
La cantidad y tipo de almidón utilizado se convierten en puntos críticos para obtener las
características organolépticas deseables.
2) Para la nutrición humana y/o animal, ya que es la fuente de energía más importante,
representa el 80% de la ingesta calórica mundial. También para producir edulcorantes
de alta intensidad y sustitutos de grasas, ya que este tipo de productos son utilizados en
la elaboración de alimentos bajos en calorías.
3) Para ciertas aplicaciones industriales como la fabricación de pegamentos, pinturas,
espesantes y texturizantes en las industrias del papel y textil.
4) En la producción de bionergéticos (bioetanol).
1.1.1 Estructura y composición del almidón.
El almidón es parte de los carbohidratos o polisacáridos que, junto con los lípidos, las proteínas
y los ácidos nucleícos, constituyen las cuatro clases principales de moléculas biológicamente
activas (Bailey 1998). Dicha macromolécula está compuesta de dos polímeros de unidades de
glucosa: amilosa, de carácter esencialmente lineal, y la amilopectina, altamente ramificada y de
mayor peso molecular (Van and Vligenthart 1997).
Ambos polímeros se diferencian por las uniones que presentan dentro del gránulo de almidón y
que además representan cerca del 98-99% del peso en seco. La proporción de ellos varía
según la fuente botánica y su organización física dentro de la estructura granular, confiriéndole
propiedades fisicoquímicas y funcionales únicas (Tabla 1.1). (Biliaderis 1991; Tester,
Karkalas et al. 2004; Cowieson 2005).
Estas moléculas se organizan en anillos concéntricos para originar la estructura granular. La
distribución de la amilosa dentro de los anillos concéntricos difiere entre el centro y la periferia
del gránulo, ya que sólo ocupa los lugares disponibles que deja la amilopectina después de
sintetizarse (Tetlow, Morell et al. 2004).
Capítulo I. Revisión Bibliográfica.
3
La amilosa es una molécula esencialmente lineal que constituye hasta el 25-30% del almidón,
mientras que el polímero amilopectina se encuentra en forma ramificada y constituye hasta el
70-75% del almidón (Vásquez and Villarrreal 2009).
Tabla 1.1 Propiedades físicoquímicas de los componentes del almidón.
Propiedad Amilosa Amilopectina
Estructura molecular Lineal Ramificada
Longitud promedio de cadena 103 Da 20-25 Da
Grado de polimerización 103 Da 104-105 Da
Complejo con yodo Azul (650nm) Púrpura (550nm)
Afinidad de yodo 19-20 % 1%
Valor azul 1,4 0,05
Estabilidad en solución acuosa Retrograda fácilmente Estable
Hidrólisis con β-Amilasa 70% 55-60%
Hidrólisis con β-Amilasa y Dextrinasa 100% 100%
Propiedades de película Fuerte Quebradiza
Fuente: (Biliaderis 1991).
Amilosa: La amilosa (Figura 1.1) es un polímero lineal formado por D-glucopiranosas que se
encuentran unidas entre sí por enlaces α-(1,4) que representan un 99% de su estructura;
también se ha comprobado la presencia de ciertas ramificaciones unidas por enlaces α-(1,6).
Dichas ramificaciones se encuentran de manera espaciada e infrecuente, lo que permite
observar su comportamiento esencialmente lineal (Mua and Jackson 1997; Biliaderis 1998;
Buleón, Colonna et al. 1998) . La molécula tiene un peso molecular promedio de 105 a 106
g/mol y por la presencia de grupos hidroxilos ofrece propiedades hidrofílicas al polímero
(Peñarada, Perilla et al. 2008) citado en (Hernández 2013).
Capítulo I. Revisión Bibliográfica.
4
Esta molécula no es soluble en agua, pero puede formar micelas hidratadas por su capacidad
para enlazar moléculas vecinas por puentes de hidrógeno y generar una estructura helicoidal
que es capaz de desarrollar un color azul por la formación de un complejo con el yodo
(Knutzon and Grove 1994).
Cada cadena contiene aproximadamente 200 o 700 residuos de D-glucopiranosas (Gallant
and Bouchet 1986; Tester, Karkalas et al. 2004).
Por su contenido en amilosa, los almidones pueden ser clasificados en diferentes grupos como
son los almidones cerosos (waxy) que tienen muy poca cantidad de amilosa, alrededor de 1-
2%, los normales que contienen entre 17-24% de amilosa y los altos en amilosa que contienen
70% o más de este polímero.
La naturaleza lineal, flexible y de gran longitud de la cadena de amilosa, le confiere la capacidad
de enrollarse formando una estructura helicoidal con seis unidades de D-glucopiranosas por
giro, de esta forma dentro de la hélice se propicia un entorno hidrofóbico, con la capacidad de
formar complejos con yodo, alcoholes o ácidos orgánicos (Morrison 1995; Tang, Watanabe et
al. 2002).
Los almidones ricos en amilosa mantienen su forma cuando se moldean; gelifican, mientras que
los almidones sin amilosa espesan pero no gelifican. Ejemplos del contenido de amilosa de
almidón de diversas procedencias incluyen granos de cereal: 26-28% raíces, tubérculos: 17-
23% variedades céreas de almidón: 0% y variedades amiláceas 50-70% (Yordi 2007).
Este biopolímero se ha considerado como responsable del fenómeno de gelificación en el
momento de elevar la temperatura en alimentos hechos a base de almidón, así mismo se ha
demostrado que es más susceptible a formar complejos con moléculas que tienen una parte
polar y una apolar, tales como algunas clases de lípidos.
Fig. 1.1 Estructura química de la Amilosa (Tomada de (Tester and Karkalas 2002).
Amilopectina: La amilopectina (Figura 1.2) es una molécula predominante en la mayoría de los
almidones normales. Es un polímero semicristalino y altamente ramificado, formado por
Capítulo I. Revisión Bibliográfica.
5
aproximadamente 595,238 unidades de D-glucopiranosas unidas mediante enlaces α-(1-4) que
representan unidades de glucosa unidas en un 92-96%; con puntos de ramificación unidos
mediante enlaces α-(1-6) que representan un 5-6% de su estructura. Dichas ramificaciones se
localizan aproximadamente a cada 15-25 unidades de D-glucopiranosas, aunque el rango
puede excederse a 19 o 31 unidades dependiendo del contenido de amilosa en el almidón (Mua
and Jackson 1997; Biliaderis 1998; Tang, Watanabe et al. 2002). La amilopectina es
parcialmente soluble en agua caliente y en presencia de yodo produce un color rojizo violeta
(Guan and Hanna 2004). La macromolécula posee un peso molecular comprendido de 107 a
108 g/mol. La amilopectina constituye alrededor del 75% de los almidones más comunes
(Fennema 2000; Peñarada, Perilla et al. 2008).
La amilopectina es la responsable de la cristalinidad del almidón, además es considerada como
la principal causante del fenómeno de la retrogradación, el cual se asocia con el proceso del
envejecimiento del pan y otros productos elaborados a base de almidón. La amilopectina, por
calentamiento en agua proporciona soluciones claras y de alta viscosidad que son además
filamentosas y cohesivas.
Fig. 1.2 Estructura química de la Amilopectina (Tomada de (Tester and Karkalas 2002).
Solo la amilosa forma un gel. Los almidones con un contenido alto de amilopectina espesarán
una mezcla, pero no formarán un gel porque, a diferencia de la amilosa, las moléculas de
amilopectina no se asocian y formarán enlaces químicos.
El contenido de amilosa afecta fuertemente la gelatinización y la retrogradación, la viscosidad y
la gelación. Se ha encontrado que la estructura fina de la amilopectina (distribución de las
cadenas) influye en la gelatinización y las propiedades de retrogradación del almidón (Sang,
Bean et al. 2009).
En función de la proporción amilosa/amilopectina así serán las dos propiedades fundamentales
que presentan: absorción y retención de agua y capacidad de formación de gel. Así mismo esta
proporción determinará las propiedades funcionales de los almidones (Yordi 2007).
Capítulo I. Revisión Bibliográfica.
6
Su contenido de amilosa y amilopectina, temperatura de gelatinización, consistencia del gel y
textura, comportamiento viscoso y propiedades térmicas permiten su utilización en la industria
alimenticia como estabilizante, agente de relleno, adhesivo, ligante, enturbiante, formador de
películas, estabilizante de espumas, agente de anti envejecimiento de pan, gelificante,
glaseante, humectante y espesante. (Singh, Kaur et al. 2005) citado en (Hernández 2013).
1.1.1.1 Amilosa y amilopectina en el gránulo de almidón.
El almidón está organizado en partículas discretas conocidas como gránulos, cuya morfología,
composición química y estructura molecular (arreglo relativo de las macromoléculas en estado
sólido), son distintas de una especie a otra.
Debido a que la amilopectina es el componente más abundante en el almidón, este polímero es
responsable de que el gránulo presente (Hoseney , Zeleznack et al. 1986; Tang, Watanabe
et al. 2002).
1) Una estructura organizada en forma de anillos (Figura 1.3), las moléculas de amilopectina se
alinean a lo largo de un eje imaginario que se extiende desde el hilio del gránulo hasta el
exterior del mismo.
2) Cierta propiedad semicristalina formando así dos regiones (Figura 1.3), una cristalina y otra
amorfa, que dan al gránulo su característica de birrefrigencia, fenómeno conocido como la cruz
de malta. La región cristalina está formada por cadenas de amilopectina estructuradas en
racimos, mientras que la región amorfa está formada por puntos ramificados entre la amilosa y
la amilopectina.
Fig. 1.3 Estructura del gránulo de almidón (Tomada de (Tester and Debon 2000; Bernal and
Martínez 2006).
Cuando los gránulos de almidón se extraen y se secan, tienen la apariencia de un polvo blanco
y presentan la propiedad de ser insolubles en agua fría. De forma general, presentan una
composición química (Tabla 1.2) con bajos contenidos en proteínas, cenizas, lípidos y el resto lo
Capítulo I. Revisión Bibliográfica.
7
conforma el almidón propiamente dicho. Estos constituyentes en muchas ocasiones definen
ciertas propiedades funcionales, por lo cual la estructura del almidón necesita ser estudiada a
dos niveles distintos:1) a nivel molecular, se refiere a la cantidad, estructura fina, forma y
tamaño de las moléculas que lo conforman y 2) a nivel de estructura supermolecular del gránulo
(Guilbot and Mercier 1985; Biliaderis 1991).
Tabla 1.2 Composición química de gránulos de almidón.
Fuente Humedad (%) Carbohidratos (%) Proteínas Lípidos Cenizas
Arroz 15 83,15 0,45 0,8 0,5
Maíz 13 85,92 0,35 0,6 0,1
Trigo 14 84,59 0,4 0,8 0,15
Sorgo 13 85,92 0,3 0,7 0,08
Papa 19 80,41 0,06 0,05 0,4
Tapioca 13 86,59 0,1 0,1 0,2
Amaranto 6 92,10 0,1 0,4 1,4
Fuente: (Paredes-López, Barba de la Rosa et al. 1990; Pérez -Sira 1997; Thomas and Atwell
1999).
1.2 Almidón de maíz.
El almidón es el principal componente del grano de maíz (Zea mays L.) y por tanto influye
mucho en la funcionalidad como ingrediente en los diferentes usos de la industria alimentaria. El
almidón existe como gránulos discretos con diferentes formas, tamaños, y composición, en
función del genotipo de maíz. Las propiedades específicas del almidón en cada genotipo,
afectan características como textura, volumen, consistencia, humedad y la vida de anaquel de
los alimentos (Raeker, Gaines et al. 1998) .
Un factor que afecta la distribución del tamaño del gránulo de almidón en el endospermo del
grano es el ambiente (Raeker, Gaines et al. 1998; Stoddard 1999). El endospermo está
formado por una región suave (harinosa) y otra dura (vítrea) (Hoseney 1998).Las propiedades
fisicoquímicas de los gránulos de almidón en ambos tipos de endospermo, son diferentes. La
Capítulo I. Revisión Bibliográfica.
8
reactividad (Bertolini, Souza et al. 2003) , las propiedades físicas (Chiotelli and Le Meste
2002) y la composición química (Geera, Nelson et al. 2006) de los gránulos de almidón son
afectadas por su tamaño, el cual también afecta la funcionalidad del grano y permite una amplia
variabilidad de usos.
Según (Tang, Ando et al. 2000), los gránulos más grandes se localizan cerca de la superficie
externa del grano, mientras que los más pequeños tienden a ubicarse cerca del centro. Los
atributos térmicos y funcionales del grano de maíz son función del tamaño del gránulo de
almidón y del contenido de amilosa (Seetharaman, Tziotis et al. 2001).
Según (Narváez González, Figueroa Cárdenas et al. 2007) en una comparación entre granos
duros y suaves de maíz se puede apreciar que los granos duros presentan gránulos de almidón
pequeños, mientras que en los granos suaves dichos gránulos son grandes. Los gránulos
grandes contienen altos niveles de humedad y amilosa aparente, pero bajos niveles de
proteína, además de presentar alta viscosidad pico y retrogradación, pero bajo tiempo y
temperatura para alcanzar la viscosidad pico, El tamaño del gránulo de almidón influencia
grandemente las propiedades térmicas y de pastificado de las harinas de maíz, evidenciándose
una gelatinización más rápida a bajas temperaturas, pero con altas entalpías de los gránulos
más grandes.
1.2.1 Etapas del proceso de obtención de almidón de maíz.
Antes de iniciar el proceso de molienda húmeda, los granos de maíz atraviesan un proceso de
limpieza mecánica, donde se quita todo el material no deseado, como pedazos de mazorca,
ramas y cáscara. Un aspirado remueve paja y desempolva los granos, y los electroimanes
quitan pedazos de metal que pudiera contener (Bemiller, Paschall et al. 1984).
El macerado o remojo, es el paso más importante del proceso ya que con este da inicio la
molienda húmeda. Durante esta etapa, los granos de maíz con una humedad inicial de 12-14%
son remojados de 30 a 40 h, a una temperatura de 48-52ºC, con la finalidad de que el grano
absorba paulatinamente agua con dióxido de azufre (SO2) hasta un 45-50%; los granos con
textura suave o harinosa tienden a absorber agua rápidamente. El SO2 presente y aunado a la
actividad de las bacterias del género Lactobacillus que se generan, suavizan la estructura del
grano, impiden su germinación, hidrolizan enlaces disulfuro (-SS-) de la matriz proteica
debilitando su estructura interna que rodea y retiene a los gránulos de almidón y se solubiliza un
5-7% de los sólidos, constituidos primordialmente por proteínas del germen (albúminas y
globulinas), ácido láctico, minerales, ácido fítico y vitaminas hidrosolubles del complejo B. El
Capítulo I. Revisión Bibliográfica.
9
agua utilizada en esta etapa, por lo general es una mezcla de vapor condensado y agua
desmineralizada, se utilizan para evitar que el almidón se hidrolice por el pH elevado que se
genera (Bemiller, Paschall et al. 1984; Serna 2001).
Con los granos de maíz acondicionados y modificados a través del tratamiento azufrado y
bacteriano, se inicia el proceso de de-germinación, en este paso la mayor parte del germen es
liberado de manera íntegra ya que se tendría el riesgo de liberar lípidos, los cuales serían
absorbidos en su mayoría por el gluten dificultando su extracción. Más de la mitad del almidón y
gluten son liberados en esta etapa. El resultado de la molienda es recuperado mediante
hidrociclones para separar al germen de la mezcla de fibra, almidón y gluten, tomando en
cuenta la densidad de las distintas fracciones obtenidas (Bemiller, Paschall et al. 1984; Serna
2001).
Una vez que se tiene separado el germen, se procede a realizar una molienda al endospermo
con la finalidad de obtener partículas más finas. Mediante tamizado, se logra separar el almidón
que deriva principalmente del endospermo harinoso y gluten del material fibroso; el almidón que
resta de las piezas más grandes de fibra es recuperado de manera más eficiente por lavado. En
este punto el producto principal contiene almidón, gluten y material orgánico soluble.
La baja densidad de las partículas de gluten hidratado (1,1 g/ml), en comparación con el
almidón (1,5g/ml) facilitan su separación por centrifugación generalmente en dos fases: 1) en la
parte superior una capa color amarillo correspondiente al gluten, con 60-70% de proteínas y
2)por otro lado una capa blanca perteneciente al almidón, el cual es lavado y filtrado para quitar
cualquier residuo de gluten que haya quedado. Una segunda centrifugación ayuda a que el
contenido final de proteína alcance un nivel de 0,38% en base seca. Finalmente el almidón se
deshidrata mediante la inyección del producto húmedo en un secador con corriente de aire
caliente (Bemiller, Paschall et al. 1984).
1.3 Almidones modificados.
Los procesos de modificación de los almidones se realizan para introducir alguna funcionalidad
específica deseada cambiando sus propiedades para así obtener mejores productos. Los
almidones modificados son abundantes, funcionales y muy útiles como ingredientes
alimentarios. Las modificaciones pueden ser químicas o físicas.
Las modificaciones químicas comprenden la oxidación, la formación de enlaces cruzados,
estabilización y depolimerización, estas modificaciones producen los mayores efectos en cuanto
a funcionalidad, sin embargo los almidones modificados generalmente son preparados
Capítulo I. Revisión Bibliográfica.
