UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO ESCUELA ACADÉMICO ...
Transcript of UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO ESCUELA ACADÉMICO ...
Facultad de Ingeniería Química
i
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA
“CARACTERIZACIÓN DE LOS DESECHOS ALCOHOLEROS
PARA LA OBTENCIÓN DE LEVADURA FORRAJERA”
TESIS
PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
INGENIERO QUÍMICO
AUTORES : Br.: OSCAR LEONAR PAREDES CRUZADO
Br.: JOSE LUIS LLERENA PALOMINO
ASESOR : MsC. MANUEL VERA HERRERA
TRUJILLO – PERÚ
2011
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
ii
ÍNDICE
JURADO DICTAMINADOR
AGRADECIMIENTOS
INTRODUCCIÓN
RESUMEN
CAPÍTULO I : FUNDAMENTO TEÓRICO ................................................. 1
1.1 RESEÑA HISTÓRICA DE LA LEVADURA FORRAJERA ................. 1
1.2 PRODUCTOS QUE COMPITEN CON LA LEVADURA .................... 3
1.3 MOTIVOS DE AUMENTO DE CONSUMO Y DE LA PRODUCCIÓN
DE LEVADURA ................................................................................. 4
1.4 ESTIMACIÓN DE LA DEMANDA FUTURA DE LA LEVADURA....... 5
1.5 UTILIZACIÓN DE LA LEVADURA FORRAJERA.............................. 6
1.5.1 Usos de la levadura forrajera ................................................. 6
1.5.2 Levadura forrajera como alimento animal .............................. 6
1.5.3 Como alimento en la crianza de vacunos ............................... 7
1.5.4 Como alimento en la crianza caballar .................................... 8
1.5.5 Como alimento en la crianza de aves .................................... 10
1.5.6 Levadura forrajera como componente de alimento
balanceado ............................................................................. 11
CAPÍTULO II :SELECCIÓN DEL PROCESO ............................................ 13
2.1 PROCESOS PARA LA MANUFACTURA ........................................... 13
2.1.1 Proceso Thaysen ..................................................................... 13
2.1.2 Empleo de residuos de frutas .................................................. 14
2.1.3 Empleo de líquidos residuales ................................................. 15
2.1.4 Método a base de vinaza de melaza de caña de azúcar ......... 16
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
iii
2.1.5 Empleo de la melaza de caña de azúcar ................................. 17
2.2 SELECCIÓN DEL PROCESO ............................................................ 18
2.2.1 Proceso Thaysen contra empleo de residuos de frutas ........... 18
2.2.2 Proceso Thaysen contra empleo de líquidos residuales .......... 18
2.2.3 Proceso Thaysen contra método a base de vinaza ................. 19
2.2.4 Método a base de vinazas contra melaza de caña de
Azúcar ..................................................................................... 19
2.2.5 Selección de la cepa para el proceso a base de vinaza .......... 20
CAPÍTULO III : DESCRIPCIÓN DEL PROCESO ..................................... 22
3.1 GENERALIDADES ............................................................................. 22
3.2 COMPOSICIÓN DE LOS MOSTOS (VINAZAS) ................................ 22
3.3 CARACTERÍSTICAS DEL PROCESO ............................................... 24
3.3.1 Experiencias con vinazas ......................................................... 24
3.3.2 Experiencias con mezclas vinaza – melaza ............................. 26
CAPÍTULO IV : CONSIDERACIONES BÁSICAS IMPORTANTES .......... 31
4.1 FERMENTACIÓN .............................................................................. 31
4.1.1 Generalidades ...................................................................... 31
4.1.2 Efectos en el rendimiento ..................................................... 32
4.1.3 Índices de fermentación ........................................................ 33
4.2 SALES NUTRIENTES ........................................................................ 35
4.3 ESTERILIZACIÓN DE LA SOLUCIÓN VINAZA MELAZA ................. 37
4.4 RECUPERACIÓN DE LA LEVADURA ............................................... 37
4.5 CONCENTRACIÓN Y SECADO ........................................................ 39
4.5.1 La levadura y pared celular ................................................... 41
4.5.2 Trabajos investigativos ......................................................... 41
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
iv
4.6 CARACTERÍSTICAS DEL PRODUCTO FINAL ................................. 44
CAPÍTULO V : PRELIMINARES PARA LA PARTE EXPERIMENTAL
DEL PROCESO .............................................................................. 45
5.1 SELECCIÓN DE LA CEPA PARA EL PROCESO ............................. 45
5.1.1 Medio de vida más adecuado para la levadura
Candida utilis ....................................................................... 46
5.1.2 Condiciones de vida de la levadura C.U. .............................. 47
5.2 REPRODUCCIÓN DE LA CEPA, EN PLACAS PETRI ...................... 47
5.2.1 Repique de la cepa pura a las placas petri ........................... 47
5.3 PREPARACIÓN DE LA MATERIA PRIMA: VINAZA .......................... 50
5.3.1 ºBrix y razón de la mezcla vinaza – mezcla .......................... 53
5.4 ADITIVOS NECESARIOS PARA LA MEZCLA
VINAZA-MELAZA (SUSTRATO) .................................................... 53
5.5 AERACIÓN DEL SUSTRATO ............................................................ 55
5.6 SISTEMA DE AGITACIÓN ................................................................. 56
5.7 CONTROL DE LA TEMPERATURA .................................................. 56
5.8 CONTROL DEL pH ............................................................................. 57
5.9 CONTROL DE LA VIABILIDAD DE LA LEVADURA ........................... 57
5.9.1 Técnica de Conteo ................................................................ 57
CAPÍTULO VI ........................................................................................... 61
6.1 EJECUCIÓN DEL PROCESO ............................................................. 61
6.2 OBTENCIÓN DEL INÓCULO DE LEVADURA ................................... 63
6.3 MULTIPLICACIÓN DE LA LEVADURA .............................................. 64
6.3.1 Transferencia del inóculo activo al fermentador ................... 64
6.3.2 Control permanente de la evolución del proceso .................. 67
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
v
6.4 PRIMERA CENTRIFUGACIÓN Y LAVADO DEL PRODUCTO ......... 74
6.5 CENTRIFUGACIÓN DEL PRODUCTO LAVADO .............................. 75
6.6 SECADO DE LA CREMA DE LEVADURA......................................... 75
6.7 PRODUCTO TERMINADO ................................................................ 76
6.8 PROCESO CONTINUO PARA LA PRODUCCIÓN DE
LEVADURA FORRAJERA .............................................................. 76
6.8.1 Procedimiento ....................................................................... 77
6.8.2 Control Fisico – Químico y Biológico ..................................... 77
6.8.3 Resultados ............................................................................ 77
CAPÍTULO VII : CONCLUSIONES ........................................................... 82
CAPÍTULO VIII : RECOMENDACIONES .................................................. 83
BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................... 84
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
vi
INTRODUCCIÓN
El hombre en su lucha por la supervivencia y aprovechando la
inteligencia comenzó a sacar provecho de estas fuerzas y así en las culturas
primitivas aparecen las primeras manifestaciones de utilización de
microorganismos en beneficio del hombre. La producción de bebidas
alcohólicas es el ejemplo más significativo.
Tanto los pueblos indo americanos como los egipcios y babilónicos
producían bebidas alcohólicas mediante la fermentación espontánea de los
granos. Es así que en el siglo pasado la fermentación se desarrolla tanto que
sube al rango de industria. Ahora en nuestro siglo el impetuoso avance de la
ciencia y la técnica introduce en la industria fermentativa nuevos
conocimientos, comenzó a desaparecer el empirismo que caracterizaban
esta industria.
En la actualidad los microorganismos son empleados en forma muy
diversa, las producciones farmacéuticas, la minería y la metalurgia, la
depuración de residuos, la industria de alimentos y la cosmonáutica son
campos donde los procesos microbiológicos realizan aportes.
Su alta especificidad y sus bajos requerimientos energéticos
aumentan, cada vez, más, pero actualmente existen instalaciones
industriales para la producción de levadura de panificación, vinagre, vinos de
frutos, levaduras forrajeras, etc.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
vii
RESUMEN
Este trabajo está destinado a producir levadura forrajera, con alto
contenido proteico, par consumo exclusivo de animales y por consiguiente
las carnes de estos tornan más nutritivos para el hombre, de modo que
lograría cubrir en parte, las exigencias alimenticias de la población,
paralelamente esta primera exigencia se estaría logrando que los
subproductos de esta elaboración salgan del proceso con un contenido de
toxicidad casi nula, cumpliéndose con las exigencias de los organismos
encargados de la preservación del medio ambiente, se utiliza como materia
prima, las vinazas que salen como subproducto de la destilería de alcohol,
especialmente de la cooperativa de Laredo, transformándola en producto
asimilable por animales, para esta producción a nivel de planta piloto se
toma en cuenta los mismos parámetros, como si fuera a gran escala,
ajustándoles al nivel de producción deseado.
Es necesario sondear todos los medios posibles a fin de mejorar las
fuentes existentes de proteínas, ya que en el Perú no existe ninguna planta
productora de levadura alimenticia con elevada pureza para que satisfaga
las necesidades y cumpla con los requerimientos de no intoxicación del
medio ambiente con sus desechos de los organismos encargado del control
del medio ambiente y su sana preservación.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
1
ABSTRACT
This work is intended to produce fodder yeast, high-protein, par
exclusive consumption of animals and therefore the meat of these become
more nutritious to man, so that achieved partly cover the food requirements
of the population, parallel this first requirement will be making the products of
this drawing out the process with a content of toxicity almost zero, complying
with the requirements of the bodies responsible for the preservation of the
environment, is used as feedstock, stillage emerging as a byproduct of
distillery alcohol, especially cooperative Laredo, transforming it into
assimilable product for animals, for this production at pilot plant is taken into
account the same parameters, like large-scale ajustándoles the level of
desired production.
It is necessary to probe all possible means to improve existing sources of
protein, because in Peru there is no production plant nutritional yeast with
high purity to meet the needs and meet the requirements of not poisoning the
environment with its waste of agencies responsible environmental control
and healthy preservation.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
2
CAPÍTULO I
FUNDAMENTO TEÓRICO
LA LEVADURA FORRAJERA
1.1 RESEÑA HISTÓRICA DE LA LEVADURA FORRAJERA.
El uso de la levadura en alimentos se remonta dos mil años antes
de Cristo a los trabajos realizados desde los tiempos antiguos en una
panadería y en una fábrica artesanal de cerveza. Este hecho se
sustenta en exámenes microscópicos de los sedimentos contenidos en
las ánforas de cerveza halladas en tumbas, se ha revelado con toda
certeza que son células de levadura.
No se sabe exactamente cuando, el hombre atribuyó valor como
alimento a este producto rico en vitaminas y proteínas; pero si se
reconoció desde muy temprano el hecho, de que por secado e
inactivación, la levadura forrajera se hacía más digerible, conociéndose
pues los peligros del uso de levadura fresca, fácilmente descomponible.
La principal razón del valor alimenticio disminuye en la levadura
fresca, que por un lado tiene una marcada acción laxativa y por el otro
sus vitaminas no son absorbidas. El uso de levadura fresca, sólo tuvo
importancia local, alcanzó mayor importancia cuando se dispuso de
métodos de secado más eficientes que permitieron la obtención de una
levadura de duración prácticamente indefinida.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
3
Los demás procesos de conservación que no sea por secado
tiene una importancia secundaria, ya que el producto pulverizado es de
más fácil manejo. Un almacenamiento por largos periodos no disminuye
su poder vitamínico ni de nutrientes. Desde que se dispone de levadura
seca, no han faltado investigadores que han probado sus cualidades
alimenticias, así pueden nombrarse los trabajos de F. Homcamp, O.
Kellner, M. Rubner. Prácticamente no hay nutriólogo alguno, que no
haya prestado su atención a las posibilidades nutritivas y curativas de la
levadura, pudiendo mencionarse a J. Schülein.
Muchos de estos trabajos son fundamentales y demostraron que
la levadura es una fuente proteica de valor, así, la literatura moderna
presta más atención a la levadura como fuente del complejo vitamínico
B y otros factores de crecimiento. También se presta mayor
consideración al factor económico, ya que en la selección adecuada de
componentes de un forraje balanceado, el factor económico es decisivo.
La ponderación de este último criterio no tiene relación directa con los
factores nutritivos, pero pesa en forma directa sobre la cantidad
dosificada.
Siendo la producción de leche uno de los eslabones de mayor
importancia en la economía de producción agraria, no es de extrañar
que los primeros ensayos se hicieran con el uso de ganado vacuno
lechero. Los buenos resultados despertaron un gran interés por este
alimento proteico. De mayor importancia fueron los resultados de
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
4
ensayos con porcinos y aves. Los resultados prácticos demostraron en
su gran mayoría, que la levadura seca es una fuente proteica de fácil
asimilación, de gran valor y de buena aceptabilidad. Esto vale para el
reino animal en general.
