TECNOLOGIA DE LOS ALIMENTOS 1
Índice 1.
.............................................................................................................................1 ...................................................................1 ANTECEDENTES ..........................................................
2.
..............................................................................................................................2 ...................................................................2 INTRODUCCION ...........................................................
3.
.............................................................................................................................. ..............................................................................3 ...........3 OBJETIVO ...........................................................
4.
...........................................................................................................................4 ...................................................................4 MARCO TEORICO ........................................................
4.1.
............................................................................................................4 ............................................4 Fermentación Alcohólica ................................................................
4.1.1.
Proceso fermentativo en la producción de vinos ................................................................4
4.1.2.
......................................................................................6 ...................6 Inconvenientes en la fermentación ...................................................................
.........................................................................................7 ...................7 4.1.3. Consideraciones finales del proceso ......................................................................
4.1.3. 4.2.
5.
.........................................................................................................7 ............................................7 Composición del vino .............................................................
.................................................................................................8 ..............................8 VELOCIDAD DE REACCION ...................................................................
4.2.1.
Factores que afectan la velocidad de reacción química .....................................................8
4.2.2.
.................................................... ..... 10 Efecto de la temperatura en la Velocidad de reacción. ...............................................
4.2.3.
La ecuación de Arrhenius ................................................................................................ 10
............................................................................................................................ ................................................................ 11 METODOLOGIA ............................................................
5.1.
................................................................................................................................ ............................................................... 11 Materiales .................................................................
5.2.
.......................................................................................................................... ......................................... 12 Procedimiento .................................................................................
5.3.
Operaciones en la elaboración de vino .................................................................................... 12
6.
..................................................................................................... ........ 14 RESULTADOS Y DISCUSION .............................................................................................
6.1.
RESULTADOS ....................................................................................................................... 14
6.2.
............................................................................................................................ ......................................... 17 DISCUSION ...................................................................................
7.
........................................................................................................................... .................................................... 19 CONCLUSIONES .......................................................................
8.
................................................................................................................. ................... 19 RECOMENDACIONES ...............................................................................................
9.
............................................................................................................................. .............................. 19 BIBLIOGRAFIA ...............................................................................................
10.
..................................................................................................................................... ......................................... 20 ANEXOS ............................................................................................
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1. ANTECEDENTES Los inicios Es muy posible que estos primeros frutos primeros frutos silvestres de pre-vinifera fueran poco a poco cultivándose, poco cultivándose, logrando finalmente su cultivo a medida que el hombre abandonaba el nomadismo. el nomadismo. Un Un cuenco abandonado o un recipiente cerrado pudo haber fermentado haber fermentado dando un vino alcohólico. vino alcohólico. Esta Esta 'fermentación primigenia (debida a las propias Saccharomycetes Saccharomycetes que existen en la piel de la uva). Antiguo Egipto
Las primeras variedades semi-silvestres de uva con las l as que se elaboraron vinos eran rojas y producían vino tinto, pero tinto, pero los egipcios tuvieron la posibilidad de hacer crecer una variedad mutada variedad mutada que permitía elaborar vinos elaborar vinos blancos. Fermentaban el mosto el mosto en grandes vasijas grandes vasijas de barro. Grecia clásica
La costumbre de aguar el vino, es decir diluir decir diluir con con agua agua el contenido tras la fermentación, apareció con los griegos. griegos. Sólo se empleaba puro en las celebraciones las celebraciones religiosas o rituales. Los aditivos eran muy comunes en los vinos griegos, tras la fermentación se añadía por ejemplo yeso ejemplo yeso con la intención de clarificarlos. Imperio romano
Los romanos tuvieron como aporte en la tecnología del vino el haber comenzado con la técnica del injerto en las cepas de las vides. Los romanos continuaron con la tradición egipcia de almacenar y transportar el vino en ánforas selladas, pero sin embargo empezaron igualmente a emplear cubas emplear cubas de madera y que posteriormente durante muchos siglos llegó a ser el recipiente normal para almacenar y transportar el vino.
Edad medieval
En la Edad la Edad Media se hace extensiva por primera vez el almacenamiento del vino en barriles de madera (en lugar de ánforas de barro). Las múltiples crónicas narrando como se avinagran los vinos, hace pensar que el almacenamiento de esta bebida no ha llegado a su perfección. La protección contra la oxidación la oxidación era muy pobre y el uso del del dióxido de sulfuro (SO2) (SO2) era prácticamente desconocido. desconocido. El vino en el "Nuevo Mundo"
Durante la segunda mitad del siglo XVI en el Virreinato el Virreinato del Perú se establecieron tres regiones vitivinícolas, una es el reino el reino de Chile, la Chile, la otra en las zonas desérticas y la tercera en la región de Cuyo. La Cuyo. La cantidad de producción era tal que el sobrante se empleaba en la elaboración de aguardientes, de aguardientes, y y de esta forma nace el pisco. el pisco. Época moderna
Luego de atravesar una crisis varios países productores de vino se reúnen para formar la International Wine Office (IWO) con el objetivo de armonizar las prácticas vitivinícolas, promover la investigación, poner en común unas prácticas estándares. Se establecen normas
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TECNOLOGIA DE LOS ALIMENTOS 1 de derecho alimentario con el objeto de evitar fraudes en la elaboración del vino, se refuerzan las denominaciones de origen de los vinos. Actualidad
Surgen una gran cantidad de empresas vitivinícolas pequeñas Se incrementa el cultivo de variedades de uvas (43 variedades actualmente) Se incrementa el nº de etiquetas de vinos nacionales (más de 250) Se duplica el consumo per cápita anual de vino (425 mililitros) Los vinos nacionales participan en concursos internacionales obteniendo año con año premios y reconocimientos El 80% de los vinos nacionales se exportan a varios países (actualmente).