10
mediante combinaciones de dos, tres, y en ocasiones cuatro procesos, las modificaciones
físicas producen productos pregelatinizados y productos capaces de absorber agua fría
(Aguilar 2007).
1.3.1 Modificación física.
La modificación física generalmente conduce a la pregelatinización del almidón, proceso en el
cual los gránulos de almidón nativo se rompen, incrementando su capacidad de solubilizarse en
agua fría, lo que permite su empleo en alimentos de rápida preparación, tales como flanes,
rellenos y salsas, entre otros (Colonna , Doublier et al. 1984; Gonzalez and Pérez 2003).
Los tratamientos térmicos empleados para generar modificaciones físicas pueden efectuarse a
bajos o elevados contenidos de humedad, ya que la cantidad de agua empleada en los
tratamientos calóricos se puede modificar para producir diferentes efectos. Por ejemplo, si se
utilizan tratamientos térmicos en exceso de agua, durante un largo período de tiempo y por
debajo de la temperatura de gelatinización, se logra reducir drásticamente la viscosidad de la
suspensión de almidón. En cambio, si el almidón es sujeto a tratamientos térmicos con valores
de humedad menores al 30%, los efectos que se observan son menos pronunciados (Zobel
1988; Cooke and Gidley 1992; Stute 1992).
Los tratamientos calóricos húmedos provocan cambios en la estructura cristalina de los
almidones, ya que los hacen más susceptibles a la hidrólisis o modificaciones químicas y
enzimáticas. Estos cambios ocurren principalmente a nivel de las regiones amorfas donde se
encuentran ubicadas las moléculas de amilosa; por lo tanto, la sensibilidad de los diversos tipos
de almidón a estos tratamientos es diferente, y depende principalmente de su contenido en
amilosa (Howling 1980; Mali, Grossmann et al. 2005; Martínez, López et al. 2005; Zhang,
Norulaini et al. 2007).
Los gránulos de almidón son insolubles en agua fría, pero se hidratan al calentarse en un medio
acuoso, a este proceso se le conoce como gelatinización. Esto origina la pérdida del orden
molecular (colapso molecular) que se manifiesta dentro del gránulo, cambia de una forma
semicristalina a una forma eventualmente amorfa (Biliaderis , Maurice et al. 1980; Tester
and Debon 2000).
La gelatinización total del gránulo (Figura 1.4) se produce normalmente dentro de un intervalo
amplio de temperatura. Se ha postulado (Biliaderis 1991) que son tres los procesos que
constituyen a este fenómeno. Estos procesos son eventos fuera del equilibrio que a su vez
resultan en los fenómenos meta-estables de gelatinización, gelación y retrogradación del
almidón. Estos eventos son: a) difusión del agua dentro del gránulo de almidón; cuando
Capítulo I. Revisión Bibliográfica.
11
empieza a absorber agua, los puentes de hidrógeno de la región amorfa se rompen permitiendo
que el agua se asocie con los grupos hidroxilos libres, b) fusión de la región amorfa; se
caracteriza por una transición hélice-enrollamiento al azar que es facilitada por la hidratación,
las cadenas de amilosa se difunden en medio acuoso y tienen una mayor movilización
molecular dentro del gránulo, en este punto el hinchamiento es reversible (Camire, Camire et
al. 1990; Tester and Debon 2000) y las propiedades ópticas del grano no se pierden, por
ejemplo la birrefrigencia, y c) desintegración de las zonas cristalinas cuando el calentamiento es
continuo; en este punto el hinchamiento llega a ser reversible debido a la disociación de las
dobles hélices propias de la región cristalina (amilopectina) hasta que finalmente se pierde su
estructura (Lai and Kokini; 1991).
Los geles obtenidos una vez que el almidón ha sufrido la gelatinización, presentan diversas
propiedades las cuales van a depender del contenido de amilosa y amilopectina (Leloup ,
Colonna et al. 1990; Tester and Debon 2000). La temperatura a la cual ocurre este
proceso se le conoce como temperatura de gelatinización (Tg).
Fig. 1.4 Representación esquemática de los cambios en el almidón durante el calentamiento en
exceso de agua (Rooney and Huang 2001).
1.3.2 Modificación química.
Las modificaciones químicas (Figura 1.5) provocan cambios significativos en las propiedades
funcionales del almidón, y generalmente se realizan en un medio acuoso, donde una
suspensión de almidón, usualmente con un 30 a 40% de sólidos, se trata con el reactivo
químico bajo condiciones apropiadas de agitación, temperatura y pH. Cuando la reacción se
completa, el almidón se lleva al pH deseado con un agente neutralizante, se purifica por
subsecuentes lavados con agua y se seca hasta obtener el almidón deshidratado (Belitz and
Grosch 1985; Vian 1994; Bemiller 1997; Van and Vligenthart 1997; Thomas and Atwell
1999; Kaur, Singh et al. 2004; Schmitz, De Simas et al. 2006), señalan que las
modificaciones químicas pueden ser: monofuncionales (uso de anhídrido acético, enlaces éster,
éter y óxido de propileno); polifuncionales (utilizando oxicloruro de fósforo, grupos éster, grupos
Capítulo I. Revisión Bibliográfica.
12
éter y epiclorhidrina); por doble derivación (por ejemplo, empleando anhídrido acético más
oxicloruro de fósforo); oxidativas (oxidación con hipoclorito de sodio por formación de grupos
carboxilos y carbonilos a expensas del grupo hidroxilo) e hidrolíticas (hidrólisis ácidas para el
acortamiento de las cadenas).
El almidón, y sus derivados químicamente modificados, son utilizados en alimentos para
modificar textura, consistencia y apariencia; y también son una fuente para producir
edulcorantes; en donde es necesario realizar una hidrólisis controlada para producir
maltodextrinas o jarabes de glucosa con el poder dulcificante apropiado (Radley 1976).
Fig. 1.5 Modificaciones químicas del almidón (Taggart 2004)
1.3.3 Hidrólisis ácida del almidón.
La destrucción controlada de las cadenas poliméricas o hidrólisis del almidón, a través de
soluciones ácidas o catalizadas por enzimas, dan lugar a la formación progresiva de moléculas
de maltosa, glucosa, dextrinas y otros azúcares. Comercialmente los hidrolizados de almidón
son clasificados con base en la Dextrosa Equivalente (DE), el cual es un indicativo del
contenido de azúcares reductores calculados como D-glucosa en base seca. Los productos
hidrolizados se identifican por el tipo de hidrólisis usado en su fabricación; industrialmente se
utilizan tres tipos: hidrólisis ácida, hidrólisis ácido-enzimática e hidrólisis enzimática (Morales
and Sánchez 2004).
Entre los métodos de modificación química de almidones, mencionados anteriormente, la
técnica de la hidrólisis ácida es una de las más utilizadas en la industria de obtención de
almidones modificados, destinados a la industria de alimentos, papelera y textil (Coultate 1998;
Sitohy, Said et al. 2000; Wang, Troung et al. 2003).
El procedimiento tradicional para obtener almidones por modificación ácida consiste, en
términos generales, en tratar una suspensión concentrada de almidón a una temperatura menor
que la temperatura de gelatinización, con soluciones diluidas de un ácido mineral (HCl ó H2SO4)
Capítulo I. Revisión Bibliográfica.
13
durante cierto período de tiempo, provocando modificaciones superficiales que debilitan la
estructura de los gránulos de almidón (Wurzburg 1986; Wang, Jinglin et al. 2007).
En la hidrólisis ácida, los enlaces glucosídicos α(1-4) y α(1-6) que mantienen unidas a las
moléculas de anhidro D-glucosa, se rompen al azar, con formación intermediaria de maltosa
(disacárido constituido por dos unidades de glucosa) y dextrinas (polímeros de glucosa solubles
en agua); para su conversión final, dependiendo el grado de hidrólisis, en moléculas de D-
glucosa (Beyer, Barluenga et al. 1987; Jury, Armada et al. 1994; Coultate 1998) (Figura
1.6).
Fig. 1.6 Modificación química de la molécula de almidón por hidrólisis ácida. (Beyer, Barluenga
et al. 1987).
La acción del ácido es romper enlaces glucosídicos e introducir los elementos del agua en los
puntos de ruptura. La hidrólisis se logra cuando los gránulos son expuestos a la acción de
ácidos minerales diluidos y luego a calentamiento de la mezcla, retornando la molécula de
almidón a su forma original, es decir, a monómeros principales de D-glucosa. El ácido se
neutraliza y se recupera del producto tras lavado y desecación. El rendimiento de la reacción
ácida, es función de la concentración del ácido, del almidón y la temperatura.
Este sistema es aplicable cuando se desea conseguir productos en un rango de DE de 20-58,
los ácidos más comúnmente utilizados son el Clorhídrico y el Sulfúrico (Morales and Sánchez
2004). Los almidones modificados por hidrólisis ácida muestran elevadas temperaturas de
gelatinización, una rápida cocción, baja viscosidad de la pasta en caliente, geles con buenas
características al enfriar y pastas mucho más claras (Wang and Wang 2001; Olayide 2004;
Lawal, Abebowale et al. 2005) .
1.3.4 Hidrólisis Enzimática del Almidón.
Capítulo I. Revisión Bibliográfica.
14
Este proceso consiste en la utilización de enzimas como catalizadores para romper las
moléculas de almidón, obteniéndose productos semejantes a la de la hidrólisis ácida. El tipo de
enzimas más utilizada en el proceso son las amilasas, siendo las más conocidas la α-amilasa y
la β-amilasa, las primeras desdoblan el almidón en glucosa y maltosa; se caracteriza por la
facilidad de fragmentación de los almidones en dextrinas reductoras, que no dan color en el
yodo, y la segunda, convierte la totalidad del almidón en glucosa (Agronet.; 2006).
Este proceso se utiliza para obtener hidrolizados con DE de 73 o más, debido a que se
garantiza menor concentración de impurezas tales como ácido orgánico, cenizas y productos
coloreados. El producto así obtenido es la materia prima para la fabricación de jarabes con alto
contenido de fructuosa y en la dextrosa cristalina (Morales and Sánchez 2004).
Para una eficiente hidrólisis enzimática del almidón por las amilasas conviene que esté
gelatinizado, por lo que se realiza un cocimiento del almidón antes de la adición de dichas
enzimas (Reyna, Robles et al. 2004).
Existen dos fases dentro del proceso de hidrólisis enzimática. Primero, la licuefacción y
segundo la sacarificación. La licuefacción se lleva a cabo en presencia de alfa-amilasa o beta-
amilasa, mientras que la sacarificación, que es la conversión de almidón a glucosa, en
presencia de glucoamilasa o pululanasa (Agronet.; 2006).
1.3.4.1 Enzimas degradadoras de almidón.
Las enzimas son catalizadores ideales para la industria alimentaria debido a su eficiencia,
acción específica y su alta purificación y estandarización. En los últimos años, se ha realizado la
hidrólisis enzimática del almidón para la obtención de maltodextrinas y jarabes a nivel industrial,
ya que se producen jarabes de mayor calidad, pues se tiene un control de la reacción, una
mayor especificidad de los productos obtenidos, menores requerimientos energéticos y la
ausencia de sabores indeseables, lo cual ha desplazado a la hidrólisis ácida que era utilizada
anteriormente. Sin embargo, las condiciones de operación están limitadas por las propiedades
de cada una de ellas, esto es, cada enzima actúa en condiciones de pH y temperaturas
específicas, lo cual constituye un problema para la industria al incrementar los costos o al
disminuir la eficiencia y calidad de los productos (Olsen 1995; López-Munguía 2002; Montes-
Horcasitas and Magaña- Plaza 2002) .
Existen básicamente cuatro grupos de enzimas que transforman el almidón (Figura 1.7):1)-
Endoamilasas,2)-Exoamilasas,3)-Enzimas desramificantes,4)-Isomerasas.
Las endoamilasas son capaces de romper enlaces α, 1-4 glicosídicos presente en la parte
inferior (endo-) de la cadena de amilosa o amilopectina. La α-amilasa es una endoamilasa bien
Capítulo I. Revisión Bibliográfica.
15
conocida y se halla en una amplia variedad de microorganismos como arqueas y bacterias. Las
exo-amilasas, también rompen enlaces α,1-4 glicosídicos tales como las β-amilasas o rompen
ambos enlaces α,1-4 y α,1-6 glicosídicos semejante a la amiloglucosidasa o glucoamilasa y α-
glucosidasa. Actúan sobre los residuos de glucosa externos de la amilosa y la amilopectina y
así producen solamente glucosa (glucoamilasa y α-glucosidasa), o maltosa y dextrinas limite β-
(β-amilasa). Las desramificantes hidrolizan los enlaces α-1,6 glucosídicos (Pandey, Nigam et
al. 2000) .
Fig. 1.7 Diferentes enzimas involucradas en la degradación de almidón. La estructura de anillo
abierto simboliza el terminal reductor de la molécula de poliglucosa.
1.3.4.1.1 α-Amilasas.
Las α-amilasas son enzimas que catalizan la endohidrólisis de los enlaces α-1,4-glucosídicos de
polisacáridos con más de tres unidades de D-glucosa unidas por enlace α-1,4 (Godfrey 1996) y
se encuentran ampliamente distribuidas entre los microorganismos. Son endoamilasas que
liberan cadenas de poli y oligosacáridos de longitudes variables.
Las aplicaciones comerciales de α-amilasas son numerosas; probablemente el volumen más
grande es usado para la disminución del almidón en el proceso de licuefacción en las industrias
del azúcar, alcohol, cerveza y en la producción de jarabes glucosados (Vihinen and Mantsala
1989).
La α-amilasa es clasificada como endoenzima y se le conoce como enzima tijera, el proceso de
conversión de almidón a dextrinas con esta enzima es conocido como licuefacción (reducción
de viscosidad). Su inmensa mayoría trabajan óptimamente a pH`s de 5,5-7 y son termoestables
(trabajan de 85-950C), aunque resisten temperaturas de 1300C, producen jarabes c glucosados
con un ED entre 15-25%. (Serna 2011).
Al utilizar amilasas, es preciso mantener un proceso de cocción que favorezca la dispersión y la
aceleración del rompimiento de las cadenas de almidón. Las amilasas actúan sobre el almidón
dependiendo del origen de este, puesto que la composición del mismo cambia según su origen,
es decir, el almidón consta de amilopectina y amilosa, con porcentajes de mezcla en un
Capítulo I. Revisión Bibliográfica.
16
intervalo de 75 a 80 de amilopectina. Además, la amilosa se compone de unidades de glucosa
enlazadas (tipo α-1,4 glicosídico) en cadenas longitudinales pueden contener aproximadamente
de 70 a 100 unidades de glucosa. Todo esto depende del origen del almidón (Agronet.; 2006).
1.3.4.1.2 Bialfa-T.
Es una enzima amilolítico líquido 1,4-α-D-glucan-4-glucanohidrolasa de calidad alimentaria,
producida por fermentación sumergida del Bacillus licheniformis. Esta enzima hidroliza al azar
los enlaces glucosídicos alfa-D-1,4 del almidón produciendo dextrinas solubles y oligosacáridos,
es termoestable, actúa bien a niveles bajos de pH siendo mucho más estable. El rango óptimo
de temperatura está entre 95-1050C y su actividad es de 120.000UB/gramo, la Bialfa-T fue
desarrollada para promover la licuefacción (dextrinización) del almidón y producción de
maltodextrinas. Contiene calcio fuertemente ligado; pequeñas cantidades adicionales de calcio
estabilizan aún mejor el enzima a temperaturas por encima de los 600C, y concentraciones de
calcio de 30 a 75 ppm son adecuados para el uso del enzima a temperaturas de hasta 1100C
(Velamar.; 2013).
1.3.4.1.3 Glucozyme 2X.
Es una enzima amiloglucosidasa producida por la fermentación de una cepa de Aspergillus
niger, es una exo-1,4-α-glucosidasa (1,4D-Glucan glucanohidrolasa) que cataliza la liberación
de sucesivas unidades de glucosa a partir del final de las cadenas de almidón licuado. La
enzima puede hidrolizar tanto las ramificaciones α-D-1,6 como los enlaces poliméricos alfa-D-
1,4 del almidón. Presenta una relación elevada entre alfa-holoamilasa acidurica y
amiloglucosidasa que potencia el grado de hidrólisis de los enlaces alfa-D-1,4, trabaja a
temperatura óptima entre 58-600C y su pH es de 4-5,5 presentando una actividad de 400
AGU/ml (Velamar.; 2013).
1.4 Comparación entre hidrólisis ácida y enzimática del almidón.
Las reacciones para obtener jarabe de glucosa a partir del almidón pueden ser: hidrólisis ácida
o hidrólisis enzimática. La hidrólisis enzimática en los últimos años ha desplazado a la hidrólisis
ácida, debido a que se dispone de nuevas enzimas. La mayor parte de los procesos que
realizan hidrólisis de almidón usan proceso enzimático. Esto se debe a las ventajas que ofrece
el mismo, como lo es: el control de la formación de productos no deseables (Quitiguiña and
Santacruz 2012).
Cabe destacar que la obtención de jarabes glucosados por vía ácida trae consigo una serie de
desventajas con respecto a la hidrólisis enzimática debido a que esta produce cantidades
significativas de sal, el criterio de selectividad es bajo con respecto a la hidrolisis enzimática
Capítulo I. Revisión Bibliográfica.