Desde 1943 en USA, se ha incrementado la investigación y
desarrollo, sobre nuevos procesos que conduzcan al establecimiento de
una industria de fabricación de levadura para alimentación humana y
como forraje. Al respecto, los progresos hechos por Inglaterra y
Alemania, parecen haberse llevado a cabo con el propósito de encontrar
fuentes cuyos usos sean de larga duración, dando opción a la salida de
carbohidratos que poseen las legumbres, frutas, así como también
industrias forestales.
1.2 PRODUCTOS QUE COMPITEN CON LA LEVADURA.
En términos generales, hablar de productos que compiten con la
levadura (rica principalmente en proteínas, vitaminas, carbohidratos,
etc.) es bastante difícil debido a que es un producto nuevo, no obstante,
pueden nombrarse además de levadura y otros productos de
fermentación, el suero de leche y la harina de pescado.
Es sabido que hay alimentos que gozan de un alto nivel de
nutrición, tal es el caso de la leche, carne, huevos y otros, pero es cierto
también, que su consumo es bastante deficiente tanto por la falta de
medios económicos para adquirirlos, como de producción suficiente para
abastecer a todo el país en caso de que los hubiere.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
5
Existen otros alimentos vegetales ricos en proteínas, incluso más
que la carne, éstos son la soya, el chocho (lupino) y el maní o
cacahuate, estos productos compiten en cantidad de proteínas con la
levadura; pero al igual que ésta, su industrialización aún no se ha
producido, y es más, no ha sido difundido el valor nutritivo que posee
cada una de ellas. Las algas al igual que la levadura contienen gran
cantidad de sustancias proteicas; existen proyectos para su
industrialización, pero por falta de incentivo aún no ha sido ejecutado.
1.3 MOTIVOS DE AUMENTO DEL CONSUMO Y DE LA PRODUCCIÓN
DE LA LEVADURA.
Los motivos de aumento del consumo y la producción de la
levadura en el Perú, se ha determinado en base a los datos de la tabla
Nº 1, en el cual se ha seguido el método de los mínimos cuadrados (18),
para estimar la tasa de crecimiento anual de la levadura por tratarse de
un producto final.
Se estima que la tasa de crecimiento anual para la demanda de
levadura será de 330 TM por año.
AÑO PRODUCCIÓN NACIONAL (TM)
IMPORTACIÓN (TM)
CONSUMO (TM)
2000 5605 4187 9792 2001 5737 4405 10142 2002 5818 4580 10398 2003 6045 5267 11312 2004 5492 5570 11512 2005 5962 5806 11768 2006 5971 5980 11951 2007 6250 6046 12296 2008 7071 5370 12441 2009 7040 5763 12803 2010 7445 5768 13213
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
6
La producción nacional dada en la tabla anterior, representa la
producción de levadura alimenticia destinada a diferentes usos, de un
total de dos (2) plantas industriales donde se obtiene este producto.
1.4 ESTIMACIÓN DE LA DEMANDA FUTURA DE LA LEVADURA
Encontrados los datos de la demanda actual de levadura, la tabla
Nº 1 se ha graficado obteniéndose: DEMANDA ANUAL vs. AÑOS
resultando la figura Nº 1, logrando proyectar la recta de crecimiento
hasta el año 2012. se observa un consumo de levadura para ese año de
16550 TM. Luego con la tasa de crecimiento anual del consumo de
levadura, calculada anteriormente, se determina que la demanda para el
año 2012 será de 16553 TM. Los cálculos se muestran en el apéndice.
FIGURA Nº 1: ESTIMACIÓN DE LA DEMANDA FUTURA DE LA
LEVADURA
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
7
1.5 UTILIZACIÓN DE LA LEVADURA FORRAJERA
1.5.1 USOS DE LA LEVADURA FORRAJERA.
Se entiende bajo esta denominación aquellas levaduras
que se propagan especialmente para ser usadas en alimentación
animal, que con vistas a aprovechar los componentes
nutricionales que la constituyen, especialmente proteínas y
vitaminas.
La levadura puede ser utilizada como fuente de proteínas
para cualquier especie animal, tal es caso que en Cuba ha sido
empleada en ganado bovino tanto de carne como de leche, en
cerdos y aves, desde ponedoras y pollos de asar, hasta pavos.
En el caso de bovinos la levadura, como cualquier concentrado
proteico, se suministra como complemento de nitrógeno no
proteico utilizado.
Ya se ha dicho que la levadura como concentrado proteico,
es comparable, y en algunos casos superior, a otras fuentes de
proteína vegetal. Su comparación con proteínas de origen animal
como la harina o concentrado de pescado es menos favorable.
1.5.2 LEVADURA FORRAJERA COMO ALIMENTO ANIMAL.
Las primeras referencias sobre la utilización de los
subproductos de la industria azucarera se remontan a la segunda
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
8
década del siglo XIX; agricultores franceses reportaron la
utilización de mieles en ganado bovino, ovino y caballar.
Esta utilización se generaliza, posteriormente, tanto en
América como en Europa; sin embargo, la misma se ha
caracterizado por el empleo de la miel como complemento o
sustituto parcial de algunos de los componentes de la dieta. En
Cuba, durante la segunda mitad de la década del 60 se
desarrollaron trabajos que permitieron utilizar la miel final de caña
como elemento básico de la dieta de rumiantes.
Las actividades de nutrición animal, han estado dirigidas a
lograr una efectiva y eficiente vinculación entre el amplio potencial
de la industria azucarera, como fuente de productos útiles, y las
necesidades cada vez mayores de alimentos que plantea el
desarrollo pecuario de nuestro país.
1.5.3 COMO ALIMENTO DE EN LA CRIANZA DE VACUNOS.
Como ya se indicó, se dio gran importancia a los primeros
ensayos del uso de levadura seca como forraje proteico en la
alimentación de vacunos, dado a que la producción de leche y de
carne tienen gran incidencia económica.
Publicaciones de esa época, indican rendimientos
excepcionalmente altos en la producción lechera y el contenido
butírico, debido al efecto de las proteínas de levadura. Controles
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
9
sistemáticos posteriores demostraron que esa proteína tenía un
efecto similar a otros forrajes proteicos, como torta de soya. Al
existir en los países europeos una déficit de proteínas (como
efecto de la segunda guerra mundial), fue de gran importancia el
reconocimiento del hecho de que después de un corto periodo de
adaptación, ésta podría ser reemplazada por proteínas de la
levadura forrajera.
1.5.4 COMO ALIMENTO EN LA CRIANZA CABALLAR.
En la crianza de ganado también se ha logrado observar
una influencia marcada de la acción de la levadura forrajera; en
especial se ha logrado un éxito en animales sometidos a gran
esfuerzo, como caballos de carrera, de torneo y en reproductores.
Quizás el uso de mayor cuantía que se haya realizado con
levadura forrajera para caballos fue durante la última guerra en
forma de conservas forrajeras para el ejército. Se componía de un
30% de heno o picadura de paja, 40% de avena, 20% de fécula
de papas y afrechillo y 10% de levadura forrajera. La mezcla se
comprimía en forma de pellets (comprimidos). Este forraje de alta
concentración y de fácil transporte tuvo un gran uso; de él se
consumieron sobre los 280000 ton/año. Así se daba a los
caballos una ración diaria de 380 a 500 gr de levadura. En la
época posterior a la guerra se alimentaban a veces a los caballos
de trabajo, con hasta 3 kg/día de levadura.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
10
En estudios con animales de pura sangre se puede
demostrar que, los animales jóvenes respondían en mejor forma
a una dieta en vitaminas, habiéndose mezclado hasta 100 gr/día
de levadura con avena.
TABLA Nº 2: NECESIDADES DE UN CERDO EN VITAMINAS Y SU
CONTENIDO EN LEVADURA SECA
APORTE ÓPTIMO PARA EL CERDO VITAMINA B, EN 1 Kg
DE LEVADURA SECA VITAMINA POR ANIMAL/DÍA
B1 (Tiamina) 3 – 5 mg 18 mg
B2 (Riboflavina) 3 7 47
PP (Niacina) 20 – 40 450
B6 (Piridoxina) 5 32
BX (Ac. Pantoténico) 20 - 80 38
Ha sido posible demostrar fehacientemente que las
marranas tratadas con complejo vitamínico B durante el periodo
de gestación, no aumentaron el número promedio de crías, pero
demostraron si un incremento en la velocidad de crecimiento.
Se recomienda dar a las marranas durante el periodo de
gestación una dosis diaria de 100 – 200 gr. de levadura mezclada
con leche o infusión de manzanilla, con el fin de normalizar la
flora intestinal. El mismo autor indica la incidencia del tratamiento
con levadura en la supervivencia de las crías. La pérdida de sus
crías en 21 animales tratados fue de un 6%, mientras que la
pérdida en los animales no tratados llegó a un 70%.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
11
Para evitar una pérdida de peso durante el periodo de
lactancia, la calidad del alimento para las marranas debe ser tal,
que asegure una utilización óptima de los elementos nutritivos.
Así mismo debe cuidarse de la composición del alimento para los
lechones destetados.
1.5.5 COMO ALIMENTO EN LA CRIANZA DE AVES.
Las exigencias nutritivas para la crianza de aves es muy
elevada. Su sistema intestinal corto y un tránsito reducido,
condicionan un tiempo de retención de los alimentos en el cuerpo,
haciendo que la degradación bacteriana sea insuficiente. Por eso
es necesario precisar una alimentación racional para aves que
este constituido por un forraje adecuadamente concentrado, de
fácil digestión, con un contenido suficientemente alto en
vitaminas. En 1911 Voiltz y Bandrexel asignaron la proteína de
levadura seca, un porcentaje de digestibilidad de 90.
La tabla Nº 3 muestra la elaboración según los coeficientes
de nutrición de la D.L.G. (Sociedad Alemana de Agricultura), de la
cual se desprende que los demás componentes de la levadura,
son altamente digestible también.
PRODUCTO DIGESTIBILIDAD
PROTEÍNA %
LÍPIDOS CRUDOS %
FIBRA CRUDA %
Levadura seca 87 – 91 44 – 78 99 Harina de sangre 83 79 -- Salvado de cebada 77 78 49 Harina forrajera de avena 72 49 25 Harina forrajera de centeno 75 71 19 Afrechillo de trigo 78 76 41
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
12
Estos valores fueron determinados inicialmente en
rumiantes y demuestran ue la digestibilidad de levadura puede
competir con alimentos de tan fácil digestión. Por esta razón no
debe de extrañar que la levadura juega un papel importante en la
crianza de aves, resaltando la aceleración en el crecimiento,
mejora la eficiencia de las ponedoras, aumenta la resistencia a
las infecciones, mejora el apetito, mejora la asimilación de los
alimentos.
1.5.6 LEVADURA FORRAJERA COMO COMPONENTES DE
ALIMENTOS BALANCEADOS.
Después de los óptimos resultados obtenidos con levadura
forrajera en la alimentación animal, no debe de extrañar que su
uso halla sido probado y aprobado en alimentos balanceados.
En la actualidad es costumbre, en Alemania, llegar a una
concentración tan alta de levadura en alimentos balanceados
como fuese económicamente compatible. El Ministerio Federal
Alemán normó las mezclas balanceadas indicando los
componentes, tanto sus límites superiores como inferiores; su
contenido de proteína cruda, cenizas, fibra cruda. Así para este
caso, levadura forrajera, se indica un mínimo de un 3% en la
crianza de polluelos, 2% para alimentos acabados en la crianza
de cerdos y lechones, 3% en los alimentos de reemplazo en los
terneros destetados.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
13
Los límites superiores admisibles se indican en la tabla Nº
4:
% CONCENTRADOS FORRAJEROS
20 En los concentrados proteicos para cerdos y aves.
10 En los concentrados de gallinas ponedoras.
10 En los concentrados de engorde para cerdos.
5 En concentrados de terneros con adición de leche.
10 En concentrados de terneros con suministro reducido de leche.
10 En forraje para vacas lecheras.
10 En forraje para cabras.
La Sociedad Alemana de Agricultura (D.L.G.), extiende
certificados de calidad a aquellos productores de forraje
balanceado que se distinguen por la producción de productos de
primera calidad, a precios competitivos y que se sometan a su
control.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
14
CAPITULO II
SELECCIÓN DEL PROCESO
Antes de adoptar un proceso, es necesario hacer una comparación
entre los métodos ya existentes y analizar las ventajas que tiene uno con
respecto al otro, para seleccionar así el que sea más conveniente, de
acuerdo con nuestra realidad industrial.