2. INTRODUCCION En la actualidad el Vino es una de las bebidas más exquisitas y protagonistas del mundo y especialmente las que son realizadas en Perú. Su producción en estos momentos ha ido aumentando ya que su sabor ha mejorado y las industrias de Vino, Pisco, etc han elevado la producción. Este tema sobre "Producción del vino en el mercado peruano" es controversial ya que la competencia se ha incrementado y el mercado no es el mismo, puesto que nuestros máximos rivales son: Australia, Europa, Argentina y España, etc. por tal motivo Perú y sus cultivos quieren ser unos de los más importantes en el mundo a través de su producción en el mercado con una etiqueta Peruana que sobresalga. Desde la época de los egipcios se utilizaba y se sembraba la vid; tenían cultivos de esta agradable fruta, formaron pequeños viñedos que al pasar el tiempo ha ido creciendo mediante sus generaciones y así formando áreas de Enología y Viticultura, ya han pasado varias generaciones que han de cultivar dicha fruta. Hoy en día la vid se cultiva en regiones cálidas donde existen diferentes tipos de uvas, además se ha clasificado la uva en variedades para el consumo directo y variedades para la elaboración de vinos. Conjuntamente la vid es una de las frutas antioxidantes, que sobre todo tiene algunas proteínas donde el 80% es agua y un 18% son de azúcares, así son absorbidos dando energía, los principales minerales que encontramos aparte del agua tenemos el potasio y el hierro. Y las vitaminas que destacan tenemos B1, B6 y C, donde aprovechando todo lo que tiene (pepitas y piel) estimulan y ayudan a reforzar el sistema inmunitario. El proceso industrial del vino, pasa por varias etapas antes de su obtención :Partiendo de la vendimia, que no es más que la selección de la materia prima en este caso la vid, luego la recepción de materia prima, donde se controla el peso, el grado de dulzor y se almacena, llevado así para la etapa del lavado donde se hace con agua potable, seguidamente pasa por el estrujado (pisado) y despalillado (despalillar)hollejos y demás, el encubado solo hace referencia donde se vacía el mosto y se es controlado, el sulfitado donde ocurre la combinación otros ácidos( azucares, co2), la fermentación, donde se fermenta pasando a alcohol, descube salen otras sustancias, trasiego, clarificación y estabilización son solo para ya darle el acabo final del vino libre de levaduras e impurezas, terminado así con el embotellamiento y almacenamiento.
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TECNOLOGIA DE LOS ALIMENTOS 1 Siendo la etapa más importante la fermentación del vino, es de las más conocidas y estudiadas por afectar a una industria tan extendida y con gran éxito. En el caso del vino las levaduras responsables de la vinificación son unos hongos microscópicos que se encuentran de forma natural en los hollejos de las uvas (generalmente en una capa en forma de polvo blanco fino que recubre la piel de las uvas, que se denomina “pruina”) y que se encuen tran en los suelos del viñedo). Este es un proceso mediante el cual los azúcares contenidos en el mosto se transforman en alcohol, principalmente, junto con otros compuestos orgánicos. Aproximadamente se produce 1º alcohólico por cada 17 gr. de azúcar contenidos en el mosto. Así, un mosto con 221 gr/litro daría lugar a un vino con 13 grados alcohólicos (13º). La elaboración del vino pasa por una fermentación alcohólica de la fruta de la vid en unos recipientes (hoy en día elaborados en acero inoxidable) en lo que se denomina fermentación tumultuosa debido a gran ebullición que produce durante un periodo de 10 días aproximadamente (llegando hasta aproximadamente unas dos semanas). Tras esta fermentación ‘principal’ en la
industria del vino se suele hacer referencia a una fermentación secundaria que se produce en otros contenedores empleados en el trasiego del vino joven (tal y como puede ser en las botellas de vino). El final de la fermentación se produce de forma espontánea cuando el contenido de azúcar en el mosto (azúcar residual) no sobrepasa los 4 ó 5 gramos por litro. De esta forma se habrá obtenido un vino seco. Durante este proceso es imprescindible controlar:
La densidad- con el fin de determinar la cantidad de azúcar que va quedando en el mosto. La temperatura – un exceso puede dar lugar a una parada de la fermentación por muerte de las levaduras. Si se expone cualquier levadura a una temperatura cercana o superior a 55 ºC por un tiempo de 5 minutos se produce su muerte. La mayoría actúa en una franja comprendida entre los 12 ºC y los 37 ºC. Contacto con el aire – Una intervención de oxígeno (por mínima que sea) en el proceso lo detiene por completo (es el denominado Efecto Pasteur). Esta es la razón por la que los recipientes fermentadores se cierren herméticamente. La energía de activación, que es la energía minina en la cual se llevará a cabo la reacción
3. OBJETIVO El objetivo principal de este trabajo es determinar la velocidad de reacción y la energía de activación en la elaboración de vino de uva. Evaluar el comportamiento de los grados brix a una temperatura ambiente y temperatura modificada.
Determinar las condiciones adecuadas de fermentación para la obtención de vino de uva.
Evaluar los parámetros permitidos para la elaboración de vino de uva.
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4. MARCO TEORICO 4.1.