17
debido a que las enzimas actúan sobre enlaces específicos al contrario de este proceso; se
utiliza un mayor volumen de cal activada para remover compuestos coloridos y compuestos
responsables de olores y sabores indeseables y se produce furfural y otros inhibidores que van
en contra de la calidad del producto (Herrera and Meers 2013).
Entre las enzimas que se usan para la hidrólisis del almidón se tienen la α-amilasa (α- 1,4-
DGlucano-hidrolasa) que hidroliza los enlaces glucosídicos α-1,4 de los polisacáridos que
poseen 3 o más unidades de D-glucosa. El ataque se hace en forma no selectiva tipo endógeno
sobre varios puntos de la cadena simultáneamente, generando polímeros de 3 o más unidades
de glucosa (Badui 2006). La amiloglucosidasa es una exohidrolasa (ataca la última unión
glucosídica del extremo no reductor) también conocida como glucoamilasa, que hidroliza los
enlaces glucosídicos α-1,4 y α-1,6 de la amilosa y la amilopectina (Carrera 2002).
(Surmely 1996) relata las ventajas de la hidrólisis enzimática en comparación con la hidrólisis
ácida.
La neutralización de una hidrólisis ácida produce cantidades significativas de sal, mientras
que en una hidrólisis enzimática, las cantidades minerales son mínimas, permitiendo del uso
de resinas trocadoras de iones para remover las sales formadas y obtener siropes de
conductancia leve.
En la hidrólisis enzimática, el volumen de cal activada usada para remover compuestos
coloridos y compuestos responsables de olores y sabores indeseables es menor.
Simplificación de la línea de producción, con reactores unitarios de licuefacción,
sacarificación y decoloración.
La hidrólisis enzimática posibilita la fabricación de una completa gama de hidrolizados, con
una misma línea de equipamientos.
A pesar de todas estas ventajas, los costos elevados de líneas de procesamiento y de las
enzimas son factores restrictivos para el uso de esta tecnología.
En la modificación enzimática son usadas enzimas para la hidrólisis de almidón, particularmente
para la producción de dextrinas y glucosa. Entre las más utilizadas se encuentran la α-amilasa,
amiloglucosidasa, β-amilasa, pululanasa y la glucosa isomerasa, las cuales son ampliamente
usadas para la obtención de jarabes de glucosa, maltodextrinas y glucosa cristalina (dextrosa);
dextrinas y maltosa especializadas pueden ser obtenidas con β-amilasa (Tester and Karkalas
2002).
Capítulo I. Revisión Bibliográfica.
18
Tabla 1.3 Historia de la Hidrólisis del Almidón.
Época Materia prima Almidón 30-45% materia seca
Hasta los 50
Acidificación (HCl pH=1,5) Hidrólisis (T= 150°C a presión) DE=función del tiempo de hidrólisis Con 45 min: DE= 90 con 86% glucosa
Hasta los 60
Acidificación (HCl pH=1,5) Hidrólisis (5-10 min, T=150°C-DE=12 a 20 Reacción con AMG (pH=4-4,5 T=60°C por 3 días) Jarabe de gucosa: DE=90-92
Entre los 60 y 70
Licuefacción con α-amilasa (pH=5,5-7 T=70-90°C) DE=20-30 Sacarificación con AMG(pH=4-4,5 T=60°C 48-100h) Jarabe de glucosa: DE=96-98 (92-96% glucosa)
Después de los 70
Licuefacción con α-amilasa termorresistente (6 min a 105°C, 2 h a 95°C) -DE=8-12 Sacarificación con AMG (pH=4-4,5 T=60°C 48-100 h) Jarabe de glucosa: DE=96-98 92-96% glucosa
Fuente: López-Munguía, 2002.
1.5 Industria de las maltodextrinas y los jarabes de glucosa.
Las maltodextrinas se definen como los productos de la hidrólisis parcial del almidón, las cuales
son comúnmente caracterizadas por su grado de hidrólisis, expresado como DE, con valores
menores de 20, obtenidos de almidones de diferente origen. Las maltodextrinas son
carbohidratos fácilmente digeribles con el uso de ácido y/o enzimas que rompen el almidón en
polímeros pequeños (un proceso similar al utilizado por el organismo de digerir hidratos de
carbono (Dokic, Jakovijevic et al. 2004)(GPC, 2008).
El dulzor es un sabor agradable que es perfectamente distinguido por el hombre. Los
edulcorantes son aditivos que confieren sabor dulce a los alimentos. Dentro de los edulcorantes
se destacan los jarabes de glucosa, que pueden ser obtenidos con diferentes composiciones y
propiedades físicas en dependencia del tipo de hidrólisis que se lleve a cabo, ya sea enzimática
o ácida (Tabla 1.4 y 1.5) (Fálder-Rivero 2004).
Capítulo I. Revisión Bibliográfica.
19
Tabla 1.4 Composición estándar de un jarabe de glucosa obtenido mediante hidrólisis
enzimática del almidón.
Componentes % en base seca
Glucosa 94-96
Maltosa 2-3
Maltotriosa 0,3-0,5
Oligosacáridos 1-2
Materia seca en jarabes 35-37
Fuente: López-Munguía, 2002.
Tabla 1.5 Composición estándar de un jarabe de glucosa obtenido mediante hidrólisis ácida del
almidón.
Componentes % en base seca
Glucosa 20
Maltosa 19,7
Dextrinas 38,9
Oligosacáridos 21,4
Fuente: Tecnología de Producción de Sirope de Glucosa Ácida. UEB Glucosa Cienfuegos.
1.5.1 Jarabes Glucosados.
Los jarabes de glucosa se usan de acuerdo a sus diversas concentraciones en varias industrias
tales como: panadería, confitería, procesado de frutas, alimentos compuestos, bebidas
alcohólicas, misceláneos, bebidas frías, etc. (Schenck.; and Hebeda.; 1992) .
Los jarabes de glucosa y dextrina son fabricados principalmente del almidón, aquí las cadenas
de amilosa se hidrolizan a unidades de dextrina y de glucosa. La proporción de estos determina
la efectividad del método de hidrólisis (ácido o enzimático) y el tiempo de reacción. Las enzimas
constituyen entonces el método más utilizado para convertir almidones en jarabes.
Tabla 1.6. Caracterización del jarabe de dextrina-glucosa.
Descripción
Color
DE*
pH
Conteos totales de
mesófilos aerobios
(UFC/g)
Líquido dulce,
viscoso
Transparente a
amarillo claro
40-42 4,2-7,2 ˂1*104
*= Equivalente de Dextrosa.
Capítulo I. Revisión Bibliográfica.
20
1.5.2 Producción y usos de jarabes de glucosa.
Las propiedades funcionales más importantes de los jarabes de glucosa son su poder
edulcorante, viscosidad, higroscopicidad y regulación de la actividad de agua, temperatura de
cristalización, pardeamiento, efecto en el punto de ebullición y fermentación. Generalmente, los
jarabes de glucosa no son cristalizables a temperatura ambiente si los contenidos de dextrosa
son inferiores a 40 %. El poder edulcorante de los jarabes de glucosa depende de la
concentración y combinación de los azúcares, así como de la temperatura; aumentando a
mayores temperaturas y ante la presencia de otros componentes alimentarios como las sales.
La calidad de los jarabes de glucosa se determina por el factor de DE, el cual indica el
porcentaje de azúcar reductor que se encuentra en la materia seca de cada tipo de jarabe de
glucosa (Bedolla-Bernal 2004; Tate.; and Lile.; 2005). El jarabe de glucosa se clasifica de las
siguientes formas por su valor de DE.
DE: 20-38 de baja conversión
DE: 39-43 de conversión normal
DE: 44-58 de conversión media.
DE: 59-67 de conversión alta.
DE: 68 o más, de conversión extrema.
Los jarabes con un DE de 39 a 43 son los más utilizados en el mercado por ser económicos y
de excelentes características fisicoquímicas y bacteriológicas. Se emplean en numerosos
productos, principalmente para prevenir la cristalización del azúcar, retener humedad, impartir
viscosidad y como fuente de carbohidratos en algunos procesos (Bedolla-Bernal 2004; ALMEX
2006).
Tabla 1.7 Usos comerciales de los derivados del almidón y enzimas involucradas.
Tipo de Jarabe Uso Enzima Clave Fuente de la Enzima
Maltodextrinas Espesante α-amilasa Bacillus licheniformis
Glucosa Edulcorante Glucoamilasa Aspergillus niger
Fructosa Edulcorantes Glucosa-Isomerasa
Streptomyces spp.
Fuente: (Johnson-Green 2002).
Durante el proceso de obtención de jarabe de glucosa se involucran dos etapas enzimáticas:
a) La licuefacción del almidón por la enzima α-amilasa.
b) La sacarificación, en donde se emplea la glucoamilasa.
Capítulo I. Revisión Bibliográfica.
21
a) Licuefacción.
En el proceso de licuefacción, la dispersión de almidón en agua a altas concentraciones
(hasta 45 %) es calentada para realizar la gelatinización, por lo que se utiliza una α-amilasa
termo-resistente que permite que se efectúen la gelatinización y la licuefacción de manera
simultánea. La alta temperatura (900C) y la fuerza mecánica permiten una rápida gelatinización.
El proceso de licuefacción, generalmente se lleva a cabo con agitación y a una temperatura de
80 a 1200C, de acuerdo a la fuente del almidón de que se trate. Posteriormente, la temperatura
se disminuye entre 70 y 900C para adicionar α-amilasa. La reacción se realiza durante un
período de 90 a 120 minutos. El hidrolizado obtenido contiene como principales productos,
maltosas y maltotriosas, además de α-dextrinas. Finalmente, se realiza una centrifugación para
separar el almidón no hidrolizado (López-Munguía 2002; Flores-Gorosquera 2003).
b) Sacarificación.
Esta etapa se efectúa utilizando la enzima amiloglucosidasa (AMG) a una temperatura de 600C,
con un pH de 4,5. Posteriormente, se adiciona la enzima y se realiza la reacción de 24 a 48
horas. Al término de la hidrólisis, el jarabe es purificado mediante filtración y tratamiento con
carbón activado. Posteriormente se evapora la solución para finalmente cristalizar la glucosa
(López-Munguía 2002; Flores-Gorosquera 2003).
Los jarabes de glucosa se utilizan para la elaboración de una amplia variedades de productos
alimenticios: bebidas suaves, confitería, productos cárnicos, productos horneados, helados,
salsas, alimentos para bebés, frutas enlatadas, jaleas, cajetas, así como en conservas (Olsen
1995; Montes-Horcasitas and Magaña- Plaza 2002; ALMEX 2006) .
1.5.2.1 Obtención de jarabes de glucosa con bajo ED por vía enzimática. Hidrólisis-
Gelatinización simultáneas.
(Velazco, Quintero et al. 2012) describen una nueva invención en el proceso para la
producción de maltodextrinas y jarabes de glucosa a partir de almidones, el cual está
compuesto por las siguientes etapas:
1.5.2.1.1 Licuefacción.
La etapa de licuefacción involucra la hidrólisis parcial del almidón, con la consecuente pérdida
de viscosidad. El almidón gelatinizado es literalmente licuado por hidrólisis parciales, mediante
enzimas, que producen la destrucción de las cadenas poliméricas del almidón (amilosa y
Capítulo I. Revisión Bibliográfica.
22
amilopectina) dando lugar a cadenas de menor tamaño. Después de ocurrir la gelatinización
puede ocurrir una etapa de gelificación, la cual genera subproductos indeseados que
desmejoran la calidad del producto y reduce la eficiencia del proceso porque requiere trabajarse
un tiempo considerable a altas viscosidades, generando mayores consumos de energía y por
ende mayores costos operacionales. Los tiempos de contacto enzima/almidón en la etapa de
gelificación para lograr los valores de equivalente de dextrosa (ED) y la duración del proceso
general, son muy prolongados afectando la productividad. En este sentido se pretende evitar la
etapa de gelificación, y llevar a cabo una licuefacción de manera gradual, realizando múltiples
adiciones de materia prima y enzima al reactor. En la primera adición se carga agua, almidón y
enzima al reactor, en la segunda y posteriores adiciones solo se carga almidón y enzima al
reactor. La novedad del proceso se encuentra en la adición dosificada de almidón y enzima al
reactor. El proceso comienza precalentando agua a 55 °C, se adiciona almidón hasta lograr una
concentración entre el 6% y el 35% p/p, se ajusta el pH de 4,5 a 6 utilizando una solución de
HCI o NaOH y se adiciona la enzima α-amilasa. Luego, se eleva la temperatura hasta 95 °C de
manera gradual, con una rampa de calentamiento (entre 1 y 6°C/min) y se deja reaccionar de 5
a 60 minutos, obteniéndose un producto intermedio denominado maltodextrina, cuyo grado
equivalente de dextrosa (ED) se encuentra entre 5 y 20, dependiendo del tiempo de reacción
mencionado. Para la segunda y posteriores adiciones de materia prima, primero se baja la
temperatura de la solución a 55 °C, se ajusta nuevamente el pH (entre 4,5 y 6), se adiciona
almidón y enzima fresca manteniendo la relación enzima/sustrato. El objetivo de reducir la
temperatura es detener completamente la reacción dentro del reactor antes de agregar una
nueva carga de material fresco. Se adiciona almidón para incrementar su concentración hasta el
70% p/p, ya sea con dos o más adiciones de almidón y enzima fresca. Después de la adición de
almidón y enzima fresca, se eleva nuevamente la temperatura hasta 95 °C y se deja reaccionar
la solución el tiempo necesario hasta alcanzar el ED requerido, dependiendo del producto a
fabricar. En esta etapa de licuefacción las moléculas de agua alrededor de los gránulos rompen
los enlaces tipo Van der Vals entre las cadenas poliméricas de almidón en el interior del gránulo
y éstos se hinchan aumentando la viscosidad de la suspensión de almidón.
Algunas moléculas cortas de amilosa se disuelven y se difunden fuera de los gránulos, las
cuales son inmediatamente hidrolizadas por la enzima; las moléculas más largas de amilosa,
que refuerzan la estructura de los gránulos al igual que las de amilopectina se van liberando,
gelatinizando e inmediatamente son hidrolizadas, evitando así el aumento fuerte de la
Capítulo I. Revisión Bibliográfica.
23
viscosidad como se reporta en la literatura técnica para las suspensiones de almidón
gelatinizado.
La enzima de licuefacción es α-amilasa (como por ejemplo la Liquozyme supra 2,2X de
Novozyme®), y es empleada a una concentración de 0,40 a 1,5 kg de enzima por tonelada de
almidón (relación enzima/sustrato).
La hidrólisis parcial del almidón, denominada licuefacción, es la ruptura de los enlaces α-1-4
glucosídicos de las cadenas poliméricas de almidón, con la enzima α-amilasa y en presencia de
agua, hasta alcanzar equivalentes de dextrosa (ED) inferiores a 20. La hidrólisis parcial del
almidón da como resultado la maltodextrina la cual se compone de una mezcla de sacáridos,
polisacáridos y oligosacáridos con amplias distribuciones de pesos moleculares. La
composición de los jarabes de malto dextrina se asocia comúnmente al ED, de tal forma que un
ED inferior a 20 se denomina dextrina y un ED superior a 20, y menor de 100, se denomina
glucosa.
Lo que se logra con las múltiples adiciones de almidón y enzima es incrementar gradualmente
la concentración de sólidos porque sólo se adiciona agua en la primera licuefacción. Para
realizar la segunda y posteriores adiciones de almidón y enzima, primero se disminuye la
temperatura lo que disminuye la cinética de la hidrólisis al mínimo, es decir, se detiene la
licuefacción, seguidamente se adiciona nuevo almidón y enzima fresca y se ajustan
nuevamente las condiciones para continuar con la licuefacción, es decir, se aumenta la
temperatura hasta 95 °C, se ajusta pH y se deja el tiempo requerido de reacción hasta lograr el
ED deseado. En esta etapa se concentra el hidrolizado porque no se adicionó agua pero sí
almidón, además las dextrinas producto de la etapa inicial también son hidrolizadas en la
segunda reacción porque en sus moléculas hay presencia de enlaces α-1-4 glucosídicos. Si se
desea, se pueden hacer más de dos adiciones dosificadas de materia prima hasta alcanzar un
contenido de sólidos de 70% dentro del reactor.
La ventaja de adicionar el almidón y la enzima de manera gradual es debido a que se puede
hidrolizar la mayor cantidad de almidón posible (cerca al 70% p/p); es decir se tiene un
hidrolizado al que, dependiendo de las aplicaciones, no es necesario retirarle el exceso de agua
en etapas posteriores de concentración lo cual implica una mayor demanda de energía, uso de
equipos, y procesos físicos de separación. La hidrólisis descrita anteriormente se puede hacer,
por ejemplo en reactores por lotes {Múltiple Batch Reactor) y/o reactores de flujo continuos
{Multistage Continuous Reactor, "Submarine") modificados para que alguna etapa del reactor
permita la modificación de la temperatura, y en otra la adición de almidón y enzima.
Capítulo I. Revisión Bibliográfica.