El procedimiento de elaboración está generalizado, especialmente en
países productores de azúcar, ya sea de remolacha o de caña de azúcar,
así mismo de los remanentes de las destilaciones alcohólicas.
2.1 PROCESOS PARA LA MANUFACTURA
Existen varios métodos industriales para la producción de
levadura forrajera, presentando marcadas diferencias entre ellas. A
continuación presentamos una breve descripción de cinco procesos
industriales más importantes:
2.1.1 Proceso Thaysen
Este proceso emplea la cepa de levadura Torula
(Torulupsis utilis), esta levadura crece en medios de cultivo
relativamente simples; lo hace sólo bajo altas condiciones de
oxígeno, por ello los medios líquidos han de ser aireados. Las
materias primas que usa esta levadura son la melaza de caña
cruda con adición de sulfito amónico y fuente de nitrógeno y
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
15
fósforo. Este proceso se realiza en una batería de 10
fermentadores revestidos de acero inoxidable, todos de la misma
capacidad, dependiendo de la planta. La fermentación se realiza
a 87ºF (30.5ºC), y a un pH de 3.9 – 9.4. el proceso puede
funcionar una semana sin que sea necesario, antes de este
tiempo, ninguna operación de limpieza y esterilización. Da
rendimientos que llegan hasta en un 60% de levadura resecada
(referido al azúcar utilizado).
2.1.2 Empleo de residuos de frutas
Este método emplea los residuos de frutas que son fuente
muy buena de hidratos de carbono para el cultivo de levadura;
las frutas enteras desechadas o sobrantes, las pocas
aprovechables y secas, los corazones, pieles y zumos de todas
las frutas, pueden utilizarse para este fin. Es necesario
seleccionar un cultivo de levadura adecuada que sean capaces
de utilizar los azúcares resistentes en la fuente de hidratos de
carbono.
En este aspecto la levadura torula tiene sobre la
Saccharomyces cerevisiae, la ventaja de que utiliza pentosas lo
mismo que hexosas como fuentes de azúcares y crece
vigorosamente en medios que contienen compuestos orgánicos
sencillos. Se ha calculado que 1000 kg de frutas, con un
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
16
rendimiento de 750 lt de zumo (que contiene 10% de azúcar)
produce más de 30 kg de levadura torula seca.
2.1.3 Empleo de líquidos residuales.
Este método emplea líquidos residuales de sulfito
provenientes de las fábricas de pasta de papel. Generalmente
emplea una cepa de Torolupsis utilis porque es una levadura que
utiliza pentosas.
Este descubrimiento ha dado un doble resultado de
convertir un pasivo económico en un producto valioso, y, de
resolver el problema serio de la eliminación de los residuos
creados por la acumulación de líquidos de sulfitos residuales. En
un procedimiento estudiado el líquido de sulfito contenía un total
de 2.5% (en peso) de azúcares, de los ue aproximadamente el
1.6% era fermentable. Los rendimientos fueron en promedio
alrededor del 20-27.5kg por 1000 kg de líquido sulfítico residual.
El líquido sulfítico caliente se trata con cal, caliza y
carbonato sódico a un pH de 6 aproximadamente, en
condiciones de aeración. Se decanta el líquido claro, y se
agregan cantidades pequeñas de melaza, nitrógeno inorgánico y
fosfatos para luego trasladarlos a una cuba de cultivo de
levadura.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
17
Se han hecho análisis extensos de la composición de las
levaduras cultivadas en líquidos sulfíticos residuales y de los
resultados de alimentación de animales.
2.1.4 Método a base de vinaza de melaza de caña de azúcar.
Este método emplea como materia prima a la vinaza que
son residuos de la fermentación alcohólica. Las vinazas
constituyen un buen producto nutritivo que están contenidos en
la melaza como compuestos no fermentesibles, ricas en
proteínas, vitaminas incluyendo al complejo vitamínico B1; es un
alimento energético rico en albúminas, de buena calidad.
Contiene pequeñas cantidades de sacarosa, glucosa, levulosa,
hexosas, pentosas, ácidos orgánicos, fósforo, nitrógeno; todos
éstos sirven para el desarrollo de la levadura.
Estas vinazas contienen una concentración demasiada
alta de sustancias minerales para ser utilizadas directamente, se
emplea agua para su dilución. Este proceso puede emplear la
levadura Saccharomyces cerevisiae y la levadura Candida utilis;
se emplea esta última porque es notable el rendimiento que se
obtiene en este método (42 al 57% de rendimiento).
Para el desarrollo de las levaduras en la vinaza es
necesario tener un gran control sobre estas soluciones, pues el
gran contenido de impurezas que presenta puede infectar al
cultivo. Es necesario agregar nitrógeno y fósforo. Se debe
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
18
controlar constantemente el pH manteniéndose en un rango de
4-4.5, las soluciones de vinazas deben tener frecuentemente una
gran aeración. Generalmente las levaduras que se obtienen por
este método son empleadas como forraje.
2.1.5 Empleo de la melaza de caña de azúcar.
Este proceso emplea como materia prima la melaza, que
es el conocido subproducto de la industria azucarera. El proceso
en sí es parecido al proceso en el cual se emplea la vinaza, con
ligeras variantes.
La melaza es un residuo de un color oscuro (siruposo),
contiene 50% de azúcares no cristalizables; tiene un peso
específico de 1.4 – 1.5 (equivalente a 86 - 88º Brix
respectivamente); y para ser empleada en levadura se diluye
hasta 44ºBx, se acidula con acido sulfúrico concentrado hasta
obtener un pH igual a 4.0, a esta solución se le calienta hasta
80ºC, se le eliminan impurezas, se esteriliza y se diluye hasta
2ºBx; se le agrega urea, fosfato de amonio, ácido sulfúrico al
30%, para tener un pH igual a 4.5.
Además el fosfato de amonio actúa como inhibidor en la
corrosión de los depósitos de acero inoxidable, se aplica
aeración permanente a la fermentación. La temperatura debe
mantenerse a 32ºC.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
19
Por este proceso se obtienen levaduras con 48% de
proteínas y el rendimiento es del orden del 60%.
2.2 SELECCIÓN DEL PROCESO.
Para hacer una selección adecuada del proceso se tendrá que
tener en cuenta dos criterios: primero se tendrá que hacer una
comparación de los procesos entre sí, seleccionando el método que
presente mayores posibilidades de aplicación para producir levadura de
consumo animal, y segundo, se tendrá que hacer una elección de la
cepa para que pueda ser desarrollada industrialmente.
2.2.1 Proceso Thaysen contra empleo de residuos de frutas.
El empleo Thaysen ofrece mayores ventajas en
comparación con el método que emplea residuos de frutas, por
una razón muy importante:
La materia prima que emplea (melaza de caña de azúcar),
es abundante en esta parte de la región; en cambio es escasa en
frutas residuales, pues la industria de conservas de frutas recién
se está incrementando.
2.2.2 Proceso Thaysen contra empleo de líquidos residuales.
El proceso Thaysen es mucho más ventajoso, pues
cuenta con materia prima abundante en forma permanente. El
método que emplea a líquidos sulfíticos residuales recién contará
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
20
con abundante materia prima cuando estén en funcionamiento
varias plantas de papel periódico; pero la disponibilidad en
forma abundante de materia prima dependerá del éxito que
tenga esta industria. Además, el rendimiento que tiene el
proceso Thaysen es mucho mayor que el que tiene el método
que emplea líquidos residuales.
2.2.3 Proceso Thaysen contra método a base de vinaza.
Ambos métodos cuentan con abundante materia prima en
la región. Los procesos que presentan son bien parecidos. La
etapa de purificación que tiene el método que emplea vinaza o
mostos alcohólicos, resulta mucho más económico que la batería
de diez fermentadores que tiene el proceso Thaysen. El método
a base de vinaza emplea sólo un fermentador; por consiguiente
este método es el más recomendable.
2.2.4 Método a base de vinazas contra melaza de caña de azúcar.
Los dos métodos son muy parecidos en sus procesos,
cuenta con abundante materia prima. Para el método a partir de
vinaza de melaza, vemos que es más factible y económico,
considerando que la melaza es insumo para la destilación de
alcohol. Sin embargo, la vinaza es un desecho de la destilación
de alcohol, lo que da que este insumo en su composición
contenga gran cantidad de proteínas, nitrógeno y levadura que
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
21
en este caso es primordial. También su proceso es más
económico.
2.2.5 Selección de la cepa para el proceso a base de vinaza.
Dentro de los procesos descritos anteriormente, se
seleccionó el más adecuado y económico: Método a base de
vinaza de melaza de caña de azúcar, por lo tanto se tendrá que
seleccionar a la cepa que de muchos más rendimientos en este
medio:
Dentro de las levaduras los géneros preferidos para su
producción industrial son: Candida y Saccharomyces,
mencionándose a las especies Candida utilis, Candida
pulcherrima, Candida reukavfil, Saccharomyces cerevisiae,
Saccharomyces carlsbergensis y Saccharomyces fragilis.
La elección de la cepa para que pueda ser desarrollada
industrialmente debe considerar los siguientes factores:
Capacidad de asimilación, elevado rendimiento, alta velocidad de
desarrollo, estabilidad bioquímica y de cultivo, fácil recuperación,
valor nutricional elevado, sabor agradable y buena apariencia.
La tabla Nº 5 muestra la asimilación (crecimiento) de
algunas de las especies anteriormente mencionadas, sobre
diferentes azúcares y nitratos, así como su tamaño promedio.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
22
TABLA Nº 5: CARACTERÍSTICAS DE ASIMILACIÓN DE LEVADURAS
UTILIZADAS CON FINES FORRAJEROS
Nutriente Saccharomyces
Serevisiae Saccharomyces Carlsbergensis
Saccharomyces Fragilis
Candida P. Candida R.
Candida Utilis
Glucosa + + + + + Galactosa + + + + + - Maltosa + + + + + Sacarosa + + - + + Lactosa - - + - - Xilosa - - - + + KNO3 - - - - +
Tamaño Promedio ( ) 5 x 9 7 x 9 4 x 6 4 x 6 4 x 7
De estos microorganismos se ha mostrado favorecido el
uso de la especie Candida utilis, ya no solamente por su facilidad
de asimilar hexosas y pentosas, si no también por su facilidad de
utilizar otros compuestos orgánicos no azucarados como ácidos,
alcoholes y aldehídos.
Por sus características de asimilación la Candida utilis ha
sido empleada en diversos procesos que utilizan diferentes
materias primas para su desarrollo. Estas materias primas deben
ofrecer como principales características: Ser de fácil adquisición,
buena asimilación y bajo costo. La experiencia mundial ha
probado la utilización de alcoholes sulfíticos, melazas,
hidrolizados de madera y de residuos celulósicos, hidrocarburos,
residuos de almidón, suero de leche, mieles cítricas, etc.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
23
CAPÍTULO III
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
3.1 GENERALIDADES.
Se define como vinazos o mostos, a los residuos líquidos
provenientes de la destilación en la producción de alcohol etílico por vía
fermentativa, utilizando mieles de caña (melaza).
Este residuo contiene material carbonado en forma de azúcares,
ácidos orgánicos y alcoholes, aportados originalmente por la melaza o
sintetizados durante el proceso de fermentación.
Cuando se descarga directamente la vinaza en los terrenos de
cultivo que colindan con las destilerías de alcohol, constituye un grave
problema de contaminación, lo cual ha motivado diversos estudios con
vistas a su tratamiento. Una de estas formas lo constituye su utilización
par ala producción de levadura forrajera, lo cual consigue el doble
propósito de disminuir notablemente el carácter polutivo de estos
residuos y además aportar un producto útil capaz de mejorar el balance
económico de la destilería.
3.2 COMPOSICIÓN DE LOS MOSTOS (VINAZAS).
La condición propia de la vinaza de constituir un líquido residual
de la producción de alcohol, hace que la composición de este material
varíe de acuerdo con las condiciones del proceso de cada planta
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
24
destilera, tales como concentración de trabajo, grado alcohólico
alcanzado, sistema y eficiencia de destilación y a las características de
la melaza la cual ya de por sí constituye un residuo en la producción de
azúcar.
La tabla Nº 6 presenta los resultados de la composición química
de la vinaza de la Destilería de Laredo.