Fermentación Alcohólica
La fermentación se describe como un proceso de oxidación donde se produce la transformación de moléculas complejas a moléculas simples, generando un producto final orgánico, con liberación de energía. A diferencia de los procesos de oxidación comunes, donde el oxígeno o cualquier compuesto inorgánico oxidado es el que actúa como aceptor final, la energía química en la fermentación deriva de un proceso químico de fosforilación, por el que se da una transferencia de electrones que conduce a la generación de un compuesto orgánico oxidado. La fermentación alcohólica, es un proceso anaeróbico realizado por levaduras y algunas clases de bacterias. Donde el sustrato celular; mono y di sacáridos en su mayoría, son transformados principalmente en alcohol etílico y dióxido de carbono; con la generación de equivalentes de reducción de los compuestos con enlaces de alta energía de fosfato, ATP. 4.1.1. Proceso fermentativo en la producción de vinos La producción de vinos, se define como una fermentación etanólica del mosto de uvas sin adición de otras sustancias. Este proceso inicia con la obtención del mosto a través del prensado de la uva y la posterior inoculación del mosto con levaduras, que a través del proceso fermentativo genera vinos con concentraciones de etanol de 8 hasta 15 % en volumen.
Levaduras en la fermentación
La levadura Saccharomycescerevisiae, es la especie de mayor uso en la industria vinícola. Se describe normalmente como un anaerobio facultativo, de modo que crece tanto en condiciones aeróbicas como anaeróbicas, es capaz de emplear un amplio rango de sustratos entre mono-, di-, y oligo-sacáridos, así como etanol, acetato, glicerol y hasta lactatos; siendo la glucosa su fuente de carbón preferida. La levadura Saccharomycescerevisiae presenta un requerimiento energético en condiciones anaerobias de 0,036 gramo de célula por gramo de sustrato-hora y de 0,022 en condiciones aérobicas. En función de la cepa empleada se tiene un contenido residual de azúcar de 10-56 g/L, lo que influencia el tiempo de fermentación, el cual va de 119 a 170 horas.
Velocidad de crecimiento
La velocidad de crecimiento de las levaduras depende directamente de la concentración del sustrato. Este comportamiento se describe generalmente mediante el modelo de Monod. Este sugiere que el desarrollo de las levaduras depende de una máxima velocidad de crecimiento y una concentración de saturación. El modelo de Monod describe una curva de crecimiento, en la cual se presenta una primera etapa de adaptación al medio, ‘fase lag’, que depende tanto del número de células, como del sistema
metabólico.
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TECNOLOGIA DE LOS ALIMENTOS 1 Luego se presenta un crecimiento exponencial que ocurre a una máxima velocidad, la duración de esta fase depende de la concentración inicial del sustrato limitante; así como de la habilidad del microorganismo para adaptarse a la disminución de la concentración de sustrato. Luego de la fase exponencial, donde se tiene el máximo valor de biomasa, se da una fase estacionaria durante la cual algunas células se dividen mientras otras mueren, para finalmente llegar a la fase de muerte. Factores como la temperatura, el pH y la concentración de nutrientes influyen directamente en el desarrollo de las levaduras, alterando a su vez las características no solo fisicoquímicas sino sensoriales del producto final.
Influencia del pH
Existe una dependencia de la velocidad de crecimiento con el pH, dado que el funcionamiento de los diferentes componentes intracelulares y extracelulares se ven influenciados por los valores de pH. En función de esto se ha demostrado que las bacterias, por ejemplo desarrollan un trabajo óptimo en un rango de pH de 6.5-7.5 mientras que las levaduras prefieren un ambiente ligeramente más ácido entre 4.0 y 5.0.
Influencia de la temperatura
La mayor parte de los microorganismos de uso industrial son mesófilos, los cuales alcanzan un máximo de resistencia en los 47 ºC. Cuando se supera este límite se genera una rápida caída de la velocidad de crecimiento; así que el óptimo de uso para estos microorganismos está entre 30-45 ºC, rango en el cual la velocidad de crecimiento se mantiene prácticamente constante. Esta dependencia de la temperatura con la velocidad específica de crecimiento puede ser expresada mediante la ‘ley de Arrhenius’, que se incluye en el parámetro de velocidad de muerte celular.
Por encima de la máxima temperatura, la velocidad global disminuye como resultado del incremento de la velocidad de muerte, relacionada directamente con la energía de activación, donde valores superiores a 90 Kcal/mol prevén que esta velocidad de muerte se incrementará más rápidamente que la de crecimiento. La temperatura es una de las variables más importantes en el proceso de producción de vinos, la cual se maneja en un rango de 15°C para vinos blancos y 30°C en el vino tinto, sin embargo, no es un valor que permanezca constante durante todo el proceso, dado que el calor debido a la reacción, establecido en 23,5 Kcal/ mol azúcar, genera una modificación continua de la temperatura sobre el proceso.
Nutrientes
La adición de nutrientes busca proveer un ambiente propicio a la levadura para que se obtengan los mejores rendimientos en la fermentación. La asimilación de nitrógeno y la demanda de oxígeno son factores importantes que influencian el rendimiento del proceso y las características sensoriales.