24
En la presente invención se realizó además una mejora en el proceso de desactivación de las
enzimas, pues en la literatura se encuentra que se debe bajar el pH por debajo de 2, dejar
10 minutos y subir nuevamente el pH al valor previo (entre 4,5 y 6) pero este procedimiento no
desactiva completamente la enzima. La mejora consiste en que la enzima es desactivada
totalmente a pH inferior a 3 durante 40 minutos a 95°C, garantizando que no haya más hidrólisis
del almidón y por tanto, las propiedades físico químicas del producto son constantes en el
tiempo. Esto se ha probado para almidones de diferentes proveedores.
El tiempo de contacto enzima/almidón, en la etapa de licuefacción, reportado en la literatura
técnica partiendo de suspensiones agua almidón al 30% p/v, que es de 100 minutos, es
mejorado dramáticamente en la presente invención, reduciéndose a 30 minutos. Cuando se
gelatiniza el almidón, la suspensión aumenta la viscosidad, pero bajo las condiciones de esta
invención el almidón se va gelatinizando e inmediatamente comienza a hidrolizarse impidiendo
que aumente la viscosidad, facilitando la interacción enzima-almidón disminuyendo así el
tiempo de esta etapa.
En el estado de la técnica en la etapa de licuefacción con diferentes amilasas para lograr
jarabes licuados con un ED entre 4 y 8, se requieren 60 minutos de contacto con la enzima,
mientras que con el proceso de esta invención, para lograr ese rango de ED, se requieren entre
15 y 25 minutos. Esto representa una disminución a menos de la mitad del tiempo con el
consiguiente ahorro de energía y aumento de la productividad.
1.5.2.1.2 Sacarificación.
Cuando lo que se desea es la obtención de jarabe de glucosa, se incluye al final del proceso
anterior, una etapa de sacarificación, en la cual se adiciona a la solución de la etapa anterior la
enzima glucoamilasa en una concentración de 0,8 a 1,5 g/Kg de sustrato. La reacción es
llevada a cabo a un pH entre de 4 y 6 y a una temperatura entre 50 °C y 65 °C alcanzando un
ED entre 40 y 60 en un tiempo entre 90 y 120 minutos de reacción.
Una vez transcurrido el tiempo requerido de reacción, la enzima glucoamilasa es desactivada
calentando la solución hasta 95 °C durante 40 minutos. Los procesos enzimáticos para la
producción de glucosa requieren de una etapa de sacarificación después de la licuefacción del
almidón. Esta etapa se efectúa con una enzima conocida como amiloglucosidasa o
glucoamilasa, de origen microbiano, la cual tiene la característica de ser una exoamilasa que
Capítulo I. Revisión Bibliográfica.
25
libera glucosa fundamentalmente de enlaces 1 -4 del almidón pero también de enlaces 1 -6,
aunque a una velocidad inferior, lo que permite hidrolizar las dextrinas.
Las enzimas α-amilasa y glucoamilasa son retiradas de los productos por métodos físicos de
separación conocidos, tales como ultrafiltración o centrifugación entre otros. Los jarabes de
glucosa son una mezcla entre una solución acuosa de D- glucosa, maltosa y otros
oligosacáridos llamados dextrinas. Los jarabes de D- Glucosa vienen comúnmente
caracterizados por su equivalente de dextrosa (ED).
1.6 Dextrosa Equivalente.
El término dextrosa equivalente (ED) se define como el porcentaje de azúcares reductores
expresado como dextrosa respecto al total de sólidos o peso seco de jarabe. Para poder
entender la transformación de almidón, el concepto de ED es importante, y es una manera de
expresar porcentualmente los enlaces glucosídicos que se han hidrolizado; midiendo el poder
reductor de la glucosa dividido entre el total de carbohidratos (Marchal, A.M.J et al. 1999). Un
producto con un valor en su ED de 20, significa que 100 partes del mismo pueden reducir la
misma cantidad de Cu++ en una solución Fehling a Cu+ como 20 partes de D-glucosa pura
(MacAllister 1979; Luenser 1983; Bedolla-Bernal 2004).
El nivel de dulzor del jarabe de glucosa aumenta a medida que aumenta el ED (Tabla 1.8). La
viscosidad del jarabe de glucosa depende del grado de hidrólisis (ó ED), materia sólida, y
temperatura. La viscosidad aumenta a medida que aumenta el ED, así como también existe una
disminución del punto de congelación, debido al porcentaje de azúcares reductores (Molina
1999; GPC 2008).
Capítulo I. Revisión Bibliográfica.
26
Tabla 1.8. Propiedades funcionales de los derivados de almidón en relación con sus valores de
ED.
Propiedades Valor de ED
Bajo Alto
Dulzor
Higroscopicidad
Depresión del punto de congelación
Evaluación del punto de ebullición
Presión Osmótica
Reacción de pardeamiento
Fermentabilidad
Potenciación del sabor
Viscosidad
Inhibición de la cristalización
Agente de cuerpo
Estabilizador de espuma
Fuente: Bedolla-Bernal, 2004
Capítulo II: Desarrollo Experimental.
27
CAPÍTULO II: Desarrollo experimental.
El presente capítulo tiene como objetivo estudiar las variables que influyen en el proceso de
obtención de jarabes glucosados por vía enzimática, teniendo en cuenta las especificaciones
físico-químicas de la hidrólisis ácida.
2.1 Proceso de obtención de jarabes glucosados.
2.1.1 Materiales y Métodos.
Se preparó una suspensión al 30% p/p almidón-agua (Serna, 2011; Medina, 2015) en beakers
de dos litros de capacidad, adicionando agua destilada al almidón previamente pesado; en
volumen de 1000 ml se añadieron 300g de almidón. En los procesos de licuefacción-
sacarificación del almidón fueron empleadas enzimas comerciales. En la etapa de licuefacción o
dextrinización se utilizó Bialfa-T que es una enzima amilolítico líquido producida por
fermentación sumergida del Bacillus licheniformis, que hidrolizan al azar los enlaces
glucosídicos alfa-D-1,4 del almidón produciendo dextrinas solubles y oligosacáridos. Esta
enzima produce jarabes con ED entre 15-25%, trabajando óptimamente a pH entre 5-7 y son
termoestables (trabajan de 95-1050C), aunque resisten hasta 1100C y presentan una actividad
enzimática de 120000UB/gramo (Velamar, 2013). En la etapa de sacarificación se utilizó la
enzima Glucozyme 2X, que es una amiloglucosidasa producida por la fermentación de una cepa
de Aspergillus niger, es una exo-1,4-alfa-glucosidasa que cataliza la liberación de sucesivas
unidades de glucosa a partir del final de las cadenas de almidón licuado, puede hidrolizar tanto
las ramificaciones alfa-D-1,6 como los enlaces poliméricos alfa-D-1,4 del almidón, por lo que
convierte a las dextrinas en glucosa. Trabaja a pH en el rango de 4-5,5 y su temperatura óptima
es de 58-60 °C reportando una actividad para dichas condiciones de trabajo de 400 AGU/ml
(Velamar, 2013). En el (Anexo 1) y (Figura 2.1) se muestran las etapas y el esquema general
del proceso de licuefacción-sacarificación del almidón de maíz respectivamente.
Capítulo II: Desarrollo Experimental.
28
Fig. 2.1 Esquema general del proceso de hidrólisis enzimática.
2.1.1.1 Caracterización del sustrato empleado (almidón de maíz).
Tabla 2.1 Características físico-químicas y propiedades organolépticas del almidón de maíz.
Características físico-químicas
Humedad en % 13 máx.
Cenizas en % ( base seca) 0,30 máx.
Proteínas en % ( base seca) 0,80 máx.
pH 5,0-7,0
Propiedades organolépticas
Aspecto Polvo fino libre de impurezas.
Color Blanco
Olor Característico
Capítulo II: Desarrollo Experimental.
29
2.1.1.2 Diseño experimental para el proceso de obtención de jarabes glucosados.
Se utilizó un diseño experimental en pantalla del tipo 2k con un punto central y con réplica para
cada uno de los experimentos, dando un total de 10 experimentos. Las variables
independientes y sus niveles se muestran en la tabla 2.3, estos niveles referentes a las
concentraciones de enzimas α-Amilasa (Bialfa T) y Amiloglucosidasa (Glucozyme 2X) se
tomaron a partir de lo reportado por (Velazco, Quintero et al. 2012) donde se desea obtener un
jarabe con alto Brix y bajo ED, el cual se corresponde con el obtenido en la hidrólisis ácida .
Los niveles de las concentraciones de ambos tipos de enzimas se toman en los intervalos
mostrados en la Tabla 2.3, menores que lo reportado en (Velazco, Quintero et al. 2012)
teniendo en cuenta que se trabaja con almidón de maíz en lugar de almidón de yuca; y el
almidón de maíz es más susceptible a las transformaciones enzimáticas que el de yuca.
Además se tuvo en cuenta lo reportado por (Nieblas, 2015), y se tomaron intervalos menores
de concentraciones; considerando que el objetivo es obtener un jarabe glucosado con bajo
contenido de ED, y teniendo en cuenta que la concentración de sustrato utilizada es de 30%p/v,
menor que la utilizada por (Nieblas, 2015) de 35% p/v.
Tabla 2.2 Matriz del diseño experimental
Experimentos X1 X2
1 + -
2 - +
3 + +
4 0 0
5 - -
6 + -
7 - +
8 + +
9 0 0
10 - -
Capítulo II: Desarrollo Experimental.
30
Tabla 2.3 Variables independientes y sus niveles.
Variables Niveles
Concentración de α-Amilasa (X1) 0,05-0,08% p/p
Concentración de Amiloglucosidasa (X2) 0,05-0,1% p/p
2.1.1.3 Descripción del proceso de obtención de jarabes desarrollado en el laboratorio.
Etapa de licuefacción o dextrinización: Una vez preparada la suspensión de almidón al 30%
p/v se procede a ajustar el pH a un valor entre 5,5-6 empleando NaOH 1N, para lo que se utilizó
un pH-metro (MARCA HANNA 213); el beakers es colocado en un baño María (MARCA ELMI)
y se calienta hasta los 600C, luego se le añade la enzima Bialfa-T y se sumerge en el líquido un
agitador mecánico (MARCA IKA RW-16) garantizándose así un mezclado homogéneo de la
suspensión, desarrollándose una licuefacción-gelatinización simultáneas. Luego se eleva la
temperatura hasta los 1000C por un intervalo de tiempo de dos horas (Velazco, Quintero et al.
2012) obteniéndose un jarabe licuificado o dextrinizado. El almidón licuificado es enfriado a
temperatura ambiente y luego es trasvasado en erlenmeyers de un litro de capacidad. Se ajusta
el pH utilizando HCL 1N a un valor entre 4-4,5 para proceder a la etapa de sacarificación.
Etapa de Sacarificación: Para la sacarificación es utilizada la enzima Glucozyme 2X,
colocando el erlenmeyer con el contenido del jarabe dextrinizado obtenido en la primera etapa
en una zaranda (MARCA CERTO MAT IS) manteniendo la temperatura entre 58-600C por un
intervalo de tiempo de tres horas (Velazco, Quintero et al. 2012), antes de la refinación del
jarabe la enzima es inactivada elevando la temperatura hasta los 800C.
Refinación y Filtración: El jarabe sacarificado es filtrado al vacío empleando carbón activado
para decolorar, tierra de infusorio como agente filtrante, papel de filtro y embudos de vidrio, se
utiliza una bomba (MARCA ILMVAC GmbH), la cual hace vacío sobre un erlenmeyer quedando
retenido en el papel de filtro con la tierra de infusorio grasas y proteínas insolubles
obteniéndose así un jarabe transparente o ligeramente opalescente con olor y sabor
característico.
2.2 Determinación de las variables respuestas.
Durante cada etapa del proceso se tomaron muestras en intervalos de una hora y luego se
procedió a la determinación del 0Brix y los ART.
Capítulo II: Desarrollo Experimental.
31
2.2.1 Grados Brix.
Los grados Brix (símbolo °Bx) sirven para determinar el cociente total de materia seca disuelta
en un líquido. La escala Brix se utiliza en el sector de alimentos para medir la cantidad
aproximada de azúcares en zumos de fruta, vino o bebidas suaves, y en la industria azucarera,
en la elaboración de cerveza, esta escala se aplica mediante el valor de la densidad
multiplicado por 1.000 (grados europeos de la escala Plato). Para la determinación del Brix se
utiliza un refractómetro (MARCA ATAGO).
El índice de refracción varía con la temperatura, con la longitud de onda y con la concentración
de sólidos solubles presentes, esta nos da una medida de los sólidos solubles en sólidos totales
o lo que es lo mismo los grados Brix (Macu, 1986) (Anexo 2).
2.2.2 Azúcares Reductores Totales (ART).
Los azúcares reductores son aquellos azúcares que poseen su grupo carbonilo (grupo
funcional) intacto, y que a través del mismo pueden reaccionar como reductores con otras
moléculas. Los ART se determinaron en el laboratorio, utilizando el método del ácido 3,5-Dinitro
Salicílico. Este se basa en la relación según la ley de Lamber-Beer, la absorbancia es medida
mediante un espectrofotómetro a 540 nm proporcional a la concentración de azúcares
reductores presentes en la muestra (Anexo 3).
2.2.3 Equivalente de Dextrosa (ED).
Es el grado de conversión a glucosa, se define como el porcentaje de azúcares reductores de
jarabe, calculado como dextrosa en base seca, entre mayor sea el ED mayor será su dulzura y
menor su viscosidad (Serna, 2011).
El equivalente de dextrosa se determina en función de los azúcares reductores a partir de la
siguiente ecuación:
Donde: S: Contenido de sustancia seca en la muestra inicial.
2.2.4 Rendimiento de hidrólisis.
El rendimiento se determina al concluir las etapas de licuefacción y sacarificación
respectivamente, en función de los azúcares reductores finales e iniciales de los procesos de
hidrólisis y la cantidad de almidón procesada inicialmente.
Capítulo II: Desarrollo Experimental.
32
Donde:
ART (g/L) libres= 6,2 (Azúcares Reductores Totales que presenta el almidón de maíz).
ART (g/L) finales 1: ART alcanzados al final de la licuefacción.
ART (g/L) finales 2: ART alcanzados al final de la sacarificación.
V: Volumen final del jarabe en cada etapa.
M: Masa inicial del Almidón.
1,11: g equivalentes de glucosa/g almidón (Lareo 2012).
2.2.5 Acidez.
La acidez de la muestra diluida se determina mediante valoración con solución de hidróxido de
sodio al 0,1N usando fenolftaleína al 1% como indicador, expresándose el valor final como
ácido clorhídrico. (Anexo 4).
2.2.6 Conductividad.
La conductividad se determinó utilizando el conductímetro (MARCA MODEL DDSJ 308A).
2.2.7 pH
El pH se determina por el método potenciométrico, utilizando para ello el pHmetro (MARCA
HANNA 213). (Anexo 5).
2.3 Resultados del proceso de obtención de jarabes glucosados.
En las Tablas 2.4 y 2.5, así como en las Figuras 2.2 y 2.3 se reportan los resultados del análisis
de la influencia del °Brix y los ART en las etapas de licuefacción y sacarificación
respectivamente. En la primera etapa los almidones son transformados en dextrinas, las cuales
son sacarificadas posteriormente hasta obtener glucosa; jugando un papel importante en las
Capítulo II: Desarrollo Experimental.
33
variables respuestas 0Brix y ART la influencia de las enzimas Bialfa T y Glucozyme 2X
(Figura 2.4).
Tabla 2.4 Resultados de la etapa de licuefacción.
Exp. X1 (%) X2 (%) o Brix ART (%) ED (%) Rendimiento (%)
1 0,08 0,05 26,1 22,865 25,89 53,07
2 0,05 0,1 29 20,292 22,98 46,89
3 0,08 0,1 27,2 18,53 20,99 42,66
4 0,065 0,075 25 16,2 18,34 37,06
5 0,05 0,05 26,6 21,375 24,2 49,49
6 0,08 0,05 25 13,388 15,16 30,3
7 0,05 0,1 26,7 19,616 22,22 45,26
8 0,08 0,1 23,6 19,616 22,22 45,26
9 0,065 0,075 24,5 15,96 18,07 36,48
10 0,05 0,05 25 22,322 25,28 51,76
Tabla 2.5 Resultados de la sacarificación.
Exp. X1 (%) X2 (%) o Brix ART (%) ED (%) Rendimiento (%)
1 0,08 0,05 31 55,76 63,14 47,63
2 0,05 0,1 32 61,04 69,13 54,01
3 0,08 0,1 28,7 56,302 63,76 58,336
4 0,065 0,075 31 50,1 56,74 63,875
5 0,05 0,05 30 46,826 53,03 50,07
6 0,08 0,05 32 46,013 52,11 68,92
7 0,05 0,1 32,4 59,144 66,98 54,72
8 0,08 0,1 29,2 55,76 63,15 54,67
9 0,065 0,075 30 51,022 57,78 63,5136
10 0,05 0,05 29 50,074 56,71 49,197
En la Figuras 2.2 y 2.3, se puede apreciar el comportamiento de las dos variables respuestas:
°Brix y ART, influenciadas por las concentraciones de las enzimas Bialfa T y Glucozyme 2X en
las etapas de licuefacción y sacarificación respectivamente.
Capítulo II: Desarrollo Experimental.
34
Fig. 2.2 Comportamiento del Brix y los ART en función del tiempo para la etapa de licuefacción.