TABLA Nº 6: RANGO DE COMPOSICIÓN DE LOS MOSTOS (VINAZAS)
DE DESTILERÍA
Brix del refractómetro 4.5 – 6.6
pH 3.1 – 5.4
Óxido de Calcio, % CaO 0.51
Acidez, mg H2SO4/100 g de vinaza 279 – 489
Grado alcohólico 0
Azúcares reductores, % 0.34 – 0.55
Sacarosa, % 0
Sólidos totales, g/100 ml 5.0 – 8.5
Cenizas totales, g/100ml 1.5 – 3.2
Sólidos em suspensión, g/100 ml 1.7 – 2.5
DBO5 (20º), mg/lt 18000 25000
Acidez volátil, g/100 ml 0.185 – 0.365
Acido láctico, g/100 ml 0.312 – 0.401
NT, g/100 ml 0.11 – 0.25
P2O5/T, g/100 ml 0.017 – 0.091
Mg/T, g/100 ml 0.11 – 0.15
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
25
3.3 CARACTERÍSTICAS DEL PROCESO
En lo fundamental no existen diferencias en el proceso de
producción de levadura a partir de melaza o de vinaza, manteniéndose
iguales unidades del proceso. Se hace necesario, al igual que cuando se
utiliza melaza, una suplementación de nitrógeno y fósforo; y la
regulación del pH demandará la adición de ácido, ya que al contrario de
la fermentación de melaza el pH tiende a aumentar a causa de la
separación de los ácidos orgánicos utilizados como sustratos.
3.3.1 Experiencias con vinazas
El estudio de la factibilidad de la utilización de la vinaza
para la producción de la levadura (Candida utilis), se han
centralizado en las características de la fermentación. Las
experiencias con vinazas previamente clarificadas o no, en este
trabajo, tiende a dar preferencia a estos últimos a causa
fundamentalmente de un mayor rendimiento y menor consumo de
neutralizantes. Los rendimientos alcanzados se encuentran entre
15-18% sobre el contenido de materia orgánica total original del
mosto, utilizándose tiempos de residencias similares.
Los rendimientos aportados para ambos tipos de mosto
muestran variabilidad de acuerdo con sus características
originales. En las figuras Nº 2 y Nº 3 se aprecia esta variación
entre estos tipos de vinazas diferentes.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
26
FIGURA Nº 2: RENDIMIENTO vs. VELOCIDAD DE DILUCIÓN EN
VINAZAS NO CLARIFICADAS
FIGURA Nº 3 : RENDIMIENTO vs. VELOCIDAD DE DILUCIÓN EN
VINAZAS CLARIFICADAS
0
3
6
9
12
15
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
VELOCIDAD DE DILUCIÓN (1/h)
REN
DIM
IEN
TO (k
g/m
2)
0
3
6
9
12
15
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
VELOCIDAD DE DILUCIÓN (1/h)
REN
DIM
IEN
TO (k
g / m
2)
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
27
3.3.2 Experiencias con mezclas vinaza – melaza
Una de las variantes practicadas en la producción de
levadura forrajera, es de suplementar con melaza, las vinazas
que hay para fermentar. Esto ofrece en general, las siguientes
ventajas:
- Mejora el aprovechamiento del volumen de los fermentadores
y de otros equipos.
- Ahorra neutralizantes en comparación con el uso de mostos
solamente.
Los rendimientos que se pueden apreciar para estas
mezclas dependen fundamentalmente, del suplemento de
melaza. En los estudios realizados por Sillinger, se utilizaron
mezclas vinaza – melaza en relaciones tales que la melaza
aportada entre 80 y 90% de la materia orgánica total. Los
resultados alcanzados se muestran en la figura Nº 4.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
28
FIGURA Nº 4 : RENDIMIENTO vs. VELOCIDAD DE DILUCIÓN EN
MEZCLAS VINAZA – MELAZA
Se puede observar, igualmente, el aumento de la
productividad volumétrica del fermentador, expresado en gramos
por litro por hora, cuando se utilizan estas mezclas y que se
muestran en la figura Nº 5.
10
15
20
25
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
RENDIMIENTO (%)
VELO
CIDA
D DE
DIL
UCIÓ
N (1
/h)
MEZCLA 80:20 MEZCLA 90:10
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
29
FIGURA Nº 5 : COMPORTAMIENTO DE LA PRODUCTIVIDAD vs.
VELOCIDAD DE DILUCIÓN EN MEZCLAS VINAZA - MELAZA
De los elementos básicos que hay que considerar en la
elección del tiempo de residencia en el fermentador, son el
rendimiento y la productividad alcanzable. Los puntos máximos
de ambas variables no coinciden para un tiempo de retensión
determinado, como muestra la figura Nº 6. Por lo tanto, se hace
necesario establecer un compromiso entre ambos, basándose en
situaciones económicas, así como en otros factores técnicos tales
como la estabilidad del sistema y otros.
0
1
2
3
4
5
6
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
PRODUCTIVIDAD (g/l . h)
VELO
CID
AD D
E D
ILU
CIÓ
N (1
/h)
MEZCLA 90 : 10 MEZCLA 80:20
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
30
FIGURA Nº 6 : VELOCIDAD DE DILUCIÓN vs. RENDIMIENTO Y
PRODUCTIVIDAD EN MEZCLAS VINAZA – MELAZA
La ventaja que coincide en trabajar en mezclas vinaza-
melaza, es que hay un aumento apreciable en cuanto se refiere
en ahorrar un neutralizante (ácido sulfúrico), se puede apreciar en
la figura Nº 7, la correlación en cuanto al consumo de ácido
sulfúrico con la velocidad de dilución, manteniéndose como
parámetros los distintos sustratos.
4.7
4.8
4.9
5
5.1
5.2
5.3
5.4
0.4 0.42 0.43 0.44 0.45 0.46 0.48 0.5
RENDIMIENTO (%)
VELO
CIDA
D DE
DIL
UCIÓ
N (1
/ h)
1 : RENDIMIENTO 2 : PRODUCTIVIDAD
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
31
FIGURA Nº 7 : CONSUMO DE ÁCIDO SULFÚRICO vs. VELOCIDAD DE
DILUCIÓN EN MEZCLAS VINAZA - MELAZA
050
100150200250300350400450500
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
GRAMOS DE AC. SULFURICO/Kg DE LEVADURA
VELO
CID
AD D
E D
ILU
CIÓ
N (1
/h)
MEZCLA 80:20 MEZCLA 90:10
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
32
CAPÍTULO IV
CONSIDERACIONES BÁSICAS IMPORTANTES
4.1 FERMENTACIÓN
4.1.1 Generalidades
Esta es la operación principal del proceso; la calidad del
producto, así como la eficiencia de la asimilación del sustrato
dependerá, fundamentalmente, del curso exitoso de esta
operación. El proceso de de producción de levadura forrajera es
aeróbico y exotérmico, por lo tanto se hace necesario e
importante suministrar grandes cantidades de aire, así como de
disponer un sistema de evacuación del calor, para mantener
temperaturas adecuadas para el proceso.
La reacción empírica que puede representar la formación
de levadura es la siguiente, de acuerdo con Harrison.
12 11 22 3 2
2
2
200 10.4 102.5 100 sec
( 9.5 ) 145.2
77.2 353 .
g C O H g NH g O g Materia a
levadura incluye g materia inorgánica g CO
g H O H Kcal
Lo cual escrito en una formulación molar balanceada sería:
12 11 22 3 2 3.72 1.952 0.612 2
2
2
0.585 0.612 3.203 3.3
4.289
0.11 /
C O H NH O C O N CO
H O
H Kcal mm O
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
33
Sin embargo, el balance presentado, respecto
principalmente, a la conversión de azúcar en masa biológica
(50%), puede ser sustancialmente afectado por las condiciones
en que se efectúe la fermentación, así como por las
características de la cepa utilizada. Siendo la conversión de
azúcar a levadura el factor de mayor importancia en la economía
de su producción a partir de mieles, se ha prestado mayor
atención a los factores que influyen sobre ella.
4.1.2 Efectos en el rendimiento.
En la figura Nº 8, se muestra la influencia de la
temperatura y del pH del cultivo con el rendimiento de levadura y
del pH del cultivo con el rendimiento de levadura sobre la materia
prima suministrada, después de varias experiencias.
FIGURA Nº 8 : RENDIMIENTO DE LEVADURA vs. TEMPERATURA Y Ph
42
44
46
48
50
52
54
3.25 3.5 3.75 4 4.25 4.5 4.75 5 5.25 5.5
pH
REN
DIM
IEN
TO (%
)
Y vs. Ph Y vs. T
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
34
Se observan valores de rendimientos de aproximadamente
50% entre los 29 y 33 grados centígrados y de un valor del pH de
4 a 5 respectivamente. Para valores superiores de 5 en el pH, al
rendimiento disminuye probablemente a causa de las dificultades
de mantenerse sin contaminación el cultivo por largos periodos de
prueba. Una de las consecuencias fisiológicas de temperatura
sobre el microorganismo es la alteración del coeficiente
respiratorio, lo cual limita su capacidad de aerobiosis.
Otros factores fundamentales de gran influencia son la
velocidad de dilución de trabajo del fermentador y la
suplementación del fósforo necesario para la fermentación.
4.1.3 Índices de fermentación.
La propagación principal se realiza en un fermentador de
gran capacidad, que está equipado con sistemas de agitación y
aeración, control de nivel, pH, espuma, sistema de enfriamiento,
dosificadores de alimentación, etc. de acuerdo con la forma de
obtener la agitación y aeración, los fermentadores se pueden
clasificar en:
a) Fermentadores agitados mecánicamente.
b) Fermentadores agitados por aeración.
Ambos tipos han encontrado utilización en la producción de
levadura.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
35
La capacidad de un fermentador de producir levadura
eficientemente, es la característica primordial que debe
considerar su diseño. A continuación damos a conocer los índices
que caracterizan esta habilidad:
4.1.3.1 Consumo específico de energía.
Se define como aquella energía (KW/h) que es necesaria
para producir 1 kg de levadura seca. Esta energía comprende la
utilizada para la aeración y agitación.
Los fermentadores competitivos para la producción de
levadura a partir de vinaza-melaza, oscilan entre los valores de
0.4 a 0.5 KW/h por kilogramo de levadura seca.
4.1.3.2 Coeficiente bioquímico de transferencia de oxígeno.
Es el oxígeno que puede ser utilizado par funciones del
metabolismo por cada KW/h, suministrado en agitación-aeración.
El valor normal es de 2.0 a 2.5 kg de oxígeno/KW.h.
4.1.3.3 Consumo específico de aire.
Es el volumen de aire medido en condiciones de
temperatura (0ºC) y presión (1 atmósfera), que se necesita para
producir 1 kg de levadura seca. Para sistemas agitados
mecánicamente es de 11 Nm3 a 15 Nm3 por kg de levadura seca,
que corresponde a una utilización de oxígeno suministrado de
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
36
22% a 30%. Para sistemas aereados solamente, el índice es de
30 a 40 Nm3 que corresponde a una utilización de 10% a 15% de
oxígeno contenido.
4.1.3.4 Razón de transferencia de oxígeno.
Es la capacidad máxima de transferencia de oxígeno por
unidad de tiempo y volumen, medido y expresado usualmente en
milimoles de O2 por litro – hora.
4.1.3.5 Productividad volumétrica.
Representa el incremento de levadura por unidad de
volumen de fermentación y por unidad de tiempo. Para la
producción, a partir de vinaza-melaza las cifras para sistemas de
alta concentración se encuentra entre 2 a 2.8 kg de levadura seca
por m3.h y para baja concentración de 1.5 a 2 kg de levadura
seca por m3.h.
4.2 SALES NUTRIENTES.
Es necesaria la suplementación del medio de fermentación con
nitrógeno y fósforo, porque el contenido de ellos en la vinaza no es
suficiente para el desarrollo del microorganismo. Se requiere el
nitrógeno fundamentalmente, como alimento básico en la formación de
los aminoácidos, que son constituyentes básicos de la proteína; y el
fósforo, como elemento esencial en los compuestos de alta energía
necesaria para el metabolismo.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
37
El suministro de estos alimentos se realiza mediante la adición de
soluciones de sales, entre las que se utilizan con más frecuencia:
Sulfato de amonio, urea, agua amoniacal, fosfato diamónico o ácido
fosfórico. La selección de ellos se condiciona de manera principal, por
sus características de manipulación y sus ventajas económicas. Es
costumbre aprovechar el carácter ácido o alcalino de estas soluciones
para ejercer una acción estabilizadora del pH en la fermentación (por
ejemplo sulfato de amonio y urea) y, así, evitar o minimizar el uso de
neutralizantes ajenos al proceso.
La dosificación de ellos se realiza mediante el balance de
nitrógeno y fósforo, entre el necesario para la formación de levadura y el
aportado en forma asimilable por la melaza. La tabla Nº 7 muestra a
modo ilustrativo, las cantidades que se suplementan para la obtención
de 100g de levadura seca, tomando como base la utilización de 356g de
melaza, lo que representa al 45% en rendimiento sobre los reductores
totales.