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TECNOLOGIA DE LOS ALIMENTOS 1 o
Nitrógeno
La mayoría de los aminoácidos sirve como fuente de nitrógeno, aunque no todos se asimilen igual. Generalmente se adicionan sales de amonio y mezclas de aminoácidos; donde la glicina es el más efectivo y la metionina la menos efectiva. No siempre el nitrógeno asimilable incrementa el crecimiento celular, porque puede ser acumulado como reserva en la fase estacionaria donde sería empleado en la síntesis de proteínas. Esto puede reprimir el consumo de aminoácidos, con lo que se ve reducido la eficiencia de la fermentación. Por lo tanto, el nitrógeno es considerado como un elemento limitante de la reacción. No obstante, una excesiva adición de nitrógeno modifica las características del producto final, debido a la alta producción de alcoholes superiores, acido acético, etilcarbanato, y etil acetato, y por la posible generación de sulfuro de hidrogeno. Por otro lado, cuando el contenido de nitrógeno asimilable es bajo se incrementa la producción de sustancias indeseables de compuestos sulfurados, como el ácidosulfhídrico y alcoholes pesados. Esto afecta la habilidad de multiplicación de las células durante la fase de crecimiento y controla además la transición a la fase estacionaria. o
Oxígeno
Pese a que la producción de etanol se desarrolla dentro del proceso anaeróbico, la presencia de oxígeno permite el mantenimiento celular al final de la fermentación. La adición de oxígeno busca que se incremente la tasa de fermentaciónsin afectar la población celular. No obstante, un sobre-flujo de oxígeno generarían la aparición de peróxido de hidrogeno afectando por completo la calidad final del producto. Se emplea en promedio una concentración de 5 a 10 mg/L, hacia el final de la fase de crecimiento, donde resulta ser de mayor aprovechamiento para las levaduras. o
Vitaminas
En cuanto a las vitaminas, suelen emplearse biotina, tiamina, inositol y ácido pantoténico, esenciales para el desarrollo metabólico de la célula. Se ha encontrado que cuando se tienen bajos niveles de tiamina, y elevadas concentraciones de nitrógeno se genera un detenimiento de la fermentación. 4.1.2. Inconvenientes en la fermentación Variaciones en las condiciones de trabajo determinan no sólo la efectividad del proceso sino la calidad del producto final. Drástica modificación en la temperatura de proceso varía el desarrollo de la termo-tolerancia de las células Las fermentaciones lentas y, en su caso más extremo, las paradas de fermentación, tienen lugar cuando hay un consumo más lento del azúcar del mosto. Esta bajada del consumo es un indicador de que hay unas condiciones ambientales o fisiológicas adversas. En la mayoría de
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TECNOLOGIA DE LOS ALIMENTOS 1 las ocasiones, estas causas pueden actuar sinérgicamente, inhibiendo, aún más, la fermentación alcohólica. Principales causas que pueden generar problemas fermentativos: - Deficiencias o falta de algún nutriente. - Presencia de toxinas killer. - Residuos de pesticidas o fungicidas. - Una excesiva clarificación. - Falta de oxigenación. - Altas concentraciones de SO2. - Competencia entre los microorganismos. - Falta de agitación. - Temperaturas extremas. - Concentraciones elevadas de etanol. 4.1.3. Consideraciones finales del proceso Luego de terminar el proceso fermentativo, el producto obtenido puede presentar turbidez y sólidos suspendidos, producto de la precipitación de ciertas pectinas presentes en la composición del mosto. Las uvas viníferas, aunque posee menos contenido que la cáscara de los cítricos y de pomáceas, fuentes tradicionales de pectinas, presentan un aporte importante de pectinas donde las pectinas de la pulpa duplican en contenido a las pectinas de la piel. Por esta razón debe generarse un sistema de ajuste posterior al proceso de fermentación, que se centra en la clarificación del producto final, a continuación de esto se realizan diferentes adecuaciones en busca de mejorar las condiciones organolépticas, ya sea por el conocido añejamiento o por estabilizaciones propias de la industria vitivinícola (Amerine 1967). La limpidez es una de las características más importantes que el consumidor exige de un vino. No es suficiente que un vino sea bueno, si éste está turbio o contiene precipitados. En el momento en que el consumidor se percate de que el vino está turbio o de que hay indicios de cualquier alteración no comprará ese vino, aun cuando tenga buen sabor y excelentes aromas
Clarificación La clarificación consiste en añadir en el vino unos productos clarificantes (coloides) capaces de coagularse en él y de producir grumos. La formación de los grumos y su posterior sedimentación arrastran las diferentes partículas causantes del enturbiamiento y clarifican el vino. - Estabilización Finalmente se busca eliminar la turbidez del producto y asegurar que a futuro no se presentaran nuevas precipitaciones o enturbiamientos. En primer lugar se provoca artificialmente el enturbiamiento y posterior a esto se genera una precipitación a la que sigue un sistema de filtraciones y clarificaciones. Esto se realiza por diferentes técnicas entre las cuales se consideran estabilizaciones por frio y por calor, así como el uso de goma arábiga, resinas de intercambio iónico, ácido metatartárico e incluso la aplicación de sistemas de estabilización biológica (Ribéreau 2006). -
4.1.3. Composición del vino La composición del vino tiene al agua como componente básico, pues representa un 80-
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TECNOLOGIA DE LOS ALIMENTOS 1 90 % del volumen, y al alcohol como elemento representativo, con una concentración de 10-14 % p/v; pero son las sustancias disueltas o en suspensión, las que hacen compleja la composición del vino, pues representan alrededor de 500 compuestos, provenientes en su mayoría de la uva y del proceso fermentativo, donde se reconocen compuestos fenólicos, ésteres, alcoholes superiores, compuestos nitrogenados, así como ácidos orgánicos y ácidos grasos volátiles (Leighton 2000); los que son parte decisiva del desempeño de cualidades propias del vino, como estabilidad, aroma o transparencia, y el denominado bouquet.
Alcoholes El alcohol etílico es el producto principal de la fermentación alcohólica resultado de la hidrólisis de los glucósidos del sustrato.
Alcoholes superiores Importantes no solo por su aporte sensorial en cuanto a aroma del vino sino también por su acción solvente que influencia la dilución de sustancias volátiles responsables de olores característicos
Alcohol metílico No es un producto típico de las fermentaciones pero es derivado de la hidrólisis natural de las pectinas, por lo que se encuentra principalmente cuando se incluyen las pieles de las frutas en la fermentación, de allí que los considerados licores de fruta presenten mayores concentraciones de este alcohol. Glicerol El glicerol, se presenta como subproducto en las fermentaciones de levaduras Acidez A parte del alcohol, la acidez del vino tiene una gran influencia en su sabor, constituyendo una característica esencial, acidez que proviene en parte del mosto y parte originados en las fermentaciones. Como: Acido tartárico, Acido málico, Acido cítrico, ácido succínico Compuestos de importancia organoléptica En la producción de bebidas alcohólicas debe controlarse la fermentación de manera que se asimilen adecuadamente los nutrientes y carbohidratos para que sean convertidos en alcohol y compuestos aromáticos característicos deseables, minimizando la aparición de compuestos indeseables.