Fig. 2.3 Comportamiento del Brix y los ART en función del tiempo para la etapa de
sacarificación.
Si se analiza la etapa de licuefacción, se observa que no se obtienen elevados valores de °Brix
como los logrados por (Nieblas, 2015), pues aunque el almidón de maíz es uno de los más
utilizados para obtener jarabes, el contenido de almidón en dichos granos es menor que en los
de sorgo (Yordi, 2007); además se puede observar que la concentración de enzima Bialfa T en
los rangos estudiados no tiene influencia en el °Brix, siendo dicho comportamiento contrario al
reportado en (Nieblas, 2015), donde se utilizó la enzima Termamyl 120L, que ofrece muy
buenos resultados en la conversión de almidones en dextrinas; pues las propiedades y
mecanismos de acción de las α-amilasas dependen del origen de las enzimas, siendo todas
ellas endoenzimas (Vargas, 2002); no obstante sí existe un aumento del °Brix para cada
Capítulo II: Desarrollo Experimental.
35
experimento, observándose en el comportamiento lineal y ascendente de cada una de las
pendientes. Al analizar el comportamiento de los ART; se evidencia, al igual que para el °Brix, la
no significación de la concentración de enzima Bialfa T en dicha variable respuesta, lo cual
puede estar dado por la poca variación en el intervalo de (0,05%-0,08%); dichos resultados
pueden estar atribuidos a la licuefacción-gelatinización simultánea (Velazco, Quintero et al.
2012), desarrollada en cada uno de los experimentos; pues para una eficiente hidrólisis
enzimática del almidón por las amilasas conviene que esté gelatinizado, por lo que se realiza un
cocimiento del almidón antes de la adición de dichas enzimas (Reyna, Robles et al. 2004);
además, la Bialfa T es estabilizada con pequeñas cantidades de calcio (Velamar, 2013),
sustancia que no fue adicionada en el proceso. En dicha etapa se logra obtener jarabes
dextrinizados con los valores de ED especificados para dicho producto.
En el análisis del comportamiento del ºBrix y los ART en la sacarificación, se puede apreciar un
incremento en función del tiempo de ambas variables (Figura 2.3), ocurriendo en la primera
hora de sacarificación un aumento considerable, lo que demuestra la capacidad de acción de la
enzima Glucozyme 2X al inicio de esta etapa, al ser una amiloglucosidasa desramificante que
actúa hidrolizando los enlaces glucosídicos α-1,4 y α-1,6 de la amilosa y la amilopectina. Se
observa además una similitud entre las líneas de tendencias de los experimentos (1,5,6,7 y 9)
para el Brix y las de los experimentos (1,2,4 y 7) para los ART, coincidiendo en ambas variables
respuesta los experimentos (1 y 7), en los cuales se trabaja con los valores extremos de las
concentraciones de enzimas; evidenciándose una influencia significativa de la interacción de
ambas variables, pues la Bialfa T desdobla los enlaces α-1,4 de la amilosa, amilopectina y
glicógeno, pero los enlaces α-1,6 glicosídicos de la cadena ramificada de los polímeros del
almidón no son atacados (Vargas, 2002); actuando sobre ellos la Glucosyme 2X separando
unidades de glucosa a partir del extremo no reductor de la cadena . Para el resto de los
experimentos se evidencia lo explicado anteriormente e influye además los intervalos de
concentración de 0,065% y 0,075% correspondientes al punto central en el diseño experimental,
apreciándose entonces como con dichos valores se logra un efecto similar que al utilizar las
concentraciones de enzimas en sus rangos máximos.
Analizando los experimentos (1,2,4 y 7) en la conversión de dextrinas, oligosacáridos solubles y
maltosas se puede observar un aumento ascendente y considerable en la primera hora de
sacarificación hasta un punto donde la conversión cae y luego vuelve a incrementarse, lo cual
está dado, porque la Glucozyme 2X es una glucoamilasa que libera glucosa a partir de almidón
en un tiempo relativamente corto de reacción , la conversión cae debido a la formación de
Capítulo II: Desarrollo Experimental.
36
producto que inhiben el proceso (Paredes Ruiz, 2001). Sin embargo, en los experimentos
(3,5,8 y 10), en los que se trabaja con las mayores y menores concentraciones de enzimas
respectivamente, el comportamiento es bastante similar con una tendencia lineal y ascendente
en todo el tiempo de sacarificación, observándose los mejores valores de ART para las mayores
concentraciones de ambas enzimas; lo que demuestra su influencia en los procesos de
transformación de almidones en dextrinas y la consecuente conversión de dextrinas en glucosa.
En la Figura 2.4 se observa el comportamiento prácticamente invariable del Brix en las etapas
de licuefacción y sacarificación mediante la acción de las enzima Bialfa T y Glucozyme 2X,
estando en rangos de 24-29 ºBx para la primera etapa, teniendo en cuenta lo explicado
anteriormente respecto a la enzima licuificante; siendo superiores estos valores para la acción
de la Glucozyme 2X en un rango de 29-32ºBx, donde los valores más elevados están en
correspondencia con las menores concentraciones de ambas enzimas en esta variable
respuesta, lo que indica la no significación de los valores de concentraciones de enzimas. La
influencia de la Bialfa T en los ART se corresponde con lo explicado para el ºBx, sin embargo
en la acción de la Glucozyme 2X se observa un cambio brusco de los ART, correspondiéndose
los valores más elevados para el experimento 4 y su réplica, en los que se trabaja con el punto
central del diseño experimental, es decir: con las concentraciones intermedias de los intervalos
establecidos (0,065% y 0,075%) para la Bialfa T y la Glucozyme 2X respectivamente, lo cual es
factible desde el punto de vista económico, al poder utilizar menor cantidad de enzima para el
logro de los requerimientos del proceso.
]
Fig. 2.4 Influencia de las enzimas en el valor final del oBrix y los ART.
Capítulo II: Desarrollo Experimental.
37
En la figura 2.5 se pueden apreciar tres etapas en el proceso de hidrólisis, donde en la segunda
hora de licuefacción, la producción de ART prácticamente no varía, pues en la primera hora del
proceso es donde la enzima tiene su máxima capacidad de acción, pues transcurrido este
tiempo aparecen otros compuestos como maltodextrinas y oligosacáridos que inciden
negativamente en la actividad enzimática, además el sustrato puede estar saturando a la
enzima. En la segunda etapa, la velocidad de producción de azúcares reductores aumenta
considerablemente en la primera hora de sacarificación, demostrando la influencia positiva y
significativa de la Glucozyme 2X en la producción de glucosa, y una vez transcurrido este
tiempo dicha velocidad disminuye, pues la concentración de producto ha aumentado y esto
inhibe el proceso de hidrólisis.
Fig. 2.5 Comportamiento de la conversión de ART en el tiempo.
2.3.1 Análisis del diseño experimental.
Los resultados mostrados en la Tabla 2.5 se someten a tratamiento estadístico, utilizando para
ello el Software Statgraphics Centurion XV con el objetivo de estudiar la influencia de las
variables independientes sobre las variables respuesta: oBrix y ART%.
2.3.1.1 Análisis del oBrix.
Al procesar los resultados se obtuvo la ecuación del modelo que da la influencia de las variables
independientes sobre el oBrix ajustándose a un valor de .
Capítulo II: Desarrollo Experimental.
38
Se obtuvieron además los gráficos de Superficie Respuesta, Efectos Principales y diagrama de
Pareto que se muestran en la figura 2.6.
Fig. 2.6 Relación entre el oBrix y la concentración de Bialfa T y Glucozyme 2X.
Al analizar los modelos obtenidos, el diagrama de Pareto y los gráficos de Efectos Principales y
Superficie Respuesta para el ºBrix, se puede evidenciar que la interacción entre las
concentraciones de Bialfa T y la Glucozyme 2X tienen influencia significativa. El oBrix se ve
favorecido por la interacción de ambas variables; o sea, una disminución significativa de la
concentración de la Bialfa T con un aumento de la concentración de Glucozyme 2X y viceversa,
influye de igual forma y considerablemente en el valor final del oBrix, no teniendo el mismo
efecto si se analizan indistintamente cada variable por separado. En este sentido la
concentración de Bialfa T influye de forma negativa, mientras que la concentración de la
Glucozyme 2X influye positivamente, es decir: con un aumento de la concentración de
amiloglucosidasa se incrementa el valor del ºBrix en el tiempo.
Capítulo II: Desarrollo Experimental.
39
2.3.1.2 Análisis de los ART.
Para los ART, del análisis estadístico se obtiene la siguiente ecuación modelo
obteniéndose un valor de %
Los gráficos de Superficie Respuesta, Efectos Principales y el diagrama de Pareto se muestran
en la figura 2.7.
Fig.2.7 Relación de los ART y la concentración de Bialfa T y Glucozyme 2X.
Contrario a lo sucedido con el oBrix, en el análisis de los ART la concentración de la Glucozyme
2X es la variable de mayor influencia, teniendo un efecto positivo en la obtención del valor final
de los ART; sin embargo, una interacción de ambas variables no tiene marcada influencia, al
influir negativamente; pues si se analizan de forma independiente se puede apreciar que la
amilasa influye negativamente, mientras que la amiloglucosidasa actúa de forma positiva. Un
aumento de la concentración de la Glucozyme 2X producirá una mayor cantidad de ART,
favoreciéndose el proceso en este sentido.
Capítulo II: Desarrollo Experimental.
40
El análisis de varianza y el de efectos estimados para cada una de las variables respuestas se
muestran en el (Anexo 6).
Después de analizar la influencia de cada una de las variables independientes sobre las de
respuesta, se determinaron las combinaciones de los niveles sobre los factores analizados que
maximizan los valores del oBrix y ART sobre la región indicada (Tabla 2.6) se obtuvieron valores
óptimos de (32,19 oBrix y 59,43% para los ART).
Tabla 2.6. Óptimos de las variables analizadas en el proceso de hidrólisis-sacarificación.
2.3.2 Determinaciones a los jarabes glucosados.
2.3.2.1 Determinación del %ART y del %ED.
En la tabla 2.7 se muestran los ED determinados por el Método del 3,5 Dinitrosalicílico (DNS) el
cual es empleado en la industria azucarera para la determinación de azúcar en los jugos de la
caña.
Tabla 2.7. Resultados del oBrix y el ED en los jarabes.
Exp. X1 (%) X2 (%) oBrix ART (%) ED (%)
1 0,08 0,05 31 55,76 63,14
2 0,05 0,1 32 61,04 69,13
3 0,08 0,1 28,7 56,302 63,76
4 0,065 0,075 31 50,1 56,74
5 0,05 0,05 30 46,826 53,03
6 0,08 0,05 32 46,013 52,11
7 0,05 0,1 32,4 59,144 66,98
8 0,08 0,1 29,2 55,76 63,15
9 0,065 0,075 30 51,022 57,78
10 0,05 0,05 29 50,074 56,71
°Brix ART
Factor Bajo Alto Óptimo Óptimo
X1 0,05% 0,08% 0,05% 0,05%
X2 0,05% 0,1% 0,1% 0,1%
Capítulo II: Desarrollo Experimental.
41
Tabla 2.8. Caracterización físico-químico del producto final.
Exp.
X1(%)
X2(%)
Volumen
Final
(mL)
Densidad
(g/mL)
pH Acidez
(%)
Conductividad
(µS/cm)
Rendimiento
(%)
1 0,08 0,05 580 1,11574 4,32 0,015 254 53,837
2 0,05 0,1 588 1,09342 4,77 0,016 215 55,063
3 0,08 0,1 603 1,09938 4,31 0,0079 266 63,53
4 0,065 0,075 560 1,09238 5,1 0,023 251 62,59
5 0,05 0,05 520 1,10264 4,48 0,019 375 53,5
6 0,08 0,05 520 1,09354 4,72 0,018 312 68,78
7 0,05 0,1 590 1,08444 5,19 0,02 347 55,79
8 0,08 0,1 610 1,1231 5,15 0,011 401 55,34
9 0,065 0,075 602 1,09734 4,86 0,02 320 63,149
10 0,05 0,05 600 1,1286 5,2 0,017 418 55,937
Tabla 2.9. Propiedades organolépticas de los jarabes.
Aspecto Líquido viscoso transparente, sin turbidez.
Olor Característico
Sabor Característico, ligeramente dulce.
Color Incoloro
Capítulo II: Desarrollo Experimental.
42
Tabla 2.10. Especificaciones físico-químicas y organolépticas de los jarabes obtenidos por
hidrólisis ácida
ºBrix 80-85ºBx
ED 38-42
pH 4,4-5,2
Conductividad 160-250 µS/cm
Color Incoloro
Aspecto Líquido viscoso, transparente sin turbidez
Olor Característico
Sabor Característico, ligeramente dulce.
2.4. Análisis de los resultados.
Al analizar el diseño experimental en pantalla del tipo 2k con un punto central se obtienen los
modelos correspondientes a las dos variables respuestas estudiadas: ºBrix y ART, donde se
puede apreciar la influencia poco significativa y negativa de la concentración de enzima Bialfa T
tanto en el Brix como en los ART; estadísticamente la enzima no tiene significación, lo cual se
ve reflejado también en las figuras 2.2, 2.3 y 2.4 , en las que los mayores valores de Brix y ART
no se corresponden con la mayor concentraciones de enzima en la licuefacción, sin embargo
físicamente la enzima si actúa, pues el Brix y los ART aumentan en esta etapa; en este sentido
es necesario tener en cuenta la poca variación en el intervalo de concentraciones de dicha
enzima (0,05%-0,08%) .
Además se evidencia la influencia de la Glucozyme 2X, siendo poco significativa en el Brix y de
gran significación para los ART, mostrándose en ambos casos de forma positiva (figuras 2.6 y
2.7), lo que demuestra que los mejores valores de Brix y ART se favorecen con un incremento
de la Bialfa T. Dicho efecto se muestra además en las (figuras 2.3, 2.4 y 2.5), verificándose una
vez más la capacidad de acción de dicha enzima al romper por completo los enlaces de la
amilosa y desramificar lentamente a la amilopectina; las amiloglucosidasas se conocen como
desramificantes y a diferencia de las amilasas actúan sobre los enlaces α-1,4 y α-1,6 de ambas
Capítulo II: Desarrollo Experimental.
43
cadenas, teniendo su mayor velocidad de sacarificación en la primera hora de acción
(figura 2.5).
Al apreciarse en el tratamiento estadístico, la influencia positiva de la Glucozyme 2X y negativa
de la Bialfa T, la interacción de dichas variables resultó ser la de mayor significación para el
Brix, no siendo tan significativa para los ART; estos resultados se ven reflejados además en la
figura 2.3, lo cual corrobora que ambas enzimas si actúan de una forma u otra en el desdoble
de la amilosa y la amilopectina del almidón para obtener dextrinas, maltodextrinas y
oligosacáridos solubles, los cuales mediante la acción de la amiloglucosidasa son
transformados a glucosa.
El rendimiento de hidrólisis-sacarificación enzimática estuvo por encima del 50% para todos los
experimentos, lo que demuestra una eficiente conversión en los procesos de hidrólisis-
sacarificación enzimática desarrollados en el laboratorio, ya que el rendimiento del proceso es
proporcional a la conversión en glucosa, determinándose en función de los ART y el volumen
final obtenido.
Los valores de Equivalente de Dextrosa alcanzados (52-69%) estuvieron por encima de los
requeridos para el jarabe glucosado por vía ácida que están en un rango de (38-42%),
obteniéndose los mejores valores para las menores concentraciones de enzimas en los
intervalos estudiados. Con respecto al ºBrix, este estuvo por debajo de lo establecido una vez
desarrollada la refinación, pues para el jarabe por vía ácida se alcanzan valores en un rango de
34-40 ºBx y en el proceso desarrollado en este capítulo el ºBx se muestra en rangos de 29-
32ºBx, lo cual se debe a las formas de operación desarrolladas en la industria, donde se trabaja
con un convertidor que opera a temperaturas y presiones elevadas. El Brix de 80-85ºBx se
obtiene a escala industrial evaporando en un equipo de múltiple efecto.
Con respecto a las especificaciones físico-químicas se pueden apreciar valores ligeramente
superiores de la conductividad, lo cual no es significativo debido a las condiciones en las que se
desarrolló el proceso a escala de laboratorio.
El jarabe obtenido por la hidrólisis enzimática cumple con las características organolépticas
reportadas para la hidrólisis ácida.
Capítulo III: Propuesta Tecnológica. Análisis Económico.
44
CAPÍTULO III: Propuesta tecnológica. Análisis económico.
La Empresa Glucosa de Cienfuegos, tiene como interés en los tiempos actuales, sustituir la
hidrólisis ácida por la enzimática en la obtención de jarabes glucosados. En este sentido el
objetivo fundamental consiste en obtener un jarabe glucosado por vía enzimática, teniendo en
cuenta las especificaciones de los jarabes obtenidos por vía ácida.
3.1. Obtención del jarabe glucosado por hidrólisis ácida.
3.1.1. Etapas del proceso de producción (Parámetros y variables de operación).
El proceso que se describirá a continuación fue tomado de la Carta Tecnológica existente en
la Empresa de Glucosa de Cienfuegos: “Tecnología de Producción de Sirope de Glucosa
Ácida”. Los diagramas de bloque y de flujo del proceso aparecen en los (Anexo 7) y (Anexo 8)
respectivamente.