FIGURA Nº 7 : SUPLEMENTOS MÍNIMOS EN NITRÓGENO Y FÓSFORO
PARA LEVADURA DE MELAZA
Componente Contenido en
100 de levadura seca (gr)
Asimilable suministrado por 365g de melaza
(gr)
Déficit (gr)
NITRÓGENO 8.5 0.71 7.79
FÓSFORO 3.0 0.28 2.72
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
38
Otros elementos tales como Mg, K, Ca, son necesarios para la
levadura, pero la melaza los aporta en forma suficiente.
4.3 ESTERILIZACIÓN DE LA SOLUCIÓN VINAZA – MELAZA
Esta operación es uno de los pasos fundamentales en la
producción de levadura, persigue la eliminación de microorganismos
propios de la flora de la vinaza y que son perjudiciales para el buen
desarrollo de la fermentación aeróbica. El valor que alcanzan éstos, es
de alrededor de 103 microorganismos por gramo de vinaza; al
eliminarlos se consigue un mejor control del proceso de fermentación,
aumentando los rendimientos y elevando la calidad del producto final.
Es usual hacer esta operación, en una esterilizadora (autoclave)
que esté equipada para llevar un control de la temperatura, presión,
tiempo; generalmente se realiza por un tiempo de 20 min. como mínimo,
a una presión de 15 lb-f y a una temperatura de 121ºC.
4.4 RECUPERACIÓN DE LA LEVADURA.
El método más general consiste en separar las células (levadura)
del medio, por la acción de una centrífuga, obteniéndose, de esta forma,
una suspensión concentrada conocida como crema de levadura y un
líquido residual relativamente libre de levaduras denominado claros o
romanaza.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
39
Se ha realizado una revisión de los factores participantes en la
separación por centrifugación. Es usual en realizar la operación en dos
etapas haciendo un lavado intermedio.
Al material fermentado, antes de proceder a su centrifugación, se
le deberá eliminar el aire y los gases que contienen, porque de lo
contrario la eficiencia en la separación será baja. Esta acción se puede
lograr permitiéndole un tiempo razonable de reposo, de forma que
puedan escapar los gases, haciéndoles pasar una corriente de aire
moderada que ayuda a arrastrarlos. Es posible el empleo de otros
métodos como la desgasificación al vacío en columnas, aplicación de
antiespumantes o la acción de impacto mecánico de rociadores sobre el
material que corre a través de una lámina.
La crema ya lavada y proveniente de la segunda separación
posee una concentración aproximada de 15 a 17% sobre base seca,
posteriormente, se envía a la unidad de concentración y secado. Los
claros o romanaza provenientes de la centrifugación, constituyen los
efluentes principales en esta producción, por su caudal, pH casi neutro y
por su carga orgánica. Una de las formas de disminuir el volumen de
éstos, así como de aminorar el consumo de agua es mediante la
recirculación de parte de ellos a la fermentación. Sin embargo, esto
presenta limitaciones, pues un exceso de éstos puede actuar como
inhibidores del crecimiento. La aplicación de la recirculación de la
romanaza, sólo procede para sistemas de bajas concentraciones.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
40
La tabla Nº 8 muestra las características, en composición, de la
romanaza procedente de una fermentación con un contenido original de
8 a 10g por litro de levadura.
TABLA Nº 8 : CARACTERÍSTICAS DE LOS CLAROS EN SEPARACIÓN
DE LEVADURA
pH 4 – 5 Sólidos totales fijos 4000 a 8000 mg/l
BDO 3000 a 5000 mg/l Sólidos totales en
suspensión
170 a 330 mg/l
COD 1000 a 15000 mg/l Sólidos fijos en
suspensión
90 a 324 mg/l
Sólidos totales 13000 a 14000 mg/l Reductores totales 1000 a 1500 mg/l
4.5 CONCENTRACIÓN Y SECADO
Entre las propiedades que se desean del producto final (levadura
forrajera), se encuentran: Ser altamente soluble, poseer un valor
nutricional elevado, estar libres de células viables y encontrarse en
condiciones favorables de conservación. El logro de estas propiedades
ha sido motivo de estudios, y últimamente sobre todo, a aquellos que
están dirigidos a elevar la digestibilidad; para tal fin se destruye o debilita
la pared celular, así también como el de obtener una disminución del
contenido de ácidos nucleicos, cuyo valor oscila entre 8 a 12% en la
levadura.
La forma más practicada ampliamente, en la actualidad, consiste
en someter a la crema a un proceso de evaporación al vacío a
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
41
temperaturas entre 60 y 70ºC y en equipos en que el tiempo de
calentamiento sea corto. Con esto se consigue una disminución notable
de la viabilidad, así como la de actuar sobre la pared celular. El tren de
evaporación está formado usualmente: Precalentador, termolizador y
evaporador; entregando al sistema de secado una crema con 22 a 24%
de levadura seca.
El secado también contribuye, por su acción térmica, a alterar la
pared celular, así como a la muerte de las células, llevándose a cabo
mediante secadores de tambor o por atomización, cuya elección
obedece a criterios económicos. El secador de tambor ofrece un efecto
térmico más energético sobre la levadura, utilizándose presiones de
vapor de hasta 7 atm y presenta un índice de 50 a 70 kg de agua
evaporada por m2 de superficie secada. En el secador pro atomización
el líquido es rociado en finísimas gotas que son puestas en contacto con
gases calientes en el interior de una cámara; el polvo es recolectado por
medio de un sistema de ciclones. El uso directo de los gases de
combustión ha mejorado la eficiencia térmica, lo cual unido a su grado
de automatización, confiabilidad y apariencia del producto final, hace del
secador por atomización un equipo muy adecuado para este fin. Se
utilizan altas temperaturas (300ºC) en la entrada de los gases que le
permiten salir a 80 ó 90ºC.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
42
4.5.1 La levadura y pared celular
La caña como planta, no se caracteriza por tener un alto
contenido de proteínas, de ahí que la obtención de éstas a partir
de ella o de sus residuos agrícolas o industriales es sólo factible
mediante la fermentación de los carbohidratos que contiene, si no
se tienen en cuenta los métodos de extracción o precipitación que
no se justifiquen en los productos de la caña.
De todos los procesos conocidos de fermentación para la
obtención de biomasa rica en proteínas, a partir de materias
primas relacionadas con la caña de azúcar, la producción de
levadura, es el más ampliamente conocido.
4.5.2 Trabajos investigativos.
Se han propuesto diferentes métodos para hacer estallar o
romper la pared celular, resumiéndose en cuatro grupos:
4.5.2.1 Autolisis
Este método plantea una autodegradación de la pared
celular por enzimas del propio organismo microscópico. Las dos
variantes más importantes dentro de este método son la
termólisis, que se efectúa a altas temperaturas, y la plasmólisis,
que trabaja a temperaturas moderadas, y donde se utiliza
generalmente, cloruro de sodio para romper la pared celular
mediante el aumento de la presión osmótica.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
43
4.5.2.2 Método Mecánico.
Estos métodos han sido empleados, básicamente, a
pequeña escala. Existen una gama de equipos que generan altas
presiones en la superficie de la célula.
Estos tipos de tratamientos tienen la ventaja de no dañar
los componentes más sensibles del citoplasma, pero presentan la
desventaja de requerir equipos muy sofisticados que, en buena
medida, no se aplican a gran escala.
4.5.2.3 Método Químico.
En esta versión se utilizan tratamientos químicos con
solventes o agentes oxidantes. En este método siempre destruye,
en mayor o menor medida, determinados componentes
citoplasmáticos.
4.5.2.4 Tratamiento Enzimático.
La degradación de la membrana o pared celular, es
buscada en este tipo de método, por la adición de enzima, de tipo
proteolítico o del tipo de la mannasa, que digieren los compuestos
que le dan resistencia mecánica a la misma. Esta técnica ha
tenido aplicación sólo a nivel investigativo y su implantación en la
industria, no parece realizable, a corto plazo para la obtención de
productos forrajeros a causa de su alto costo y de sus
requerimientos técnicos de control.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
44
Un segundo aspecto que limita la utilización de levadura en
la dieta de animales (y aún más de humanos), es su contenido
relativamente alto de ácidos nucleicos.
En los animales superiores, el paso de estos ácidos,
ocasiona una paulatina deposición en los tejidos blandos
produciendo trastornos metabólicos.
Se han desarrollado técnicas físicas, químicas y
enzimáticas para disminuir el contenido de estos ácidos nucleicos
en la levadura, bien degradándolos o separándolos. Los métodos
de separación son complicados y sólo se justifica cuando se
quiere obtener los ácidos nucleicos como producto. Para fines
forrajeros lo más conveniente es degradarlos en el seno del
material.
Se han realizado trabajos con un método llamado HEAT-
SHOCK que consiste en hacer pasar la levadura en suspensión
(10 g/l) a través de un capilar, manteniendo una temperatura de
168ºC, durante un tiempo de 1 a 3 seg. después la crema se
incuba a 52.5ºC, obteniéndose células con menos del 2% de
ácidos nucleicos.
Otros autores plantean una desintegración mecánica, para
luego incubarlos a 50ºC durante 20 min.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
45
4.6 CARACTERÍSTICAS DEL PRODUCTO FINAL
La tabla Nº 9 que a continuación se muestra, nos da las
características y la composición de la levadura forrajera obtenida
experimentalmente a partir de la vinaza.
TABLA Nº 9 : COMPOSICIÓN GENERAL Y CARACTERIZACIÓN DE LA
LEVADURA FORRAJERA DE VINAZA
Humedad (%)
Proteína bruta (%)
Proteína real (Berstein) (%)
Cenizas (%)
Fósforo (%)
Grasas y lipoides (%)
Carbohidratos totales (%)
Calor y apariencia
Densidad de bulto
Granulometría
Ángulo de reposo
5 a 8
45 a 53
37 a 45
7 a 10
3.0 a 5.0
1.0 a 1.5
20 a 30
Polvo ligeramente pardo
420 kg/m3
Malla 200 a malla 400
Aprox. 45º
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
46
CAPÍTULO V
PRELIMINARES PARA LA PARTE EXPERIMENTAL
DEL PROCESO
En esta parte del proceso, se tiene que realizar antes que todo, una
serie de operaciones que tiene por finalidad dar el alcance necesario para
poder llevar a cabo el proceso. Se hará que la Candida utilis aumente en
cantidad, de tal forma que pueda asimilar con gran eficiencia a la vinaza, de
igual forma se preparará las proporciones del medio nutriente que es la
vinaza-melaza.
5.1 SELECCIÓN DE LA CEPA PARA EL PROCESO.
Se entiende por cepa, a un cultivo puro de microorganismos
debidamente tipificados. En los laboratorios microbiológicos de la
U.N.M.S.M., se llegó a aislar a la levadura Candida utilis, de la flora
microbiana de la materia prima utilizada para este proceso, que es la
vinaza de destilerías de alcohol. Todos estos ensayos de la selección de
la mejor levadura presentes en la vinaza, escapa de los conocimientos
adquiridos en nuestra carrera profesional, por lo que para llevar a cabo
este proceso nos auxiliamos de la microbiología, proporcionándonos la
cepa de levadura ya seleccionada al igual que todos sus datos de las
mejores condiciones de vida y del mejor medio en las cuales éstas
pueden permanecer sin que pierdan su contenido proteico.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
47
5.1.1 Medio de vida más adecuado para la levadura Candida utilis
Los elementos que proporcionan las mejores condiciones
de vida se muestran a continuación:
- Agar 2.0 g
- Pectona 1.0 g
- Glucosa 2.0 g
- Extracto de levadura 0.5 g
Todos estos componentes son datos dados por el
Laboratorio de Microbiología de la U.N.M.S.M., los cuales se
disuelven en 100 ml de agua destilada esterilizada.
Para disolver estos componentes, se lleva toda la solución
a fuego moderado de alrededor de los 80ºC hasta que
desaparezcan los grumos por completo, inmediatamente retirar el
recipiente (erlenmeyer de 300 ml) del fuego. Esterilizar y luego
dejar en reposo hasta que enfríe, tomando esta solución una
consistencia gelatinosa y de color pardo.
Esta solución se encuentra a un pH de 4.5, que es el mejor
grado de acidez que la levadura Candida utilis puede soportar
para vivir.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
48
5.1.2 Condiciones de vida de la levadura C.U.
Las mejores condiciones de vida de esta levadura en el
medio denominado SABURAUD, se muestran a continuación:
- Temperatura óptima de reproducción 30 a 33ºC
- Temperatura óptima de preservación 3 a 5ºC
- pH óptimo
5.2 REPRODUCCIÓN DE LA CEPA, EN PLACAS PETRI.
Es una técnica muy importante, que consiste en crear un cultivo
(es el preparado que se parte de una cepa para obtener inóculos) o
colonias de levaduras, con el fin de obtener mayor cantidad de levadura
para que sea utilizada con la materia prima.