4.2.
VELOCIDAD DE REACCION
La velocidad de reacción se define como la cantidad de sustancia que se transforma en una determinada reacción por unidad de volumen y tiempo. Por ejemplo, la oxidación del hierro bajo condiciones atmosféricas es una reacción lenta que puede tardar muchos años,pero la combustión del butano en un fuego es una reacción que sucede en fracciones de segundos(Isaacs, 1995). 4.2.1. Factores que afectan la velocidad de reacción química
Naturaleza de la reacción: Algunas reacciones son, por su propia naturaleza, más rápidas que otras. El número de especies reaccionantes, su estado físico las partículas que forman sólidos se mueven más lentamente que las de gases o de las que están en solución, la
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TECNOLOGIA DE LOS ALIMENTOS 1 complejidad de la reacción, y otros factores pueden influir enormemente en la velocidad de una reacción.
Concentración: La velocidad de reacción aumenta con la concentración, como está descrito por la ley de velocidad y explicada por la teoría de colisiones. Al incrementarse la concentración de los reactantes, la frecuencia de colisión también se incrementa. Presión: La velocidad de las reacciones gaseosas se incrementa muy significativamente con la presión, que es, en efecto, equivalente a incrementar la concentración del gas. Para las reacciones en fase condensada, la dependencia en la presión es débil, y sólo se hace importante cuando la presión es muy alta. Orden: El orden de la reacción controla cómo afecta la concentración (o presión) a la velocidad de reacción. Temperatura: Generalmente, al llevar a cabo una reacción a una temperatura más alta provee más energía al sistema, por lo que se incrementa la velocidad de reacción al ocasionar que haya más colisiones entre partículas, como lo explica la teoría de colisiones. Sin embargo, la principal razón porque un aumento de temperatura aumenta la velocidad de reacción es que hay un mayor número de partículas en colisión que tienen la energía de activación necesaria para que suceda la reacción, resultando en más colisiones exitosas. La influencia de la temperatura está descrita por la ecuación de Arrhenius. Como una regla de cajón, las velocidades de reacción para muchas reacciones se duplican por cada aumento de 10 ° C en la temperatura,aunque el efecto de la temperatura puede ser mucho mayor o mucho menor que esto. Por ejemplo, el carbón arde en un lugar en presencia de oxígeno, pero no lo hace cuando es almacenado a temperatura ambiente. La reacción es espontánea a temperaturas altas y bajas, pero a temperatura ambiente la velocidad de reacción es tan baja que es despreciable. El aumento de temperatura, que puede ser creado por una cerilla, permite que la reacción inicie y se caliente a sí misma, debido a que es exotérmica. Esto es válido para muchos otros combustibles, como el metano, butano, hidrógeno, etc. La velocidad de reacción puede ser independiente de la temperatura ( no-Arrhenius ) o disminuir con el aumento de la temperatura ( anti-Arrhenius ). Las reacciones sin una barrera de activación (por ejemplo, algunas reacciones de radicales) tienden a tener una dependencia de la temperatura de tipo anti Arrhenius: la constante de velocidad disminuye al aumentar la temperatura. Solvente:Muchas reacciones tienen lugar en solución, y las propiedades del solvente afectan la velocidad de reacción. La fuerza iónica también tiene efecto en la velocidad de reacción. Radiación electromagnética e intensidad de luz:La radiación electromagnética es una forma de energía. Como tal, puede aumentar la velocidad o incluso hacer que la reacción
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TECNOLOGIA DE LOS ALIMENTOS 1 sea espontánea, al proveer de más energía a las partículas de los reactantes. Esta energía es almacenada, en una forma u otra, en las partículas reactantes (puede romper enlaces, promover moléculas a estados excitados electrónicos o vibracionales, etc), creando especies intermediarias que reaccionan fácilmente. Al aumentar la intensidad de la luz, las partículas absorben más energía, por lo que la velocidad de reacción aumenta. Por ejemplo, cuando el metano reacciona con cloro gaseoso en la oscuridad, la velocidad de reacción es muy lenta. Puede ser acelerada cuando la mezcla es irradiada bajo luz difusa. En luz solar brillante, la reacción es explosiva.
Un catalizador:La
presencia de un catalizador incrementa la velocidad de reacción (tanto de las reacciones directa e inversa) al proveer de una trayectoria alternativa con una menor energía de activación. Por ejemplo, el platino cataliza la combustión del hidrógeno con el oxígeno a temperatura ambiente.