El proceso tecnológico industrial de obtención de sirope de glucosa por vía ácida consta de las
siguientes etapas:
1. Acidulación.
2. Conversión.
3. Neutralización.
4. Sacarificación.
5. Refinación.
6. Evaporación.
7. Almacenamiento.
Etapa de Acidulación.
El objetivo de esta operación tecnológica es preparar la suspensión acuosa del almidón de
maíz al grado de acidez idóneo, el proceso ocurre en un tanque agitado donde se garantiza la
homogeneidad y se evita la sedimentación de la suspensión, se le incorpora HCL gradualmente
hasta lograr el grado de acidez, normalidad y densidad deseados.
Especificación de calidad del producto en proceso.
pH--------------------------------------1,7 – 2,0
Concentración-----------------------18 – 21 0Bé
Normalidad---------------------------0,025 – 0,030 N
Conductividad------------------------5000 – 6000 mS/cm
Capítulo III: Propuesta Tecnológica. Análisis Económico.
45
Etapa de Conversión.
En esta etapa son desdobladas las cadenas carbonadas del almidón en glucosa mediante la
hidrólisis ácida, el proceso ocurre en un reactor flujo pistón a una temperatura y presión de
trabajo de 1400C y 1961330 – 2941995 Pa, el hidrolizado obtenido es bombeado a un tanque
agitado.
Especificaciones de calidad del proceso productivo.
Concentración------------------------- 34 – 40 0Brix
ED----------------------------------------38 – 42
Aspecto----------------------------------Turbio
pH----------------------------------------1,7 – 2,0
Color-------------------------------------Amarillento
Temperaura----------------------------1400C
Etapa de Neutralización.
En esta operación tecnológica el ácido clorhídrico es neutralizado, se rectifica el pH del
hidrolizado, y se alcanza el punto isoeléctrico de la suspensión, para lograr la coagulación de
las proteínas. El agente neutralizador utilizado es el carbonato de sodio (Na2CO3) preparado a
una densidad de 9-13 0Bé. El hidrolizado ya neutralizado se pasa por el ciclón de expansión
enfriándose hasta los 750C. Luego es impulsado mediante una bomba hacía un tanque y se
realiza un ajuste final de pH.
Especificaciones de calidad del producto en proceso.
ED----------------------------------------38 – 42
Concentración------------------------- 34 – 40 0Brix
pH----------------------------------------4,6 – 5,0
Aspecto----------------------------------Turbio
Color-------------------------------------Amarillento
Temperatura-----------------------------1400C
Capítulo III: Propuesta Tecnológica. Análisis Económico.
46
Etapa de Sacarificación.
En esta etapa no ocurre ningún cambio significativo, o sea su único objetivo es retener el
hidrolizado buscando los niveles necesarios para dar continuidad estable en el proceso. Si el
producto es retenido más tiempo de lo previsto se realiza un rechequeo del pH.
Especificaciones de calidad del producto en proceso.
ED----------------------------------------38 – 42
Concentración------------------------- 34 – 40 0Brix
pH----------------------------------------4,6 – 5,0
Aspecto----------------------------------turbio
Color-------------------------------------amarillento
Temperaura----------------------------60 - 800C
Etapa de Refinación.
En este proceso de operación tecnológico ocurre la eliminación de las grasas y proteínas
insolubles del hidrolizado, así como la decoloración del mismo. Al tanque que contiene el
hidrolizado se le añade carbón activado y se deja de 30 a 40 minutos con el objetivo de lograr
un mayor tiempo de retención para elevar la eficiencia de la etapa. Luego se hace pasar a
través de un filtro que presenta una capa de tierra infusorio que actúa como medio filtrante en
el cual quedan retenidas las proteínas, grasas y el carbón activado añadido anteriormente. El
líquido decolorado y filtrado es bombeado hacia un tanque donde se realiza un ajuste de pH
con carbonato de sodio a valores entre 4,4 – 5,2.
Especificaciones de calidad del producto en proceso.
Concentración------------------------- 34 – 40 0Brix
pH----------------------------------------4,4 – 5,2
Color-------------------------------------patrón uno máx.
Olor--------------------------------------característico.
Sabor------------------------------------ característico.
Aspecto---------------------------------transparente o ligeramente opalescente, sin partículas.
Capítulo III: Propuesta Tecnológica. Análisis Económico.
47
Etapa de Evaporación.
Esta operación tiene el objetivo de concentrar el producto en el proceso una vez refinado. La
solución diluida entra al primer efecto lográndose una temperatura de ebullición de 850C
ocurriendo el proceso de evaporación. El segundo y tercer efecto ocurre igual con temperaturas
de ebullición de 770C y 520C respectivamente. A la salida del tercer efecto el producto tiene una
concentración de 65 0Brix, de aquí es enviado al súper concentrador que trabaja a 800C
alcanzándose una concentración final de 81 – 85 0Brix.
Especificaciones de calidad del producto en proceso.
Especificaciones Físico-Químicas.
Concentración------------------------- 80 – 85 0Brix
ED----------------------------------------38 – 42
pH----------------------------------------4,4 – 5,2
SO2---------------------------------------400 mg/kg máx
Especificaciones Organolépticas.
Color-------------------------------------patrón 3 máx.
Aspecto---------------------------------líquido viscoso transparente sin turbidez.
Olor--------------------------------------característico.
Sabor------------------------------------ característico, ligeramente dulce.
Almacenamiento.
El jarabe obtenido es almacenado en tanques de 150 m3 hasta el momento de su
comercialización ya sea en camiones, cisternas o bidones.
A continuación, en la tabla 3.1, se muestran los índices de consumo de las materias primas en
el proceso de hidrólisis ácida del almidón de maíz.
Capítulo III: Propuesta Tecnológica. Análisis Económico.
48
Tabla 3.1 Índices de consumo de materias primas.
Materias Primas Norma de Consumo
Lechada de almidón (ton) 2,5395
Ácido clorhídrico 7,4 kg ó 6,5 L
Tierra Filtrante (kg) 15
Carbonato de sodio (kg) 5,2
Carbón activado (kg) 5,1
Metabisulfito de sodio (kg) 0,6
3.2 Modificación de la tecnología existente para la obtención de glucosa enzimática con
las especificaciones de la glucosa ácida.
Teniendo en cuenta los resultados obtenidos a escala de laboratorio y los niveles de
concentración de sustrato, concentración de enzimas y tiempos de operación establecidos, se
desarrolló el proceso a escala industrial obteniéndose un producto final con las
especificaciones físico-químicas y organolépticas deseadas como se muestran en la tabla 3.2.
Tabla 3.2 Resultados a escala industrial.
Parámetros Valor Final
Concentración (ºBx) 80
ED (%) 40,58
pH 4,7
SO2 (mg/kg) 345
Color patrón 3
Aspecto líquido viscoso
Olor característico
Sabor ligeramente dulce
Capítulo III: Propuesta Tecnológica. Análisis Económico.
49
3.2.1 Descripción del proceso productivo.
3.2.1.1. Etapas y dosificación de enzimas en la conversión y sacarificación.
El proceso de obtención de jarabes glucosados por vía enzimática, consta de las siguientes
etapas:
1. Preparación de la lechada de almidón.
2. Conversión.
3. Sacarificación.
4. Inactivación.
5. Refinación.
6. Evaporación.
7. Almacenamiento.
Preparación de la lechada de almidón.
El objetivo de esta operación es garantizar que la suspensión acuosa de almidón de maíz se
encuentre en los rangos establecidos para dar paso a la etapa de conversión. Para el ajuste del
pH se utiliza carbonato de sodio Na2CO3 con una concentración de 11,7 0Be, el cual fue
añadido mediante una bomba al tanque con agitación donde se encontraba la lechada de
almidón.
Especificaciones de calidad del producto en proceso.
pH-------------------------------5,7
Densidad----------------------17 0Bé
Etapa de conversión.
En esta operación tecnológica las cadenas carbonadas del almidón son desdobladas mediante
la licuefacción enzimática. Se le hace pasar agua caliente al convertidor hasta alcanzar una
temperatura de 1050C, la presión de trabajo es de 2206496,25 Pa y se le recircula la
suspensión acuosa de almidón a razón de 120 L/min con una dosificación de enzima de 29
ml/min. El tiempo de retención fue de 7 minutos y se le realizó un análisis de ED al final de
cada conversión. Se continuó recirculando la solución hasta que se obtuvo un volumen de
23 m3.
Capítulo III: Propuesta Tecnológica. Análisis Económico.
50
Especificaciones de calidad del producto en proceso.
Concentración----------------36 0Brix
ED--------------------------------22,5
pH--------------------------------5,7
Color----------------------------Amarillento
Temperatura------------------1050C
Etapa de sacarificación.
Para realizar esta operación tecnológica la suspensión fue enfriada de 105-600C utilizando
para ello tanques isotérmicos agitados a los cuales se les hace correr agua por el serpentín.
Este proceso tardó varias horas por lo que se recomienda la instalación de un intercambiador
de placas con el objetivo de disminuir el tiempo de espera del proceso tecnológico, luego se
ajustó el pH utilizando ácido clorhídrico con 27% de pureza, con el fin de aumentar la actividad
de la enzima Glucozyme 2X. Cuando se alcanzaron los parámetros operacionales necesarios
se le añadieron 0,887 litros de Glucozyme 2X para un volumen de 23 m3 y 17 0Bé de
concentración, el muestreo de ED se realizó cada una hora hasta que se obtuvo un valor
cercano al óptimo (ED: 38 – 42) donde el tiempo de muestreo fue de 10 minutos, una vez
alcanzado el valor deseado se procedió a la inactivación de la enzima. El tiempo de
sacarificación fue de 3 horas y 17 minutos.
Especificaciones de calidad del producto en proceso.
Concentración--------------------------38 0Brix.
ED-----------------------------------------40,58.
pH------------------------------------------4,9.
Temperatura----------------------------600C
Color--------------------------------------Amarillento.
Olor---------------------------------------Característico.
Etapa de Inactivación.
El objetivo de esta operación es inhibir la acción catalítica de la enzima Glucozyme 2X cuando
los valores de ED en la etapa de sacarificación sean los deseados. Se calentaron los tanques
debido a que el intercambiador de placas está en desuso por lo que también se recomienda la
Capítulo III: Propuesta Tecnológica. Análisis Económico.
51
instalación del mismo. La temperatura es elevada con el suministro de vapor, alcanzando un
valor entre 80-850C.
Especificaciones de calidad del producto.
Concentración--------------------------38 0Brix.
ED-----------------------------------------40,58.
pH------------------------------------------4,9.
Temperatura----------------------------80-850C
Color--------------------------------------Amarillento.
Olor---------------------------------------Característico.
Etapa de Refinación.
En esta etapa son eliminadas las grasas y proteínas insolubles del hidrolizado y es decolorada
la suspensión. Se procedió a la adición de carbón activado de forma manual a razón de 1/3 de
saco cada media hora al tanque agitado para elevar la eficiencia de la etapa. El flujo se hizo
pasar a través de un filtro el cual presenta una capa de tierra infusorio que actúa como agente
filtrante y a su vez quedan retenidas las proteínas y grasas insolubles más el carbón activado,
el líquido decolorado y filtrado se le realiza un ajuste fino de pH con carbonato de sodio.
Especificaciones de calidad del producto en proceso.
Concentración--------------------------38 0Brix.
ED-----------------------------------------40,58.
pH------------------------------------------4,7.
Aspecto--------------------------------Transparente o ligeramente opalescente sin partículas.
Color--------------------------------------Amarillento.
Olor---------------------------------------Característico.
Etapa de Evaporación.
En esta etapa es concentrado el producto ya refinado, la solución diluida entra al primer efecto
lográndose una temperatura de ebullición de 850C ocurriendo el proceso de evaporación. El
segundo y tercer efecto ocurre igual con temperaturas de ebullición de 770C y 520C
respectivamente. A la salida del tercer efecto el producto tiene una concentración de 65 0Brix y
Capítulo III: Propuesta Tecnológica. Análisis Económico.
52
de aquí es enviada al súper concentrador que trabaja a 800C alcanzándose una concentración
final de 81 – 85 0Brix.
Resultados obtenidos a escala industrial.
Concentración--------------------------80 0Brix.
ED-----------------------------------------40,58.
pH------------------------------------------4,7.
SO2----------------------------------------345 mg/kg
Aspecto----------------------------------líquido viscoso.
Color--------------------------------------patrón 3.
Olor---------------------------------------característico.
Sabor-------------------------------------ligeramente dulce.
Etapa de Almacenamiento.
El jarabe obtenido es almacenado en tanques de 150 m3 hasta el momento de su
comercialización ya sea en camiones, cisternas o bidones.
3.2.2 Índices de consumo de las materias primas a escala industrial.
Teniendo en cuenta los consumos de sirope de glucosa en el mercado, cuando se realizó la
prueba industrial se necesitaban obtener dos toneladas de glucosa enzimática, con el fin de
satisfacer la demanda existente. Los consumos de materias primas se muestran en la tabla 3.3.
Tabla 3.3 Consumo de materias primas a escala industrial.
Materias Primas Norma de Consumo
Lechada de almidón (ton) 3,17
Ácido clorhídrico 6,8 kg ó 5,96 L
Tierra Filtrante (kg) 30
Carbonato de sodio (kg) 42
Carbón activado (kg) 8
Enzima Bialfa T (L) 0,887
Enzima Glucozyme 2X (L) 0,887
Capítulo III: Propuesta Tecnológica. Análisis Económico.
53
3.3 Diseño del intercambiador de calor de placas.
El intercambiador de calor de placas es extremadamente versátil, es de uso común en las
industrias de procesado de alimentos y productos químicos, pudiéndose utilizar diferentes
combinaciones de placas y juntas según cada aplicación específica (Intercambiadores de calor
de placas). En la UEB Glucosa Cienfuegos se hace necesario la instalación de uno con el
objetivo de enfriar la solución entre los procesos de conversión-dextrinización y sacarificación, y
con ello la disminución del tiempo de obtención del jarabe glucosado.
Para el diseño del intercambiador de placas se tuvo en cuenta la metodología del (Chemical
Engineering 11/agosto/1980), que aparece en el (Anexo 9).
3.3.1 Consideraciones para el diseño.
Suponer pérdidas despreciables de calor.
Coeficiente de TC constante para todo el equipo.
La temperatura varía solamente en la dirección del flujo.
En el arreglo en “Z” se supone que el flujo se divide equitativamente.
Suponer que no existen paquetes de aire.
Coeficientes peliculares:
1. Para flujo turbulento:
2. Para flujo laminar:
Caída de presión:
Capítulo III: Propuesta Tecnológica. Análisis Económico.
54
Coeficiente total de transferencia de calor:
)
Datos:
Fluido caliente. Fluido frío
T1=1050C t1=250C
T2=600C t2=600C
W= 19,48 kg/seg W= 10,68 kg/seg
Cp= 1,672 kJ/kg0C Cp= 4,18 kJ/kg0C
µ= 0,001 Pa*seg µ= 0,0089 Pa*seg
k= 0,297 W/m0C k= 0,58 W/m0K
ρ= 3,048 kg/L ρ= 1kg/L
Balance de calor:
Cálculo del MLDT:
Capítulo III: Propuesta Tecnológica. Análisis Económico.
55
Cálculo del NTU:
Ft: con NTU y arreglo de flujo voy a la Chemical Engineering, Agosto 11, 1980.
Ft: 0,93
Cálculo del Área de flujo (Af) y diámetro equivalente (De).
Datos del equipo:
W1= 0,6 m (Ancho de la placa).
L= 0,9 m (Longitud de la placa).
b=0,001 m (Ancho del canal).
x=0,0005 m (Espesor de la placa).
2
Para el fluido caliente:
Para el fluido frío:
Capítulo III: Propuesta Tecnológica. Análisis Económico.
56
)
Ajuste del número de placas.
Cálculo de la caída de presión:
)
Capítulo III: Propuesta Tecnológica. Análisis Económico.
57
3.4 Diseño del intercambiador de calor de tubos y concha.
Con el fin de incrementar el área para la convección relativa al volumen del fluido, es común
diseñar intercambiadores con múltiples tubos dentro de un simple intercambiador, esto permite
arreglar el flujo de manera que una región estará en paralelo y la otra a contracorriente. Se
hace necesario instalar un intercambiador de calor de tubo y coraza en la UEB Glucosa
Cienfuegos para calentar la solución hasta 850C y así inactivar la enzima.
Datos:
Selección de los fluidos:
Concha: Vapor
Tubos: Solución acuosa.
Diseño:
Fluido caliente Fluido frío
T1=1370C t1=600C
T2=1370C t2=750C
W= 0,54 kg/seg W= 51,3 kg/seg
λ= 2151,1 kJ/kg Cp= 4,18 kJ/kg0C
µ= 0,00013 cP µ= 0,01 cP
k= 0,0264 W/m0C k= 0,297 kJ/m0C
ρ= 940,38 kg/m3 ρ= 3,048 kg/L
Capítulo III: Propuesta Tecnológica. Análisis Económico.
58
Tabla 3.4 Resultados del diseño.