5.2.1 Repique de la cepa pura a las placas petri.
El saburaud, que está en estado gel en el erlenmeyer de 300 ml,
se lleva entonces a fuego moderado hasta que cambie a estado
líquido, se deja enfriar unos minutos, para luego verter el
contenido en cuatro placas petri que están previamente
esterilizados, hasta un cuarto de su capacidad cada una. Las
cuatro placas se dejan enfriar unos 20 min hasta que cambie
nuevamente a estado gel. El resto del saburaud que sobra en el
erlenmeyer de 300 ml, se tapa herméticamente con algodón y se
guarda para ser utilizada en otro repique.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
49
5.2.1.1 Preparación de la solución salina.
Se prepara esta solución con el fin de diluir a la cepa que
está en estado puro y también de limpiarla de algunas impurezas,
manteniéndose en esta solución un tiempo más largo, y así
permitiendo un mejor trabajo para el repique a las placas petri.
La solución salina se prepara con los siguientes
componentes: Se adicionan, a 100 ml de agua destilada y
esterilizada, 0,85 g de NaCl (sal común); se agita para disolver la
sal, para luego toda la solución esterilizarla.
La solución salina esterilizada y fría, se vierte en 05 frascos
pequeños y esterilizados, la cantidad de 5 a 6 ml cada uno, el
resto se tapa herméticamente y se guarda.
Para poder seguir con esta operación es necesario tener
un alambre de micrón sujetada pro un asa de madera; se utiliza
este instrumento (micrón) porque a simple fuego lento del
mechero el alambre se pone al rojo vivo, haciendo que los
microorganismos que están adheridos mueran , entonces la punta
del instrumento (que tiene la forma de una cuchara en miniatura)
ya estéril por el fuego, esté apta para poderla meter en el tubo de
ensayo que contiene a la cepa pura, sin correr el riesgo de
contaminarla.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
50
Los tubos de ensayo se deben destapar con mucho
cuidado pasándolas primero por fuego su abertura para que no se
contamine. Luego con el alambre de micrón tibio, se introduce al
tubo de ensayo teniendo cuidado de no topar sus paredes, luego
se extrae un poco de cepa y se lo lleva a un frasco pequeño
conteniendo solución salina logrando que se diluya toda la
muestra en este medio, se tapan, el tubo de ensayo y el frasquito.
Luego se hacen lo mismo con los cuatro frascos pequeños que
sobran, logrando de antemano que cada frasco esté bien turbio
por la presencia de levadura pura.
Las soluciones turbias que están en los cinco frascos
pequeños se vierten con mucho cuidado equitativamente en las
cuatro placas petri que están con saburaud al estado gel,
teniendo nuevamente cuidado cuando se traspasan los
contenidos, pasándolos antes y después de cada operación por
el fuego. A cada placa petri se les da movimientos circulares
suaves sobre una superficie plana y lisa, con el fin de que la
solución turbia se expanda por toda la superficie del saburaud.
Se guardan las placas en un ambiente que no esté
expuesto a mucha contaminación, a una temperatura de 31ºC,
por tres días (72 horas) para que halla una mejor propagación de
la cepa de levadura Candida utilis. Al finalizar este tiempo la
levadura ya está lista para su utilización y reproducción en el
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
51
seno de la materia prima, proceso que veremos en los capítulos
posteriores.
5.3 PREPARACIÓN DE LA MATERIA PRIMA : VINAZA
En la preparación del sustrato adecuado para poder utilizar con
bastante eficiencia a la levadura Candida utilis, se tiene que tener en
cuenta los suplementos necesarios, éstos permiten que el medio de
propagación contenga a los elementos primordiales, básicos, nutritivos y
sobre todo obligatorios que contribuyan a la mejor nutrición de la
levadura, ayudando a que su reproducción se lleve a cabo sin
deficiencias, obteniéndose altos rendimientos.
Es necesario, que la vinaza contenga un poco más de Azúcares
Reductores (AR), con la finalidad de que las reacciones levadura –
sustrato se inicien o se activen, también se adicionará suplementos que
enriquezcan al sustrato; más adelante se especificará cuales y cuanto
se tiene que agregar.
Las mieles y la melaza son buenos aportadores de AR, es así ue
para este caso se utilizará la melaza por ser más barata y de más fácil
adquisición. Al utilizarla para nuestro propósito se tomó en cuenta
ciertas características que éstas poseen, y que son necesarias saberlas
para la producción de levadura forrajera. La tabla Nº 10 nos
proporcionan estos datos según el Instituto Peruano del Azúcar.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
52
TABLA Nº 10 : CONTROL QUÍMICO DE UNA MUESTRA DE MELAZA
ANÁLISIS MELAZA
Grado alcohólico, GL 0
Brix Hidrométrico, 20ºC 79.41
Polarización, 20ºC 29.84
Pureza Aparente, % 37.528
Sacarosa, % 34.14
Pureza Real, % 42.99
pH 4.0
Acidez, mg Ácido/100 g melaza 1.593
Óxido de Calcio, % 1.4
Reductores, % 50.0
Lodos, % 8.3
Las experiencias realizadas en el presente trabajo, se realizaron
el Laboratorio de la Planta de Destilería de Alcohol de Laredo, por lo
tanto los datos recopilados están dentro de los rangos de la tabla
anterior, y son utilizados en este proceso.
De un modo general se tendrá presente las siguientes
consideraciones de la melaza y la vinaza para el presente trabajo:
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
53
VINAZA MELAZA
- ºBrix 6.0 80.0
- Azúcares Reductores (AR) 0.50% 50.0%
- Densidad (g/ml) 1.1 1.41
- pH 3.1 4.0
- Temperatura 31ºC 31ºC
La levadura Candida utilis pura, necesita como mínimo 3% de AR
(según muestra el saburaud) para poder multiplicarse o mantenerse con
vida, pero cuando ya se utiliza la materia prima, es necesario agregar
melaza de tal forma que la mezcla vinaza-melaza contenga 5.7% de AR,
y así la levadura en reproducción pueda asimilar con mayor eficiencia a
los nutrientes y obtener en la producción de biomasa mayores
rendimientos.
El porcentaje de AR final de 5.7%, fue resultado de haber
probado experimentalmente muchas veces, llegando a la conclusión de
que con esta cantidad de azúcares se obtiene mayores rendimientos;
por otro lado también influyó el factor económico ya que la melaza es un
insumo para producir alcohol y en la actualidad ofrece gran demanda y
dinero.
La técnica utilizada para poder llevar un control del gasto de los
AR en la fermentación, es llamada: “Método de Eynon Lane” (14,
pág.E1), que se muestra con detalle en el apéndice. Esta técnica
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
54
recomienda hacer el control de los AR cada 60 min, comenzando desde
que se inicia la fermentación aeróbica, hasta cuando finaliza la misma.
5.3.1 ºBrix y razón de la mezcla vinaza-melaza.
En la mezcla vinaza – melaza se tiene que tener constante
un ºBrix de 14.0 y una razón de proporción de vinaza a melaza de
11:1; en cuanto se refiere a volumen. Los cálculos se muestran
en el apéndice.
Ahora sabiendo las proporciones, ºBrix y la razón de la
mezcla vinaza-melaza, se tiene que tener mucho cuidado en su
preparación, de tal manera que para procesos continuos de
fermentación aeróbica, se debe mantener constantemente todos
estos parámetros durante las 24 horas del día.
Por otro lado, cuando se esté trabajando en proceso batch,
al principio de cada corrida se tiene que tener estos valores muy
bien determinados, con la finalidad de que la fermentación se
efectúe correctamente en ese tiempo; esperando iniciar
nuevamente otra corrida.
5.4 ADITIVOS NECESARIOS PARA LA MEZCLA VINAZA-MELAZA
(SUSTRATO).
Para asegurar un desarrollo adecuado de la levadura Candida
utilis, los nutrientes o aditivos que se adicionan deben manejarse entre
límites bien determinados para asegurar una generación de levadura
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
55
máxima, en la práctica se han considerado las cantidades que ofrecen
mayores y mejores resultados en cuanto al rendimiento y calidad de
producto respectivamente. A continuación mostramos los elementos
necesarios, así como las cantidades que se tiene que agregar en 1 litro
de sustrato:
- Melaza 118.44 g/l
- Fosfato diamónico 0.94 g/l
- Sulfato de amonio 4.72 g/l
- Urea 9.30 g/l
- Ácido sulfúrico 0.42 g/l
Experimentalmente estas cantidades nos dan, en nuestro
proceso, rendimientos del orden del 53%, teniendo en cuenta una
consideración muy importante: Se debe alimentar al fermentador con
pequeñas cantidades de nutrientes, de tal forma que la levadura activa
(en proceso de reproducción), se encuentre en exceso frente a los
azúcares, nitrógeno y sales minerales.
Así también, esta consideración asegura una asimilación rápida
en beneficio de la formación del nuevo material celular. Al proceder de
esta forma, la transformación del sustrato, en especial los AR, en alcohol
y CO2 será reducida a un mínimo. En caso contrario de que la adición de
azúcar sea mayor de lo que la masa celular puede asimilar, el exceso
será fermentado repercutiendo desfavorablemente al proceso.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
56
5.5 AERACIÓN DEL SUSTRATO.
Es necesario que el medio de propagación de la levadura
Candida utilis, contenga bastante oxígeno para asegurar una buena
fermentación aeróbica, logrando que el aire suministrado se disperse en
forma homogénea por todos los espacios donde es necesario el
oxígeno.
Se debe de tener muy en cuenta, que el aire que entra al
fermentador, deba de ser completamente estéril o por lo menos deba de
contener impurezas que ayuden a infectar al medio donde se está
propagando la levadura; para contrarrestar tal efecto, es indispensable
colocar a la salida del compresor un filtro de algodón embebido con
bactericida, para evitar el paso de los microorganismos dañinos para el
sustrato.
Según la bibliografía dice que por cada kg de proteína unicelular
generada, es necesario precisar de 16m3 de aire.
En este proceso experimental, el aire se inyectó en el medio
activo, mediante un distribuidor de aire de forma de espiral, situado al
fondo del fermentador. Se tiene que tratar en lo posible que la burbuja
de aire, sea lo más fina posible para mejorar y facilitar el paso del
oxígeno hacia el sustrato activo, logrando que el aire tenga un grado de
dispersión alto.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
57
Para nuestro trabajo se utilizó 0.17 g de aire por minuto y de un
modo continuo durante el periodo de fermentación de 10 horas por
corrida; se tiene que revisar a cada hora el caudal de aire, porque al
aumentarse esta cantidad provocaría la formación de espuma, que al no
ser controlada en forma adecuada y rápida, causaría una reducción de
un gran volumen del fermentador; este problema puede ser controlada
por la acción de algún antiespumante.
5.6 SISTEMA DE AGITACIÓN.
En este trabajo experimental por cuestiones económicas, de uso
como medio de agitación, el mismo aire que se usa para proporcionar
oxígeno al sustrato. De tal forma que en el medio activo se encuentren
en estrecha relación los nutrientes con la levadura en reproducción, así
también se logra con la agitación uniforme, disipar el calor de las
reacciones que se llevan a cabo dentro del fermentador, por ser éstas
exotérmicas, creando un medio propicio por obtener rendimientos altos.
5.7 CONTROL DE LA TEMPERATURA.
La temperatura que da mejores resultados para este proceso, se
determinó según las bases teóricas dadas anteriormente y comprobados
experimentalmente con toda rigurosidad en este proceso; el resultado
está dentro de un rango de 29ºC y 33ºC, los rendimientos son mayores.
En la experiencia realizada para la obtención de levadura forrajera, se
tuvo que poner al fermentador en actividad, en una estufa con regulador
termostático para conservar y controlar la temperatura a 31ºC; la causa
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
58
principal de esta acción es que al momento de inyectar oxígeno al
sistema, el aire viene ingresando al fermentador muy frío, produciendo
que la temperatura descienda hasta aproximadamente 15ºC, por lo que
es necesario incrementar el calor con la estufa automática.
5.8 CONTROL DEL Ph
Igualmente para tener un mejor medio de propagación de la
levadura con respecto al pH, se tiene que experimentar con varios
rangos – también dados por la bibliografía-, pero después de numerosos
y exhaustivos controles, se determina que el mejor rango es de 4.0 a 4.5
de pH, asegurando que el proceso tenga un mejor rendimiento.
5.9 CONTROL DE LA VIABILIDAD DE LA LEVADURA
Este control es muy importante, porque nos proporciona datos, un
poco más precisos del avance de re producción de la levadura Candida
utilis. Se realizó con ayuda de la Cámara de Neubauer en un
microscopio que aumenta el tamaño de la célula (levadura) 400 veces.