Isótopos:El efecto isotópico cinético consiste en una velocidad de reacción diferente para la misma molécula si tiene isótopos diferentes, generalmente isótopos de hidrógeno, debido a la diferencia de masa entre el hidrógeno y el deuterio. Superficie de contacto:En reacciones en superficies, que se dan por ejemplo durante catálisis heterogénea, la velocidad de reacción aumenta cuando el área de la superficie de contacto aumenta. Esto es debido al hecho de que más partículas del sólido están expuestas y pueden ser alcanzadas por moléculas reactantes. Mezclado:El mezclado puede tener un efecto fuerte en la velocidad de reacción para las reacciones en fase homogénea y heterogénea
4.2.2. Efecto de la temperatura en la Velocidad de reacción. Generalmente, la velocidad de reacción se incrementa conforme la temperatura aumenta. El más prevaleciente y ampliamente usado modelo es la relación de Arrhenius, derivado de las leyes termodinámicas, así como los principios de la estadística mecánica. La relación de Arrhenius, desarrollada teóricamente para las reacciones químicas moleculares reversibles, ha mostrado experimentalmente sostener empíricamente varios y complejos fenómenos físico químico (ejemplo; viscosidad, difusión, sorción). También se ha mostrado la reacción de pérdida de calidad de un alimento descritas por los modelos cinéticos mencionado para seguir un comportamiento de Arrhenius con la temperatura. 4.2.3. La ecuación de Arrhenius La cinética química se encarga del estudio de la rapidez de una reacción. La velocidad de una reacción química depende de varios factores: concentración de los reactivos, estado físico de estos, utilización de catalizadores o inhibidores y la temperatura ocupada durante el proceso. En 1889 Svante Arrhenius observó que en la mayoría de las reacciones químicas mostraba una
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TECNOLOGIA DE LOS ALIMENTOS 1 misma dependencia con la temperatura, esta observación se podía describir mediante la siguiente ecuación (Ecuación de Arrhenius)
Donde k es la constante de velocidad, A es el denominado factor de frecuencia, E es la energía de activación (KJ mol ⁻1), R es la constante de los gases y T es la temperatura absoluta. La mayor parte de las reacciones químicas son térmicamente activadas; proceden más rápidas conforme aumenta la temperatura de la mezcla de reacción. Este 3 comportamiento es típico de las reacciones en las que se debe superar una barrera de energía para que los reactantes se transformen en productos o también se define como la mínima cantidad de energía que se requiere para iniciar una reacción química. El principal valor de la representación gráfica de Arrhenius es que pueden obtenerse datos a temperaturas altas (baja 1/T) extrapolables para conocer la vida útil a una temperatura inferior, como se muestra en la Figura 1. ₐ
Figura 1.
Predicción de la vida útil por extrapolación de la representación gráfica de arrhenius desde temperaturas altas hasta una baja
5. METODOLOGIA 5.1.
Materiales
2 fermentadores Balanza analítica Refractómetro Probeta de 100 ml. Termómetro Silicona Colador Cámara controlada Cocinilla eléctrica
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TECNOLOGIA DE LOS ALIMENTOS 1 Ollas 3kg de uva 1kg de azúcar Levadura
5.2.
Procedimiento a. b. c. d. e. f. g. h.
5.3.
Lavar adecuadamente las uvas. Desgranar, retirando los palillos y aquellas que se encuentren malogradas. Apretar la uva hasta obtener el mosto. Ajustar el pH de 3,3 a 3,5. Ajustar la concentración de sacarosa. Inocular la levadura. Tomar do muestras y colocar una al medio ambiente y otra en una cámara a 25ºC. Medir el ºBrix.
Operaciones en la elaboración de vino
1. Materia prima: La materia prima es la uva. a. UVA:La mayoría de la uva cultivada proviene de la especie Vitis vinifera, la uva es una fruta obtenida de la vid. Las uvas vienen en racimos, son pequeñas y dulces. Se comen frescas o se utilizan para producir agraz, mosto, vino, vinagre y pisco.Crecen agrupadas en racimos de entre 6 y 300 uvas. Pueden ser negras, moradas, amarillas, doradas, púrpura, rosadas, marrones, anaranjadas o blancas, aunque estas últimas son realmente verdes y evolutivamente proceden de las uvas rojas con la mutación de dos genes que hace que no desarrollen antocianos, siendo estos los que dan la pigmentación. 2. Recolección (Vendimia): El momento exacto de su recogida será aquel en que la uva muestre un estado idóneo de maduración ya que solo así obtendremos un vino de calidad. 3. Recepción – Pesado: Al momento de recolectar toda la materia prima es recomendable pesar la materia prima para determinar su rendimiento. 4. Selección: Los frutos recolectados para procesar, deben ser seleccionados considerando ciertas características desde el punto de vista agronómico, así como el propio fruto, los cuales deben ser exigidas. 5. Lavado: Es necesario separar la tierra y materiales extraños, para reducir la carga bacteriana que está presente de forma natural en los alimentos. 6. Chapeado o estrujado: Provoca la extracción de líquidos azucarados y de otras sustancias contenidas en la uva. Un chapeado adecuado provoca una buena maceración y mejora el buen rendimiento. 7. Corrección del mosto: Las uvas chapeadas se introducen en el recipiente de fermentación y se mantienen ahí hasta el descube del mosto semifermentado. De una cosecha a otra siempre hay diferencias gustativas en el vino. 8. Fermentación: Una vez cerrado el recipiente de fermentación, se da inicio a la fermentación natural de la uva en el cual se produce la acción metabólica de levaduras, que transforman los azúcares del fruto en etanol y el gas en forma de dióxido de
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TECNOLOGIA DE LOS ALIMENTOS 1 carbono. El azúcar y los ácidos que posee la fruta, Vitis vinífera, son suficientes para el desarrollo de la fermentación. a. Fase de demora - En la que las levaduras se aclimatan a las condiciones del mosto, a las altas concentraciones de azúcares, bajo valor de pH (acidez), temperatura y SO2. Suele ocupar un período entre dos y tres días. b. Crecimiento exponencial - las levaduras ya acondicionadas al entorno, empiezan a multiplicarse en crecimiento exponencial, alcanzando el máximo de su densidad de población, que suele estar en torno a los 100 millones de levaduras por centímetro cúbico. Debido al consumo que hacen las levaduras del azúcar presente en el mosto, las concentraciones del mismo declinan rápidamente. La duración de esta fase es de aproximadamente cuatro días. c. Fase estacionaria - Es la fase en la cual la población de levaduras que ha llegado a su máximo valor admisible, lo que hace que se alcance un valor estacionario y que la fermentación se mantenga a una velocidad constante. El calor formado por la fermentación hace que la temperatura de la cuba durante esta fase sea igualmente constante. d. Fase declinante - En esta fase la carestía de azúcares o la elevada concentración de alcohol etílico empieza a matar las levaduras y la población disminuye, con ello la velocidad de fermentación. 9. Descube: Terminada la fermentación se procede a retirar el vino del fermentador. 10. Filtrado: Se realiza para retirar los residuos que quedaron en el vino. 11. Pasteurizado: Sirve para destruir los microorganismos y parar la acción acidificante de estos, puede realizarse a una temperatura de 70°C por 10 – 20 min. 12. Filtrado: Se realiza por segunda vez para así tener una mayor certeza que no hay residuos. 13. Embotellado: Puede usarse envases de vidrio o plástico. 14. Maduración: La maduración del es el conjunto de procesos que se producen desde que termina la fermentación hasta que el vino es embotellado (aunque puede continuar en la botella), la clarificación es el último paso en la maduración, para eliminar los restos y dejar el vino preparado. 15. Vino: Es el producto final obtenido.