Nomenclatura Datos Ecuación Resultado Referencia
Q
W= 51,3 kg/seg
Cp=3,048 kJ/kg0C
t1=600C ; t2=750C
(Kern 1988)
Δt verdadera Δt1=770C
Δt2=620C
MLDT= Δtverd= 69,230C (Kern 1988)
Área de TC
Δtverd= 69,230C
Atc= 19,88 m2 (Kern 1988)
A de TC tubo L=5 metros
Dexterior=0,3048m
(Kern 1988)
# de tubos
(Kern 1988)
Área de TC real )
ATCreal= 36,31 m2 (Kern 1988)
Ud
Δtverd= 69,230C
ATCreal= 36,31 m2
(Kern 1988)
Capítulo III: Propuesta Tecnológica. Análisis Económico.
59
Tabla 3.5 Resultados del rechequeo.
Nomenclatura Datos Ecuación Resultado Referencia
µ=0,01 cP
k= 0,297 kJ/m0C
jH=150(Fig.24 pág 939)
Re=32478,42
Pr=10,26
Dj=0,022 m
(Kern 1988)
Coraza: Vapor (Kern 1988)
(Kern 1988)
(Kern 1988)
Tabla
12 pág.851
Tabla 12 pág.851
(Kern 1988)
(Kern 1988)
(Kern 1988)
Capítulo III: Propuesta Tecnológica. Análisis Económico.
60
3.5 Análisis económico del proceso de obtención de jarabe glucosado por vía
enzimática.
A continuación se realizará el análisis económico al proceso de obtención de jarabe de glucosa
por vía enzimática, con el objetivo de determinar si es factible la propuesta tecnológica. Para
el proceso de producción del jarabe se utilizará la tecnología instalada ya en la fábrica, con la
incorporación de dos intercambiadores de calor como se describió anteriormente. La demanda
del producto en el mercado es de 950 ton/año, por lo que los costos totales estarán en base a
dicha producción.
3.5.1 Costo Total de Inversión.
Tabla 3.6 Costo de adquisición del equipamiento.
Equipos
No. De
equipos
Costo Original
($)
#
Placas
Costo actual
($)
Intercambiador de placas 2 300$/placa 42 25200
Intercambiador de tubos y
concha
1 9000 - 14121,91
Costo Total Inversión 2 - - 39321,91
Costo de adquisición del equipamiento.
El cálculo del costo total de la inversión realizó sobre la base del costo total del equipamiento,
se estimaron los aspectos de la planta que inciden en la inversión fija y de trabajo.
Capítulo III: Propuesta Tecnológica. Análisis Económico.
61
Tabla 3.9 Estimación del Costo Total de Inversión.
Estimación de los Costos Directos
Componentes % Costo ($)
Costo del equipamiento (E) 38724,803
Instalación 39% E 15102,673
Instrumentación 26% E 10068,449
Instalaciones eléctricas 10% E 3872,48
Tuberías 31% E 12004,689
Facilidades de servicio 55% E 21298,642
CD 1308058,4
Estimación de los Costos Indirectos
Componentes % Costo ($)
Ingeniería y supervisión 32% E 12391,937
CI 12391,937
CD + CI 113463,36
Otros Componentes % Costo (CUP)
Derecho de contrato 5% (CD + CI) 5673,18
Contingencia 10% (CD + CI) 11346,37
Costo Fijo de Inversión (CFI) 130483,225
Inversión de trabajo 15%CTI 33691,01249
Costo Total de Inversión(CTI) CTI=WC+CFI 153509,676
Capítulo III: Propuesta Tecnológica. Análisis Económico.
62
3.5.2 Costo Total de Producción (CTP).
Tabla 3.10. Elementos del costo de producción.
Elementos de Costos
% Base Costo ($/año)
Materias Primas - - 824226,935
Mano de Obra - - 324000
Supervisión 0,1 Mano de Obra 32400
Mtto y reparación 0,02 Inv. Fija 2609,664
Suministros 0,1 Mtto y Rep. 260,9664
Cargos de Laboratorios
0,05 Mano de Obra 16200
Costos Variables 1203503,456
Impuestos 0,01 Inv. Fija 1304,832
Seguros 0,004 Inv. Fija 521,933
Costos Fijos 1826,765
Costos exteriores 0,5 MO+Sup+ Mtto 179504,832
Costos de Fabricación
179504,832
Administración 0,15 MO+Sup+ Mtto 53851,45
Distribución y venta 0,02 C. Total Prod 29972,635
Investigación y Desarrollo
0,02 C. Total Prod 29972,635
Gastos Generales 113796,721
Costos Totales de Producción.
1498631,774
Capítulo III: Propuesta Tecnológica. Análisis Económico.
63
La estimación del costo total de inversión se realizó utilizando los factores de proporción y las
ecuaciones de la tabla 17 del Peters, adaptándolas a las características de la inversión.
Para el costo total de producción se utilizaron los factores de proporción y la ecuaciones
correspondientes que se encuentran en la tabla 27 del Peters.
Tabla 3.11. Costos fijo y total de inversión.
Costos Valores
Costo Fijo de Inversión(CFI) $ 130483,225
Costo Total de Inversión(CTI) $ 153509,676
Tabla 3.12. Cálculo de la ganancia.
Producto Precio
($/kg)
Cantidad anual
(kg/año)
Valor del producto
($/año)
Jarabe glucosado 1,77 950 000 1 681 500
Ganancia
182 868,226
Tabla 3.13. Indicadores de factibilidad a la adaptación tecnológica analizada.
Indicador Valor
Valor Actual Neto (VAN) $ 1 945 783,90
Tasa de Rendimiento Interna (TIR) 91 %
Período de Recuperación al Descontado (PRD) 2 años
Ganancia 182 868,226 $/año
Capítulo III: Propuesta Tecnológica. Análisis Económico.
64
El análisis económico se realizó teniendo en cuenta solamente la adaptación tecnológica
propuesta; pues la planta ya está instalada, y solo se considera para la realización de nuestro
proceso de determinadas cambios y adaptaciones en cuanto a: materias primas,
requerimientos energéticos, tiempos de operación y la utilización de dos equipos nuevos
(intercambiadores de calor), de ahí que la inversión se recupere en solo dos años.
Fig. 3.1. Período de recuperación de la inversión.
-393739.09
-238879.19
-84019.30
70840.60
225700.50
380560.40
535420.30
690280.20
845140.10
1000000.00
-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
VA
N (
$)
Años
Perfil del VAN. Calculo del PRD
Conclusiones.
65
CONCLUSIONES.
1. En la obtención de jarabes glucosados a escala de laboratorio la variable que presenta mayor
influencia sobre los ART y el °Brix es la concentración de la Glucozyme 2X, siendo los valores
óptimos de estas variables respuestas de 59,4312% y 32,1925 respectivamente.
2. Se obtuvo un jarabe glucosado a escala de laboratorio con las especificaciones físico-químicas
y propiedades organolépticas similares al obtenido por la hidrólisis ácida.
3. Los valores de rendimiento estuvieron por encima del 50% para todos los experimentos, lo que
da una medida de la conversión deseada para este tipo de jarabe.
4. Se realizó la prueba a escala industrial utilizando la menor concentración de ambas enzimas
0,05% donde se obtuvo un producto con las especificaciones físico-químicas y organolépticas
deseadas, siendo el ED de 41 y el ºBrix de 80.
5. Se diseñaron dos intercambiadores de calor uno de placa para enfriar la solución en el proceso
de conversión-sacarificación y el otro de tubos y concha para inactivar la enzima Glucozyme 2X
luego de la sacarificación, contribuyendo a la disminución del tiempo de operación.
6. Se demostró la factibilidad económica de la sustitución de la hidrólisis ácida por la enzimática
en la producción de jarabes glucosados en la UEB Glucosa Cienfuegos al obtener una
ganancia de 1 352 990 $/año, recuperándose la inversión en un período aproximado de 2 años.
Recomendaciones.
66
RECOMENDACIONES.
1. Instalar los intercambiadores de calor de placas en el proceso de conversión-sacarificación y
tubos y concha para inactivar la enzima, disminuyendo de esta forma el tiempo de operación.
Referencias Bibliográficas.
67
BIBLIOGRAFÍA. Agronet.; (2006). "Yuca en producción de etanol." Aguilar, C. (2007). Optimización del proceso de modificación del almidón de maíz ceroso por extrusión y el uso de mezclas de almidones modificados con mucílago de nopal para la encapsulación de aceite esencial de naranja empleando el secado por aspersión. Licenciatura en Química en Alimentos. Pachuca de Soto, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo.: 125. ALMEX (2006). "http://www.almidones.com." Badui, S. (2006). Química de los Alimentos. México. Bailey (1998). Conceptos y Aplicaciones. . Química Orgánica. Naucalpán de Juárez, México. Bedolla-Bernal, S., Ed. (2004). Introducción a la tecnología de Alimentos. Belitz, H. and W. Grosch (1985). Química de los Alimentos. E. Acribia. Zaragoza España. Bello-Pérez, L. A., E. Agama Acevedo, et al. (2000). "Some structural, physicochemical and functional studies of banana starches isolated from two varieties growing " Starch/Starke 52(2-3): 68-73. Bello Pérez, L. A., P. Roger, et al. (1998). "Macromolecular features of starch determined by aqueous high performance siza exclusion chromatography. ." Journal of cereal Science 2: 267-278. Bemiller, J. (1997). "Starch modification: challenges and prospects." Starch Starke 49: 127-131. Bemiller, J., E. Paschall, et al. (1984). Starch. Chemistry and Technology. San Diego, Acadmic Press: 432-456. Bernal, L. and B. E. Martínez (2006). "Una nueva visión de la degradación del almidón." Revista del centro de Investigación Universidad La Salle 7(25): 77-90. Bertolini, A. C., E. Souza, et al. (2003). "Composition and reactivity of A- and B-type starch granules of normal, partial, waxy, and waxy wheat " Cereal Chemical 80: 544-549. Beyer, H., J. Barluenga, et al. (1987). Manual de Química Orgánica. E. Reverté.: 1084. Biliaderis, C. G. (1991). Non-equilibrium phase transitions of aqueous strachs systems. Water relationships in foods. L. H. y. S. L. New York (EUA), Plenum press: 251-273. Biliaderis, C. G. (1998). Structures and phase transitions of starch polymers. Poysaccharide Association Structures in Foods. W. RH. New York, Marcel Dekker: 57-168. Biliaderis , C. G., T. Maurice, et al. (1980). "Starch gelatinization phenoimetrymena studied by differencial scanning calorimetry." Journal Food Science 45: 1660-1668.
Referencias Bibliográficas.
68
Buleón , A., P. Colonna , et al. (1990). "Les amidons et leurs derives dans les industries des ceréales." Industrias Alimentarias et agro-industrielles: 515-532. Buleón, A., P. Colonna, et al. (1998). "Starch granules: structure and biosynthesis." International Journal Biotechnology Macromol 23: 85-112. Camire, M., A. Camire, et al. (1990). "Chemical and nutritional changes in foods during extrusion." Food Science Nutrition 29(1): 35-37. Carrera, J. (2002). Enzimas industriales. Módulos de Biotecnología. Colombia. Universidad de Cauca. Cobana, M. and R. Antezana (2007). "Proceso de extracción de almidón de yuca por vía seca." Revista Boliviana de Química 24: 77-83. Colonna , P., J. Doublier, et al. (1984). "Extrusion cooking and drum drying o wheat starch. Physical and macromolecular modifications." Cereal Chemistry 61: 538-543. Cooke, D. and M. Gidley (1992). "Loss of crystaline and moecular order during starch gelatinization." Carbohidrate Research 227: 103-112. Coultate, P. (1998). Química y Bioquímica de Alimentos. E. Acribia. Zargoza, España. Cowieson, A. J. (2005). "Factors that affect the nutritional value of maize for broilers." Animal Feed Science Technology 119: 293-305. Chiotelli, E. and M. Le Meste (2002). "Effect of small and large wheat starch granules on thermomechanical behavior of starch." Cereal Chemical 779: 286-293. De Baere, H. (1999). "Starch policy in the European communty." Starch/Starke 51: 189-193. Delville, J., P. Dole, et al. (2002). "Solid state photocrosslinked starch bases films: a new of family of homogeneous modifie starches." Carbohyd Polymers 49: 71-81. Dokic, L., J. Jakovijevic, et al. (2004). "Relation between viscous characteristics and Dextrose Equivalent of Maltodextrins." Starch/Starke 33: 415-420. Fálder-Rivero, A. (2004). Azúcares y mieles. Enciclopedia de los Alimentos.: 113-125. Fennema, R. O. (2000). Química de los Alimentos. Zaragoza España. Flores-Gorosquera, E. (2003). Obtención de jarabe de glucosa a partir de almidón de plátano empleando un reactor enzimático a nivel planta piloto. Yautepec, Morelos, México. Gallant, D. J. and B. Bouchet (1986). "Ultraestructure of maize starch granules: a review." Journal Food Microstructure 5: 141-155.
Referencias Bibliográficas.
69
Geera, B. P., J. E. Nelson, et al. (2006). "Compositions and properties of A-and B type starch of wild type, partial way, and waxy soft wheat." Cereal Chemical 83: 551-557. Godfrey, T. (1996). Comparison of Key Characteristics of Indutrial Enzymes by Type and Source. Industrial Enzymology. T. M. P. Lid. New York: 609. Gonzalez, Z. and E. Pérez (2003). Evaluación Físico-Química y Funcional de Almidones de Yuca (Manihot esculenta Crantz) pregelatinizados y calentados con microondas. A. C. Venezolana. 54: 127-137. GPC (2008). "htttp://www.grainprocessing.com/food/malprop.html." Guan, J. and A. M. Hanna (2004). "Extruding foams from corn starch acetate and native corn starch " Biomacromolecules 5: 2329-2339. Guilbot, A. and C. Mercier (1985). Starch: The Polysaccharides. Aspinall O. New York, USA, Acadmic Press: 209-282. Guzmán-Maldonado, H. (1992). Optimización de un procedimiento enzimático para la licuefacción y sacarificación del almidón mediante la metodología de superficie de respuesta. Ingeniería Química. México, Universidad de Irapuato-México. Hernández, D. (2013). Modificación del almidón de sagú (Maranta arundinacea) por vía química, física y enzimática. Departamento de Alimentos. La Habana, Cuba, Universidad de La Habana: 82. Herrera, A. J. and R. C. Meers (2013). Diseño de las etapas de hidrólisis de almidón y fermentación para producir bioetanol basado en la respuesta dinámica del sistema. Ingeniería Química. Cartagena de Indias, D.T y C., Universidad de Cratagena: 119. Hoseney, R. C. (1998). Principles of cereal Science and Technoogy. American Asociation of Cereal Chemists. n. Edition. USA: 378. Hoseney , R. C., K. J. Zeleznack , et al. (1986). "A note the gelatinization of starch." Starch Starke 38: 407-409. Howling, D. (1980). "The influence of structure of starch on its rheological properties." Food Chemistry 6: 51-56. Johnson-Green, P. (2002). Introduction to food biotechnoogy. C. P. LLC: 21-22, 213-219. Juares, T. A., G. G. Arias, et al. (2008). "Esterificación del almidón." Universidad Autónoma de Coahulia, verano de la ciencia. Jury, A., M. Armada, et al. (1994). "Producción, caracterización y aplicaciones en alimentos de almidones modificados de maíz." Información Tecnoógica 5(1): 43-50. Kaur, L., N. Singh , et al. (2004). "Factors influencing the properties of hidroxypropylated potato starches." Carbohydrate Polymers 55: 211-223.
Referencias Bibliográficas.
70
Knutzon, C. A. and M. J. Grove (1994). "Rapid method for stimtion of amyloe in maize starches." Cereal Chemistry 71 (5): 469. Lai, L. and Kokini; (1991). "Physichochemical changes and rheological properties of starch during extrusion." Biotechnology Progress 7(3): 251-266. Lawal, O., K. Abebowale, et al. (2005). "Oxidized and acid thinned starch derivatives of maize: functional characteristics, wide angle X-ray diffractometry and thermal properties." International Journal of Biological Macromolecules. 33: 71-79. Leloup , V., P. Colonna , et al. (1990). "Studies on probe diffuion and accessibility physicochemical, aspects of starch granule size, with Emphasis on Small Granule Starches." Starch Starke 56: 89-99. López-Munguía, A. (2002). "Edulcorantes." Biotecnología Alimentaria: 519-528. Luenser, S. J. (1983). "Microbial enzymes for industrial sweetener production. En Developments in industrial microbiology." Symposium Biotechnology in Food Processing 33: 79-96. MacAllister, R. V. (1979). "Nutritive sweeteners made from starch." Advances in carbohydrate chemistry and biochemistry 36: 15-56. Mali, S., M. Grossmann, et al. (2005). "Mechanical and thermal properties of yam starch films." Food Hydrocolloids 19: 157-164. Marchal, V. d. L. A.M.J, et al. (1999). "Effect of temperature on saccharide composition obtained after α-amylolysis of starch." Biotechnology and Bioengineering 63(3): 344-355. Martínez, F., M. López, et al. (2005). "Preparación y propiedades de almidones pregelatinizados de yuca (Manihot esculenta Crantz) y jicama (Pchyrhizus erosus) usando calentamiento óhmico." Agrociencia 39: 275-283. Molina, E. (1999). "Características y aplicaciones de dextrosa comercial. ." Industria Alimentaria: 10-13. Montes-Horcasitas, M. C. and I. Magaña- Plaza (2002). "Enzimas con aplicación industrial." Avance u Perspectiva 21: 279-282. Morales, Y. and I. A. Sánchez (2004). Diseño conceptual y comparación técnica de los procesos de hidrólisis ácida y enzimática para la producción de glucosa a partir de almidón de yuca. Ingeniería Química. facultad de Ciencias Físico-Químicas. Bucarramanga, Universidad Industrial de Santander: 116. Morrison, W. R. (1995). "Starch lipids and how they relate to starch granule structure and functionality." Cereal Food World 40: 437-446. Mua, J. P. and D. S. Jackson (1997). "Fine structure of corn amylose and amilopectin fractions with various molecular weights." Journal Agriculture Food Chemical 45.