5.9.1 Técnica de Conteo
Para poder entender esta técnica, debemos tener primero
el área de la región que nos servirá para nuestro propósito: Toda
la cuadrícula que posee la cámara de Neubauer mide 9 mm2 y
proporciona una escala adecuada para medir el tamaño de
objetos pequeños, también tiene una profundidad de 0.1 mm.,
como muestra la figura Nº 9.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
59
FIGURA Nº 9 : CÁMARA DE NEUBAUER
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
60
Para nuestro propósito sólo utilizaremos la cuadrícula
central que contiene 25 cuadritos, la cual contienen cada una 16
cuadritos más pequeños; pero para el conteo solamente se
contarán 5 cuadritos marcados con “R” como indica la figura
anterior. La cuadrícula central tiene las siguientes medidas, 1mm
x 1mm x 0.1mm. teniendo un volumen de 0.1mm3 = 1 x 100-4 ml.
Hay que tener en cuenta que solamente se contarán las
células que toquen los límites superior e izquierdo de las
cuadrículas “R”, anótese la cantidad hallada en cada uno de de
estos; la diferencia entre la cifra mayor y menor no deberá
exceder de 20. Para mayor precisión se deberá hacer un doble
recuento utilizando una pipeta diferente para cada uno de ellos.
El resultado sólo tendrá validez cuando se emplee para el
conteo las siguientes proporciones que a continuación se
muestra:
a) Se prepara una muestra que contenga la proporción de 1 : 9;
el uno corresponde a la muestra examen pura (en estado de
fermentación) y el 9 corresponde al agua destilada y
esterilizada.
b) Luego se prepara una segunda muestra que tenga las
proporciones de 1 : 1; uno corresponde a la muestra anterior y
el otro al azul de metileno al 0.01%.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
61
c) La muestra 1 : 1 ya se puede contar en la cámara de
Neubauer, considerando la técnica dada anteriormente.
FÓRMULA RESUMEN
54
1
1 10 /i
I
R x Células vivas ml muestra examen
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
62
CAPÍTULO VI
6.1 EJECUCIÓN DEL PROCESO
En esta parte del trabajo, se hará todo lo relacionado a la puesta en
marcha del proceso, teniendo en cuenta todos los detalles vistos y
estudiados en los capítulos anteriores, así también se harán la construcción
de cuadros, gráficos, reacciones posibles para este proceso.
Podemos precisar con exactitud cuanto y cuando debemos de realizar
determinada operación.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
63
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
64
6.2 OBTENCIÓN DEL INOCULO DE LEVADURA
Se entiende por inóculo al volumen adecuado de sustrato con
cultivo de levadura, obtenida en el laboratorio para ser llevado al
fermentador. Es un ciclo de reproducción microbiana, que se inicia
con un cultivo específico y puro (Candida utilis). En esta parte de la
producción se deben seguir ciertas secuencias, que son:
1) En tres frascos de vidrio (de suero), se preparan 200 ml cada uno
con materia prima vinaza-melaza al 5.7% de AR, 14ºBrix, 4.5 de
pH y a 31ºC de temperatura. Estos tres frascos se tapan con
algodón y se les esteriliza en un autoclave por un tiempo de 20
minutos, 121ºC y 15 lb-f de presión.
2) Con las placas petri que han estado por un tiempo de 3 días,
conteniendo a la cepa en reproducción (cap. VI, 6.2), se les
agrega a cada una 8 ml de solución salina esterilizada, cuidando
siempre de no contaminarla al momento de verter la solución.
luego con el alambre de Micrón esterilizado se remueve
suavemente la superficie que ha crecido de levadura dentro de las
placas.
3) La solución de levadura removida (24ml aproximadamente), se les
vierten en un frasco de suero que contiene a la materia prima
esterilizada (200 ml), se tapa con algodón esterilizado.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
65
4) El frasco de suero se deja 48 horas en incubación a 31ºC, este
paso es muy importante porque permite que la levadura –como
todo ser vivo- se acondicione a un nuevo medio de reproducción,
que en este caso es la vinaza, y así, hacer que el microorganismo
se encuentre en un medio favorable para su reproducción.
6.3 MULTIPLICACIÓN DE LA LEVADURA.
Es la parte más importante de la producción, ya que se hace
una serie de análisis y pruebas, con la finalidad de constatar el
progreso o retardo de la fermentación; también se construirá algunos
cuadros y gráficas que nos muestran como es que se desarrolla la
producción de levadura forrajera.
6.3.1 Transferencia del inóculo activo al fermentador.
Para este caso se usó como fermentador, un frasco de
vidrio de 3 Lt de capacidad, provisto de un tapón hermético de
jebe que tiene las aberturas necesarias para la alimentación,
aire, sustrato, y, en la parte inferior un dispositivo para sacar
las muestras necesarias para el análisis.
Luego de que han pasado las 48 horas de incubación
del inóculo, viene lo que es la producción en sí de la levadura
forrajera; en la secuencia siguiente:
1) Se vierte al fermentador 1 litro de sustrato vinaza-melaza
esterilizada, con 5.7 de AR en la proporción de 11:1 y 3.5
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
66
de pH, teniendo mucho cuidado de no contaminar la
solución.
2) Luego se transfiere al fermentador, el contenido de un
frasco de suero que es el inóculo activo y que a estado en
incubación 48 horas; aproximadamente el 20% del volumen
total de la mezcla vinaza-melaza que entra al fermentador,
corresponde el cultivo activo que se tiene que preparar en el
laboratorio y que es agregada en esta etapa. En esta parte
se toma un conteo de cuanta levadura contiene el
fermentador al iniciarse el proceso, usando la técnica dada
anteriormente. Los resultados se muestran en la tabla Nº
11.
TABLA Nº 11 : CONTEO DE LEVADURA
Levaduras vivas 6.4 x 105
Levaduras muertas 1.4 x 105
Viabilidad 82.1%
Este conteo se realiza cada hora hasta que se complete
la fermentación.
3) Inmediatamente se introduce el aire estéril, haciendo que
éste, proporcione también movimiento, de igual manera se
agrega urea, fosfato diamónico, sulfato de amonio; todo el
fermentador se coloca a una estufa para mantenerla a una
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
67
temperatura de 31ºC, porque el aire ingresante enfría el
medio a fermentar. También el pH estará a 3.5 al iniciar el
proceso.
Las cantidades de elementos necesarios y principales que
ingresan al fermentador se hallan según la reacción
principal. En el apéndice se muestra la forma matemática
para hallar tales cantidades.
REACCIÓN PRINCIPAL
Glucosa Oxígeno Urea Biomasa Agua
6 12 6 2 2 4 3 11 2 2 2
180 60.19 26.57 95.4 143.55 27.81
C H O O CON H C H NO CO H O
g g g g g g
Esta reacción se basa en un rendimiento del orden
de los 53.0% sobre los AR, y de igual forma tiene una
conversión del orden del 98%.
Se tiene que tener en cuenta la siguiente apreciación:
El acondicionamiento de la levadura en los 200 ml de
vinaza-melaza (inóculo), se consumen totalmente los AR
presentes, pro consiguiente no se tendrá en cuenta para los
cálculos posteriores.
A continuación mostramos las cantidades que se usó
experimentalmente, y que ingresaron al fermentador en un
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
68
proceso Batch de 10 horas por corrida en 1 litro de sustrato
vinaza-melaza:
ELEMENTO g/l de vinaza-melaza
- Aire 100.27
- Urea 9.30
- Fosfato diamónico 0.94
- Sulfato amónico 4.72
- Ácido sulfúrico 0.42 o 0.36cc
6.3.2 Control permanente de la evolución del proceso.
En este punto se hace un seguimiento de cómo esta
evolucionando el proceso de fermentación; realizándose los
siguientes controles en un intervalo de 1 hora, hasta que
finalice el proceso batch. La tabla Nº 12 nos proporciona los
datos obtenidos experimentalmente, y de las cuales se
construyen las figuras correspondientes:
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
69
TABLA Nº 12 : DATOS OBTENIDOS EXPERIMENTALMENTE EN EL
PROCESO DE OBTENCIÓN DE LEVADURA FORRAJERA
TIEMPO (h)
TEMPERATURA (ºC)
pH CÉLULAS
VIVAS (106)
AZÚCARES REDUCTORES
(g / l)
PRODUCTIVIDAD (g / l.h)
0 26 3.5 0.64 64.258 0.09
1 30 3.5 1.88 62.112 0.26
2 32 3.7 2.43 57.872 1.60
3 31 4.2 4.29 52.000 3.99
4 31 4.5 4.68 41.000 8.04
5 31 4.6 4.68 12.000 7.41
6 32 4.9 4.48 6.667 5.13
7 31 5.3 4.22 4.952 3.69
8 30 5.8 4.00 4.952 2.33
9 32 6.2 3.93 3.524 1.27
10 31 6.5 3.81 1.285 0.23
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
70
1. TEMPERATURA
Debe registrarse cada hora, por lo que se tendrá cuidado de
poner la estufa a 31ºC con el fin de tener un historial
permanente, como se muestra en la figura Nº 10. En esta
figura se observa que la temperatura se mantiene constante
en un rango de 30 a 32ºC, valores que hay que mantener
para el mejor comportamiento de la levadura.
FIGURA Nº 10 : TEMPERATURA vs. TIEMPO
2021222324252627282930313233
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
TIEMPO (h)
TEM
PER
ATU
RZ
(ºC
)
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
71
2. pH:
Por lo menos una vez cada hora, se realiza con la cinta
indicadora de pH y se hace con la finalidad de observar con
rigurosidad la caída de la acidez de la mezcla. La figura Nº
11 muestra el comportamiento del pH con respecto al
tiempo. Obsérvese que el valor del pH llega a 6.5, lo que
nos indica que la mezcla al cabo de 10 horas sea
prácticamente neutra, favoreciendo de esta manera que la
romanaza que ha sido separada del producto por
centrifugación sirva para los regadíos.
FIGURA Nº 11 : CONTROL DEL pH vs. TIEMPO
00.5
11.5
22.5
33.5
44.5
55.5
66.5
7
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
TIEMPO (h)
pH
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
72
3. CONTROL DE LAS CÉLULAS VIVAS.
Es muy importante porque nos indica el aumento de las
células en el fermentador. Se debe realizar cada hora hasta
el final de la operación y se realiza en el microscopio y con
ayuda de la cámara de Neubauer. En la figura Nº 12 vemos
el avance de la reproducción de las células por 1 ml de
sustrato, en la cual se observa que entre la cuarta y la
quinta hora las células vivas alcanza su mayor
reproducción, luego descienden no muy considerablemente
hasta el término del proceso.
FIGURA Nº 12 : CONTROL DE LAS CÉLULAS VIVAS vs TIEMPO
00.5
11.5
22.5
33.5
44.5
5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
TIEMPO (h)
MIL
LON
ES D
E C
ELU
LAS
VIVA
S / m
l
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
73
4. CONTROL DE LOS AR.
Es un control químico que se efectúa cada hora y sobre los
azúcares reductores; se emplea el método de “Eynon Lane”
mostrada en el apéndice. Sirve para tener un seguimiento
de cuánto es que se está consumiendo de azúcar en una
corrida. La figura Nº 13 muestra este comportamiento a
través del tiempo, se observa claramente la disminución de
los AR a lo largo del tiempo de fermentación.
FIGURA Nº 13 : CONTROL DE LOS AR vs. TIEMPO
05
10152025303540455055606570
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
TIEMPO (h)
AZU
CZR
ES R
EDU
CTO
RES
(g/l)
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
74
5. CONTROL DE LA PRODUCTIVIDAD.
Es de vital importancia realizar este paso, porque nos indica
el comportamiento del proceso si va en aumento o
disminución; se realiza cada hora. La figura Nº 14 nos
muestra como se comporta el proceso, observando que a la
cuarta hora se encuentra la mayor productividad.
FIGURA Nº 14 : PRODUCTIVIDAD vs. TIEMPO
0
1
23
4
5
67
8
9
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
TIEMPO (h)
PRO
DU
CTI
VID
AD (g
/ l .
h)
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
75
6. FLUJO DE AIRE.
Debe controlarse regularmente, en lo posible debe ajustarse
cada hora un flujo de 10.03 g por hora.
6.4 PRIMERA CENTRIFUGACIÓN Y LAVADO DEL PRODUCTO.
Cuando se ha terminado la fermentación en el sistema batch
por espacio de 10 horas, se procede a una primera centrifugación de
todo el material fermentado (1 litro de levadura inactiva), sin tener en
cuenta la velocidad de centrifugación, pero si las cantidades de crema
de levadura y de romanaza saliente en este paso.