DIAGRAMA CUALITATIVO DEL PROCESO DE FERMENTACIÓN DE LA UVA
Materia prima
Recepcion - Pesado
Seleccion
3Kg
2.910 kg
13 Lavado
TECNOLOGIA DE LOS ALIMENTOS 1
6. RESULTADOS Y DISCUSION 6.1.
RESULTADOS
TIEMPO hora 2 4 6 22 24 26 28 44 46 48 50 52
°Brix
T ambiente 20.1 19.5 19.4 13.8 13.2 12.5 8.4 6.1 6.1 6.1 5.5 6.2
Gr DE SACAROSA
T caja 20.5 19.6 19.4 11.7 10.8 10.5 7 6.9 6.9 6.1 6.5 6.3
T ambiente 21.8 21.2 21.0 15.0 14.3 13.6 9.1 6.6 6.6 6.6 6.0 6.7
T caja 22.2 21.3 21.0 12.7 11.7 11.4 7.6 7.5 7.5 6.6 7.1 6.8
C(moles/L)
T ambiente 0.64 0.62 0.62 0.44 0.42 0.40 0.27 0.19 0.19 0.19 0.17 0.20
T caja 0.65 0.62 0.62 0.37 0.34 0.33 0.22 0.22 0.22 0.19 0.21 0.20
K (constante de velocidad) T T caja ambiente 0.025 0.015 0.020 0.019 0.014 0.014 0.019 0.027 0.020 0.028 0.020 0.027 0.033 0.039 0.028 0.025 0.027 0.024 0.026 0.026 0.027 0.024 0.024 0.023
GRAFICAS
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TECNOLOGIA DE LOS ALIMENTOS 1
Grafica C vs T (temperatura ambiente) 0.7 0.6
y = -0.0113x + 0.3947 R² = 0.0486
0.5 ) L / 0.4 s e l o m0.3 ( C
0.2 0.1 0 0
2
4
6
8
10
12
14
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tiempo (h) Series1
Linear (Series1)
Grafica C vs T (temperatura modificada) 0.70 0.60 0.50
y = -0.0091x + 0.6153 R² = 0.8871
L / s 0.40 e l o m ( 0.30 C
0.20 0.10 0.00 0
10
20
30
40
50
60
tiempo (h) Series1
Linear (Series1)
15
TECNOLOGIA DE LOS ALIMENTOS 1
Grafica °Brix vs T (temperatura ambiente) 25
20 y = -0.3048x + 20.348 R² = 0.9549 15 x i r B °
10
5
0 0
10
20
30
40
50
60
tiempo (h) Series1
Linear (Series1)
Grafica °Brix vs T (temperatura ambiente) 25 20
x i r B °
y = -0.3048x + 20.348 R² = 0.9549
15 10 5 0 0
10
20
30
40
50
60
tiempo (h) Series1
Linear (Series1)
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TECNOLOGIA DE LOS ALIMENTOS 1
GRAFICO Log K vs 1/T 0.2 0 -0.2 0
0.5
1
1.5
2
2.5
-0.4 -0.6
y = -1.6177x + 1.6211 R² = 1
K g -0.8 o L
-1
-1.2 -1.4 -1.6 -1.8
1/T Series1
Series2
Linear (Series1)
Linear (Series2)
CACULOS DE ENERGIA DE ACTIVACION
=
.
1.6177 =
2.3 × 1.99
−
= 7.40 .
6.2.
DISCUSION
•
El valor obtenido Ea = 7.40 . − por lo que podemos decir que esta afecta a la velocidad de reacción de manera que esta es más rápida.