Referencias Bibliográficas.
71
Narváez González, E. D., J. D. Figueroa Cárdenas, et al. (2007). "Efecto del tamaño del gránulo de almidón de maíz en sus propiedades térmicas y de pastificado." REvista Fitotecnia 30 (3): 269-277. Olayide, S. (2004). "Composition, physicochemical properties and retrogradation characteristics of native, oxidized, acetylated and acid-thinned new cocoyam (Xanthosoma sagittifolium) starch." Food Chemistry. 87: 205-218. Olsen, H. S. (1995). "Enzymatic production of glucose yrups." Academic and Professional: 26-28. Pandey, A., P. Nigam, et al. (2000). "Advances in microbial amylases." Biotechnol.Appl.Biochem 31: 135-162. Paredes-López, O., A. P. Barba de la Rosa, et al. (1990). Características alimentarias y Agroindustriales. Amaranto. Secretaría General de los Estados Americanos. Washington. Peñarada, C. O., P. J. E. Perilla, et al. (2008). "Revisión de la modificación química del almidón con ácidos orgánicos." Revista de Ingeniería e Investigación: 284-292. Pérez -Sira, E. (1997). "Characterización of starch isolated fro plantain." Starch-Starke 49: 45. Quitiguiña, C. and S. Santacruz (2012). "Obtención de jarabe de glucosa a partir de la hidrólisis enzimática de almidón de banano,( Musa Cavendish)." Revista Boliviana de Química 29 (1): 55-62. Radley, J. A. (1976). "Industrial uses of starch and its derivatives. ." Applied Science Publisher LTD: 51-52. Raeker, M. O., C. S. Gaines, et al. (1998). "Granule size distribution and chemical composition of starches fom 12 soft wheat cultivars." Cereal Chemical 75: 721-728. Reyna, M., R. Robles, et al. (2004). "Hidrólisis enzimática del almidón." Rev.Per.Quím.Ing Quím 7: 40-44. Rooney, L. and D. Huang (2001). Starches for snack foods. Snacks foods procssing. L. E. y. R. LW. Pennsylvania, Technomic Publishing Company: 115-130. Sang, Y., S. Bean, et al. (2009). "Structure and functional propiertes of sorghum starches differing in amylose content." J.Agric.Food Chem. 56: 6680-6685. Schenck.; and Hebeda.; (1992). Starch Hydrolisis Products. USA, VCH Publisher Inc. Schmitz, C., K. De Simas, et al. (2006). "Cassava starch functional properties by etherification-hydroxypropilation." International Journal of Food Science 41: 681-687. Seetharaman, K., A. Tziotis, et al. (2001). "Thermal and fuctional characterizacion of starch from Argentinean corn." Cereal Chemical 78: 379-386.
Referencias Bibliográficas.
72
Serna, S. (2001). Química, almacenamiento e industrialización de los cereales AGT. México, D.F. Serna, S. O. (2011). "Bioconversión de almidones en jarabes dextrinizados, maltosados, glucosados y fructosados." Quinto Simpopsio Internacional de Innovación y Desarrollo de Alimentos. Singh, N., N. S. Kaur, et al. (2005). "Physicochemical, cooking and textural properties of milled rice from different Indian rice cultivars." Food Chemical 89(2): 253-259. Sitohy, K., E. Said, et al. (2000). "Physicochemical properties if different types of starch phoosphate monoesters." Starch Starke 52(4): 101-105. Steven, G. B. (1995). "Recents view on the biosynthesis of the plant starch granule." Glycosci Glycotechnol 7(37): 405-415. Stoddard, F. L. (1999). "Survey of starch particle-size distribution in wheat and related species." Cereal Chemical 76: 145-149. Stute, R. (1992). "Hidrothermal modification of starch: the difference between annealing and heat moisture treatments." Starch Starke 44: 205-214. Surmely, R. (1996). Determinación de parámetros experimentales para la conversión enzimática rápida de fécula de mandioca en xirope de maltosa de bajo costo con un perfil adecuado para cervecería. Centro de Raíces y almidones tropicales. Botucatu, Universidad Estatal Paulista 20. Taggart, P. (2004). " Starch as ingredient: manufacture and applictions." Starch in food. Structure, function and applications. Tang, H., H. Ando, et al. (2000). "Some physicochemical properties of small-, medium-, and large-granule starches in fractions of waxy barley grain." Cereal Chemical 77: 27-31. Tang, H., K. Watanabe , et al. (2002). "Characterization of storage starches from quinoa, barley and adzuki seeds." Carbohyd Polymers 49: 13-22. Tate.; and Lile.; (2005). "En línea Disponible: http://www.amylumgroup.com." Tester , R. F. and S. Debon (2000). "Annealing of starch-a review." Internatonal Journal Biological Macromol 27: 1-12. Tester, R. F., I. Karkalas, et al. (2004). "Starch compositions, fine structure and architecture." Journal Cereal Science 39: 151-165. Tester , R. F. and J. Karkalas (2002). Biopolymers. Polysaccharides. Polysaccharides from Eukaryotes Starch. A. Steinbuchel, E. J. Vandamme and S. De Baets. 6.
Referencias Bibliográficas.
73
Tetlow, I. J., M. K. Morell, et al. (2004). "Recent Developments in understanding the regulation of starch metabolism in higher plants." Journal Exp. Bot. 55. Thomas, D. J. and W. A. Atwell (1999). Starch structure. Practical guide for the food industry. Starches. T. D. y. A. WA. USA: 1-12. Van, J. G. and F. G. Vligenthart (1997). "Cristallinity in starch plastics: consequences for material properties." Trends in biotechnology 15: 208-213. Vandeputte, G. E. and J. A. Delcour (2004). "From sucrose to starch granule to starch physical behaviour: a focuson rice starch." Carboh Polym 58 (3): 245-266. Vásquez, M. G. and L. E. Villarrreal (2009). Obtención de Vodka a partir de dos tipos de maíz (Zea mays): Maíz amarillo amiláceo y maíz blanco de grano vitrio. Facultad de Ingeniería en Ciencias Agropecuarias y Ambientales. Ibarra-Ecuador, Universidad Técnica del Norte: 156. Velamar.; (2013). Bialfa T. B. Veritas. Madrid, España. Velamar.; (2013). Glucozyme 2X. Enzima Amiloglucosidasa calidad alimentaria. Madrid, España., Bureau Veritas. Velazco, D. R., E. I. Quintero, et al. (2012). Proceso con adición doificada de materia prima y enzima para la producción de maltodextrinas y jarabes de glucosa altamente concentrados a partir de almidones. México. WO2012093355 A1. Vian, A. (1994). Introducción a la químia industrial. E. Reverté. Barcelona, España. Vihinen, M. and P. Mantsala (1989). "Microbial Amylolytic Enzymes." Critical Reviews in Biochemistry and Moecular 24(4): 329-418. Wang, J., V. Troung, et al. (2003). "Structures and rheological properties of corn starch as affected by acid hydrolysis." Carbohydrate Plymers 52: 327-333. Wang, S., Y. Jinglin, et al. (2007). "Morphological and granular changes in native yam (Discorea Bulbifera) starch during hydrolysis." Carbohydrate Polymers 69: 286-292. Wang, Y. and L. Wang (2001). "Structures and physicochemical properties of acid-thinned corn, potato and rice starches." Starch Starke. 53: 570-576. Wurzburg, B. (1986). "Forty years of industrial starch research." Cereal Food World 31(12): 897-903. Yordi, G. E. (2007). "Almidón de los cereales nativos y modifcados:Propiedades en la alimentación." Zhang, P., N. Norulaini, et al. (2007). "RVA analysis of mixtures of wheat flour and potato, sweet potato, yam, and cassava starches." Carbohydrate Polymers 59: 443-458.
Referencias Bibliográficas.
74
Zobel, H. (1988). "Starch crystal transformation and their industrial importance." Starch Starke(4041): 1-7.
Anexos.
75
ANEXOS.
Anexo 1: Flujograma del proceso de obtención de jarabes desarrollado a escala de laboratorio.
Suspensión de Almidón
(30% p / v )
NaOH (1N)
Ajuste de pH
(5.5-6.0)
Suspensión de Almidón
pH=(5.5-6.0)
Calentmiento a rpm cte
hasta 60 ºC
Bialfa T (0.05-0.08 p/p)
Licuefacción a 100ºC
por 2 horas
Enfriamiento hasta
60 ºC
Almidón licuificado
Glucozyme 2X (0.05-0.1 p/p)HCL 1N
Sacarificación 60ºC
durante 3 horas
Filtración al Vacío Torta residual
Carbón Activado
Tierra Infusorio
Jarabe Glucosado
Anexos.
76
Anexo 2: Determinación del Brix.
Al atravesar un rayo de luz dos medios diferentes, el primero experimenta una variación en su
trayectoria en un cierto ángulo, llamándosele a esta desviación refracción.
El índice de refracción varía con la temperatura, con la longitud de onda y con la concentración
de sólidos solubles presentes, esta nos da una medida de los sólidos solubles en sólidos totales
o lo que es lo mismo los grados Brix. (Macu 1986).
Para la determinación del Brix se utiliza un refractómetro.
Anexos.
77
Anexo 3. Determinación de ART.
Fundamento del método
Este se basa en la relación lineal que existe entre la absorbancia y la concentración según la ley
de Lamber - Beer, siendo la absorbancia medida proporcional a la concentración de azúcares
reductores presentes en la muestra.
Procedimiento
1. Se añade a un tubo de ensayo 1 mL de la suspensión acuosa y se añaden 2 mL de la
solución de reactivo 3.5 – Dinitrosalicílico mezclando bien.
2. Se colocan los tubos de ensayo en baño de agua hirviendo durante 5 minutos, extrayéndose
posteriormente y dejándose enfriar hasta temperatura ambiente.
3. Se enrasan todos los tubos de ensayo hasta 10 mL con agua destilada y se lee en el
espectrofotómetro a 540 nm contra un blanco preparado con 1 mL de agua destilada el cual
debe sufrir la misma técnica operatoria. (Herrera 1989).
Para la confección de la curva de calibración se prepararon 10 soluciones a diferentes
concentraciones de glucosa, midiéndose la absorbancia de las mismas, obteniéndose el
siguiente resultado:
C(g/L) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,7 0,8 0,9 1
A 0,077 0,086 0,0173 0,27 0,549 0,593 0,627 0,676
y = 0.7049x R² = 0.9791
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0 0.5 1 1.5
Ab
sorb
anci
a
Concentración de glucosa g/L
Absorbancia VS Concentración
Series1
Linear (Series1)
Anexos.
78
Anexo 4: Determinación de la acidez.
Fundamento del método.
La acidez de la muestra previamente diluida mediante valoración con solución de hidróxido de
sodio usando fenolftaleína al 1 % como indicador se expresa como ácido clorhídrico.
Reactivos.
Solución de hidróxido de sodio 0.1 N de concentración exacta.
Indicador de fenolftaleína al 1%.
Aparatos, utensilios y medios de medición.
Balanza técnica con límite máx. de 610 g y valor de división de 0.1 g.
Frasco cónico de 500 ml.
Probeta graduada de 250 ml.
Bureta de 25 ml graduada en 0.1 ml.
Procedimiento
Se pesan (50 0.5 g) de sirope de glucosa en un frasco cónico de 500 ml y se diluyen con 200
ml de agua aproximadamente, se añade 1 ml de indicador de fenolftaleína al 1 % y se valora
con soluciones de hidróxido de sodio 0.1 N hasta la aparición del primer color rosado
permanente.
Expresión de los resultados.
Método para los cálculos.
Donde:
a- volumen de solución de hidróxido sodio 0.1 N consumidos en la valoración en ml.
m- masa de la muestra, en g.
Anexos.
79
Anexo 5: Determinación de pH.
Este método se utiliza para la determinación del pH mediante el método potenciométrico en
todos los tipos de sirope de glucosa.
Fundamentación del método.
Según la norma NC- 90-13-13:80. Aseguramiento Metrológico. Medidores de pH, Reglas
generales para efectuar mediciones de pH.
Reactivos.
Según NC- 90-13-13:80. Aseguramiento Metrológico. Medidores de pH.
Reglas generales para efectuar mediciones de pH y NC-90-13-08:79.
Aseguramiento Metrológico Medidores de pH. Soluciones reguladoras de pH
Soluciones reguladoras de pH. Requisitos para la elaboración.
Aparatos utensilios y medios de medición.
Balanza técnica con límite máximo de 610g y valor de división de 0.1 g.
Metro de pH exacto y confiable, equipado con electrodo de cristal y Colomer o
(combinado) capaz de medir pH en un intervalo de 1 a 10 con precisión de 0.1 pH
Anexos.
80
Anexo 6: Análisis de varianza y efectos estimados de cada variable repuesta en la
obtención de jarabes glucosados.
Efectos estimados para los ART.
Efecto Estimado Error Estadístico V.I.F
promedio 53,3041 1,16813
A: Bialfa T -1,06225 2,61202 1,0
B: Glucozyme 2X 8,64325 2,61202 1,0
AB -3,49875 2,61202 1,0
bloque -1,803 2,33626 1,0
Análisis de varianza para los ART.
Fuente Suma de Cuadrados
Gl Cuadrado Medio
Razón-F Valor-P
A: Bialfa T 2,25675 1 2,25675 0,17 0,7011
B: Glucozyme 2X 149,412 1 149,412 10,95 0,0213
AB 24,4825 1 24,4825 1,79 0,2381
bloque 8,12702 1 8,12702 0,60 0,4751
Error total 68,2266 5 13,6453
Total (corrección) 252,504 9
Anexos.
81
Efectos estimados para el Brix.
Efecto Estimado Error Estadístico V.I.F
promedio 30,53 0,18473
A: Bialfa T -0,625 0,413068 1,0
B: Glucozyme 2X 0,075 0,413068 1,0
AB -2,625 0,413068 1,0
bloque -0,02 0,369459 1,0
Análisis de varianza para el Brix.
Fuente Suma de Cuadrados
Gl Cuadrado Medio
Razón-F Valor-P
A: Bialfa T 0,78125 1 0,78125 2,29 0,1907
B: Glucozyme 2X 0,01125 1 0,01125 0,03 0,8631
AB 13,7812 1 13,7812 40,38 0,0014
bloque 0,001 1 0,001 0,00 95,89
Error total 1,70625 5 0,34125
Total (corrección) 16,281 9
Anexos.
82
Anexo 7: Diagrama de bloques del proceso de obtención de sirope de glucosa por vía ácida.
Tanque de Almidón
Refino
Preparación Lechada
de AlmidónÁcido Clorhídrico
ConvertidorVapor
Sacarificación
Carbonato de
Sodio
Vapor Condensado
Ajuste fino de pHCarbonato de
Sodio
Separador de Proteínas Grasas y proteínas
DecoloraciónCarbón activado
Filtración al Vacío
Ajuste de pH
Evaporación
Jarabe Glucosado
Torta residualTierra de infusorio
Carbonato de sodio
Vapor Condensado
Anexos.
83
Anexo 8: Diagrama de flujo de obtención de sirope de glucosa ácida.
NeutralizadorTanque
Na2CO3Solución
Acuosa
Filtro Oliver
Carbón
activado
Tierra
infusorio
Lechada de
almidón
HCl
Acidulación
Caldera
Agua
Fuel-OilCalentador
Fuel-oíl
T= 80-100ºC
CondensadosSuavisadores Suavisadores
1,078MPa
85%
Agua
T= 60ºC
Evaporadores
P=1-15kgf/cm2
ConvertidorConsumo de Vapor= 1600kg/h
Presión=20-30 kgf/cm2
Temperatura=140-142ºC
Tk
Almacenamiento
Tk Sacarificación
Anexos.
84
Anexo 9: Diagrama de flujo de la adaptación tecnológica propuesta.
Solución
Acuosa
Filtro Oliver
Carbón
activado
Tierra
infusorio
Lechada de
almidón
Preparación
Lechada Almidón
Caldera
Agua
Fuel-OilCalentador
Fuel-oíl
T= 80-100ºC
CondensadosSuavisadores Suavisadores
1,078MPa
85%
Agua
T= 60ºC
Evaporadores
P=1-15kgf/cm2
ConvertidorConsumo de Vapor= 1600kg/h
Presión=20-25 kgf/cm2
Temperatura=105-115ºC
Tk
Almacenamiento
Tk SacarificaciónCarbonato de
SodioTk
Dextrinización
P-95
IC Placas
IC tu
bo
y c
on
ch
a
Anexos.
85
Anexo 10: Metodología de diseño de los intercambiadores de placas.