En este punto se sacó una cantidad de romanaza de 800 a 860
ml/l de v-m, con un 10 de ºBrix y 6.5 de pH. Con estos datos, y
especialmente de la romanaza se indica que el grado de acidez baja
considerablemente y el ºBrix sube; remarcando que se ha l legado a
nuestro primer objetivo dado en este trabajo experimental, en la cual
mencionamos que los residuos o romanazas de la producción de
levadura forrajera, no contendrán un poder polutivo alto, por
consiguiente se podrá enviar estos desechos a los campos de cultivo
que colindan con las destilerías, provocando un normal desarrollo de
la vegetación en estas zonas.
El producto final o crema de levadura que ha sido centrifugado
es aproximadamente 200 a 140 ml; esta cantidad se lava con 500 ml
de agua destilada esterilizada, con la finalidad de que quede limpia de
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
76
impurezas y facilite a que cuando el producto esté seco, tenga un
color marrón claro. Esta última operación dura alrededor de 20 min.
6.5 CENTRIFUGACIÓN DEL PRODUCTO LAVADO.
Cuando ya está bien lavado la crema de levadura en los 500 ml
de agua destilada y esterilizada, se somete a una segunda
centrifugación a una velocidad de 3,100 r.p.m por un tiempo de 3 min,
velocidad que permite separar con bastante eficiencia a la levadura
del medio.
Justo al cabo de este tiempo la nueva crema de levadura se
decanta al fondo de los tubos de ensayo, usados para este fin, y el
líquido sobrenadante es desechado junto con la romanaza.
Un litro de sustrato vinaza-melaza es capaz de producir
después de la segunda centrifugación, una crema de levadura de 140
a 200 ml.
6.6 SECADO DE LA CREMA DE LEVADURA
La cantidad obtenida de crema de levadura, se deposita en un
recipiente de vidrio resistente a altas temperaturas (puede ser un pirex
o la base de una placa petri), y luego se introduce a una estufa que
tenga regulador de temperatura (termostato).
La temperatura de secado es de 60ºC por espacio de 3 horas,
cuidando de no pasar este tiempo y temperatura porque podría
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
77
quemar al producto. Luego se vierte el contenido del pirex, que tiene
la apariencia de una champa de barro ligoso seca, en un recipiente de
metal y se refrigera por 15 min. a 0ºC.
6.7 PRODUCTO TERMINADO.
El hecho de pasarlo inmediatamente de la estufa a la nevera,
significa que en este paso la levadura rompe su pared celular
permitiendo que su contenido sea mejor digerible por los animales.
Como este proceso es a nivel de laboratorio el material o
levadura forrajera saliente de la nevera, se somete a un machacado o
pulverizado usando un mortero, dando como resultado un polvillo de
gránulos bien finos, de color pardo. Finalmente se pesa y se obtiene
33.38 g de levadura forrajera seca y bruta por litro de sustrato vinaza-
melaza, lo que representa el 53% de rendimiento sobre los AR
iniciales y sobre una base de conversión del 98%.
Posteriormente se analiza en el laboratorio las cantidades de
proteínas, humedad y cenizas. Dando de humedad 8%, cenizas 14%
y de proteínas 50% y otros 28%; luego se envasa y se comercializa.
6.8 PROCESO CONTINUO PARA LA PRODUCCIÓN DE LEVADURA
FORRAJERA.
En nuestro trabajo realizado, también se efectuó en proceso
continuo para la fermentación, tomando como consideraciones
básicas los mismos principios que para el proceso batch, es decir se
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
78
trabajó a una temperatura de 31ºC, el pH a 4.5 y sobre todo los A.R
se deben siempre mantener a 5.7%, durante las 24 horas del día que
se trabaja.
6.8.1 Procedimiento.
Se procede del mismo modo que para el proceso batch,
hasta cuando se tiene los 200 ml de semilla, luego se vierte el
inóculo a un balón de vidrio juntamente con 100 ml más de una
mezcla de vinaza-melaza. Se le acondicionó al frasco para
poder agregar en forma de goteo más materia prima hasta
llegar a un volumen aproximado de 750 ml, manteniendo
siempre los AR en 5.7%. Luego se procederá a cosechar al
mismo volumen en que se esté agregando la materia prima.
Esta cosecha se centrifuga, se lava, se seca, se pulveriza y se
empaca del mismo modo que el otro proceso.
6.8.2 Control Físico – Químico Y Biológico
Estos controles son llevados a cabo del mismo modo
que en el proceso batch.
6.8.3 Resultados.
Los resultados obtenidos no fueron muy alentadores,
además que para mantener el pH a 4.5 se gasta bastante ácido
sulfúrico por lo que al obtener la romanaza el pH sigue en 4.5
por lo que no cumplía con nuestra expectativa y menos con
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
79
nuestro objetivo expuesto. Además como se tiene que hacer
los análisis más continuamente que el proceso batch, es más
susceptible a la contaminación por lo que hay que estar
agregando bactericida y esto no es económico. Al construir la
tabla Nº 13, en la cual están los datos del consumo de ácido
sulfúrico a lo largo de un tiempo de 48 horas y al plasmarlos en
la figura Nº 15, podemos notar que el consumo de éste ácido
en las primeras 24 horas es elevado y en las subsiguientes se
hace casi constante en un promedio de 31 gotas cada 3 horas;
todo esto es con el fin de mantener la mezcla a un pH 4.5
TABLA Nº 13 : CONSUMO DE ÁCIDO SULFÚRICO EN SISTEMA
CONTINUO
TIEMPO
(h)
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48
CONSUMO DE H2SO4
(gotas)
0 5 8 12 15 17 21 27 37 34 36 34 30 29 31 30 31
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
80
FIGURA Nº 15 : CONSUMO DE ÁCIDO SULFÚRICO vs. TIEMPO
05
1015202530354045
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48
TIEMPO (h)
GO
TAS
DE
AC. S
ULF
UR
ICO
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
81
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
- A la cuarta hora del proceso la productividad alcanzó su mayor valor, que
fue de 8.04 g / l . h, como muestra la figura Nº 14. este resultado se
obtuvo a un pH de 4.5 y a una temperatura de 31ºC, con lo que
confirmamos las condiciones óptimas de producción.
- El resultado de AR al final del proceso fue de 1.3 g/l, esta cantidad
representa el 98% de conversión sobre los AR iniciales.
- Un resultado de este proceso, se observa en la figura Nº 11, en la que el
valor del pH llega hasta 6.5, hecho que demuestra que los residuos
(romanaza) de esta producción no contienen excesiva acidez.
- Al finalizar este proceso se observó que la temperatura que ofrece
mayores resultados es aproximadamente 31ºC, mayores a ésta, la
levadura muere; y a menores temperaturas baja su actividad
reproductiva.
- El tiempo de fermentación del proceso es de 10 horas, ya que al cabo de
este tiempo los nutrientes (AR, ácidos, Ca, Mg, K, etc.) de la materia
prima ya no son suficientes para la alimentación de la levadura.
- Se obtuvo a partir de un litro de mezcla vinaza-melaza, 33.38 g de
levadura forrajera seca, que corresponde al 53% en rendimiento sobre
los AR, esta levadura finalmente es un polvillo de gránulos finos y de
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
82
color pardo oscuro, estas características del producto coinciden con las
dadas teóricamente.
- Los análisis del producto final arrojaron como resultados: proteínas 50%,
humedad 8%, cenizas 14%, otros 28%; estos resultados se aproximan
con otros datos en la tabla Nº 9, por lo que nuestro producto está dentro
de los rangos aceptados.
- Se inició el proceso con 5.7% de AR, que corresponde a una proporción
de vinaza-melaza de 11:1, porque la levadura se encuentra en un medio
favorable para su reproducción.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
83
CAPÍTULO VII
CONCLUSIONES
Al término de nuestra experiencia concluimos que para llevar a cabo este
proceso es necesario tener condiciones de esterilidad rigurosas, con el
fin de evitar toda clase de contaminación que perjudicaría al normal
desarrollo de la fermentación.
Gracias a este proceso experimental concluimos que los residuos de la
fermentación alcohólica son útiles como materia prima para la
elaboración de levadura forrajera y los residuos de éstas son menos
nocivos para los campos de cultivo por contener un pH neutro.
Las condiciones de operación óptima para este proceso son de 31ºC y 10
horas de fermentación.
Se concluyó que al usar los sistemas batch y continuo, el que más
ventaja ofrece para la CAA Laredo con respecto a la economía y a la
preservación del ambiente, es el sistema batch. El sistema continuo no
ofrece las condiciones de esterilidad requeridas y además sus residuos
contienen gran cantidad de ácido.
Concluimos que nuestro producto final no es tan costoso y además por
contener un porcentaje elevado de proteínas puede competir con otros
alimentos forrajeros que existen en el mercado como la harina de
pescado.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
84
CAPÍTULO VIII
RECOMENDACIONES
Es necesario realizar análisis bioquímico por lo menos una vez cada hora
para llevar un mejor control del proceso de fermentación.
Como resultado de este proceso, se obtuvo un desecho con un pH
aproximado de 6.5, por tal motivo se recomienda usar sin preocupación
este efluente para los regadíos de los campos que colindan con la
destilería de la CAA Laredo.
Se recomienda mantener las características naturales del producto (color,
sabor, olor), porque de lo contrario podría cambiar su poder proteico y
vitamínico.
Recomendamos tener mucho cuidado en el peso de los elementos que
componen el Saburaud, que sirve como medio para la conservación y
propagación de la cepa, ya que su alteración podría cambiar el sistema
alimenticio de la levadura.
Para el caso en que la sustancia que se este fermentando, se contamine,
es necesario adicionar bactericida con el fin de mantener un control de
microorganismos que no favorecen a la fermentación aeróbica. Para tal
caso se recomienda dosificar la cantidad de bactericida, haciendo que
éste, no llegue a ser nocivo para la levadura.
Es recomendable adicionar a la vinaza un suplemento de melaza, porque
éste ayuda aportar, además de AR, algunos elementos esenciales (K,
Mg, Ca) para la alimentación de la levadura.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
85
BIBLIOGRAFÍA
1. BOBADILLA & CÁRDENAS; “Proyecto de investigación de una Planta
Industrial para la producción de Levadura Alimenticia a partir de vinaza y
melaza”; Trujillo.
2. CECOAAP; “Estudio técnico para la obtención de proteína destinada a
consumo humano y forrajero”; Tomo II, Setiembre 1972, La Molina, Lima
– Perú.
3. DAVID W. MARTIN, JR.; “Bioquímica de Harper”; págs 31-41; Editorial
El Manual Moderno S.A. de C.V., México D.F., 1882.
4. DE ROBERTIS, FRANCISCO SAEZ; “Biología Celular”; pág. 63; Novena
Edición, Editorial El Ateneo, Argentina, 1978.
5. ICIDCA: INSTITUTO CUBANO DE INVESTIGACIONES DE LOS
DERIVADOS DE LA CAÑA DE AZÚCAR; “Los derivados de la caña de
Azúcar”; pág. 410. Editorial Científico Técnico. 1980.
6. IBID; págs. 286, 287.
7. IBID; págs. 295 – 303.
8. IBID; págs. 305 – 312.
9. IBID; págs. 409, 411 – 415.
10. INFORME DE LA EMPRESA AGRÍCOLA CHICAMA Ltda.; “Proceso de
la Elaboración de Levadura de Melaza”; pág. 12, Chicama, 1961.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT
Facultad de Ingeniería Química
86
11. JAMES A. KENT; “Química Industrial (Fermentación Industrial)”; págs.
208-254; Manuales m.r., 1972.
12. KIRK R. F. & OTHMER R. F.; “Enciclopedia de Tecnología Química”;
págs. 634, 635; Editorial UTEHA, México, 1962.
13. KRUPP TIERNEY JAWETZ ROE CAMARGO; “Manual de Diagnóstico
Clínico y de Laboratorio”; págs. 141, 142; Editorial El Manual Moderno,
S.A. de C.U. México, D.F., 1986.
14. Melasses Tarding Company Limited; “The Análisis of Melasses”; 1971,
London.
15. MINISTERIO DE INDUSTRIA Y COMERCIO; “Anuario del Comercio
Exterior”; 1984 al 1993; Dirección de Estadística e Información, Lima.
16. M. PIERRE DOUZON; “Biotecnología”; págs. 98, 99, Segunda Edición,
México D.F., 1985.
17. OCTAVE LEVENSPIEL; “Ingeniería de las Reacciones Químicas”;
Editorial REverté S.A., Barcelona, 1981.
18. PERRY & CHILTON; “Biblioteca del Ingeniero Químico”; Libros Mc Graw-
Hill, Tomo I, México S.A. de C.V. 1986.
19. SPENCER – MEADE; “Manual del Azúcar de Caña”; Editorial Montaner y
Simon, S.A., Barcelona, 1967.
20. U.B. VOGLBUSCH; “Levadura Forrajera”; Wien Austria, 1980.
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
Bibliot
eca d
e Ing
enier
ía Quím
ica U
NT