•
Teniendo en cuenta que la energía de activación de la uva es de 6.2- 7.99 cal. − se entiende que la energía de activación obtenida se encuentra dentro del rango con respecto a la información bibliografía y esto puede deberse a al grado de concentración que presenta el jugo de uva a lo largo de su fermentación que se dio en un periodo de 4 días. De acuerdo a Blanco, Antonio (2006)., el estrujado es una operación importante de la elaboración del supurado, para obtener un buen supurado se ha de rasgar simplemente el hollejo de tal forma que se libere la pulpa que contiene el mosto y las pepitas en su interior, sin triturar ni tampoco laminar las pepitas. La excesiva rotura de los hollejos por un estrujado excesivo, se traduce en un aumento del volumen de fangos y lías, así como también en una mayor cesión de ácidos grasos. Se debe respetar en la medida posible, la integridad de los hollejos y las pepitas, utilizando para ello una maquina estrujadora adecuada. En la práctica de laboratorio el estrujado se realizó triturando (licuado) los
•
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TECNOLOGIA DE LOS ALIMENTOS 1 granos de uva para sacar el mosto, lo cual según lo expuesto anteriormente está mal, este procedimiento se debió haber realizado de manera suave, pues simplemente bastaba con liberar el mosto, respetando la estructura del hollejo; la cual es degradada con el complejo enzimático del mosto. •
Según los especialistas el estrujado de mayor calidad es realizado por pisado directo de
la vendimia sometiendo a los granos de uva a una suave presión radial entre sus polos opuestos, que hace abrirse suavemente los hollejos como antes se había descrito. De acuerdo a Bohinsk, C (1991). el escurrido es una operación, que pese a su aparente simplicidad esconde la extrema diversidad de componentes del mosto a lo largo de su liberación. El prensado realiza y acaba la extracción fraccionaria. Debe liberar la totalidad del jugo de pulpa que produce la base del vino, los mejores jugos de los hollejos, es decir, los compuestos aromáticos y fenólicos de calidad, sin extraer los compuestos de olores y sabores herbáceos o aceitosos de los hollejos, de los raspones o de las semillas. En este procedimiento de la práctica se realizó un escurrido simple, en la que las uvas eran colocadas en un colador de plástico hacia un balde plástico y eran presionados por la acción de la mano para así obtener una gran cantidad del mosto, esta técnica se realizó con el objetivo de aumentar la cantidad de mosto en un menor tiempo en comparación a que si hubiéramos hecho todo por medio del estrujado. • Lorda, Pedro (2000). El objeto del desfangado es obtener vinos ‘’limpios y brillantes’’ de forma natural, es decir sin añadirle, en lo posible productos químicos para ayudar a la precipitación de partículas indeseables. Si se realiza un buen desfangado del mosto antes de la fermentación, se pueden obtener vinos fresco, estables, con una acidez equilibrada, mejor color, suaves y con aromas exquisitos. Otra de las cuali dades de un buen desfangado es mejorar sus defensas de protección a la acción del oxígeno. En el laboratorio esta etapa, se realizó colando el mosto para eliminar las partículas libres que quedan procedentes de los racimos, raspones y hollejos. • La fermentación del vino es el proceso en el cual los azúcares contenidos en el mosto se trasforman en alcohol, principalmente, junto con otros compuestos orgánicos la s levaduras son las encargadas de realizar esta transformación.Por lo general la levadura que se utiliza para este proceso es aquella que está contenida en el mismo hollejo de forma natural (denominada ‘’pruina’’), que suelen ser el principal responsable de la fermentación alcohólica y de la generación de aromas secundarios en el vino. En la práctica al mosto obtenido se añadió levadura (20 gr.) para poder acelerar el proceso de fermentación . • El mosto o zumo de uva contiene variables de glúcidos llamados comúnmente azuc ares. La uva contiene de un 15 a un 25 % de glucosa y fructuosa. En las uvas perfectamente maduras estos compuestos se encentran casi en la misma proporción aunque siempre hay un poco más de fructuosa que de glucosa, siendo la relación glucosa /fructuosa aproximadamente de 0.95, este es el caso del vino dulce. Durante la fermentación alcohólica estos azucares del mosto son transformados por las levaduras en etanol y CO2, obteniéndose el vino. • La concentración de azúcar en el mosto depende de la variedad de uva utilizada. Los valores oscilan entre 7 a 35%. • La mayoría actúa en una franja comprendida entre los 12°C y 37°C. Así mismo si este mosto entra en contacto con el aire, una intervención de oxigeno (por mínima que sea) en
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TECNOLOGIA DE LOS ALIMENTOS 1 el proceso lo detiene por completo (es el denominado efecto Pasteur). Esta es la razón por la cual en la práctica el mosto se colocó en una botella cerrada, en la tapa se incorporó un tubo de látex para permitir la salida del gas generado durante el proceso.
7. CONCLUSIONES
Se determinó la energía de activación con un valor de
−
y la velocidad de reacción que está afectado directamente proporcional con la energía de activación. 4.4 .
Los grados brix en el proceso de fermentación en la temperatura ambiente y controlada tienen comportamiento lineal con un pendiente positiva. Se logró identificar los factores que afectan durante el proceso de la elaboración del vino. Se determinó los parámetros permitidos para la elaboración del vino.
8. RECOMENDACIONES •
• •
Es importante tener conocimiento básico sobre la temperatura y composición química en la elaboración del vino que constituyen una alternativa muy ventajosa a la experimentación y una valiosa herramienta para la selección de condiciones de trabajo, toma de decisiones sobre equipos y procesos y evaluación de resultados. Es importante identificar los parámetros que influyen directamente en el proceso de fermentación, principalmente en el control de los grados brix. Con el fin de recortar tiempos de producción sería adecuado probar diferentes sistemas de activación a través de la evaluación de diferentes condiciones en el mosto empleado y diferentes temperaturas de activación.
9. BIBLIOGRAFIA • • •
Blanco, Antonio (2006). Vinos naturales y/o artificiales, 8ª ed. Buenos Aires. Editorial: El Ateneo, Argentina. BOHINSK, C. (1991). Bioquímica. México: Addison Wesley. pp. 174-181. 3.Lorda, Pedro (2000). Enología: vinos y licores. Buenos Aires. Editorial: Errepar. Argentina Zuritz C.A., Munoz Puntes E., Mathey, H.H., Perez E.H., Gascon A., Rubio L.A., Carullo C.A., Chernikoff R.E., Cabeza M.S. Density, viscosity and coefficient of thermal expansion of clear grape juice at different soluble solid concentrations and temperatures. Journal of Food Engineering 71. 2005
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10. ANEXOS
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