Fermentación alcoholica con levaduras Alcoholic fermentation from yeasts Jonathan Muñoz Giraldo, Laura Franco Salazar
Resumen En esta práctica se estudió el proceso de fermentación alcohólica que llevan a cabo las levaduras en un proceso en continuo y en batch. La levadura que se utilizó es Saccharomyces cerevisiae. En la fermentación alcohólica se produce dióxido de carbono y alcohol etílico (etanol). Se usaron concentraciones de 15, 30, 45 y 50 g/L de glucosa como azúcar total reductor para determinar la cinética del cultivo en bach utilizando cuatro fermentómetros que garantizan las condiciones anaeróbicas favorables para la producción de etanol, tomando muestras cada hora para medir absorbancia a 600nm para la determinación de la concentración de la biomasa. Para la fermentación en continuo en un bioreactor se tomaron muestras cada 90 minutos para realizar análisis de azúcar y determinación de la concentración concentración de etanol. etanol. Después de obtener los datos experimentales se comparó los rendimientos en la formación al utilizar células libres e inmovilizadas. La inmovilización se realiza mezclando una suspensión de levaduras al 1% en solución isotónica estéril con una solución estéril al 2 % de Alginato de sodio. Palabras clave: fermentometro.
fermentación,
Saccharomyces
cerevisiae,
bioreactor,
Abstract In this work we studied the alcoholic fermentation process carried out by yeasts in a continuous process and batch. The yeast used is Saccharomyces cerevisiae. In the alcoholic fermentation produces carbon dioxide and ethyl alcohol (ethanol). Concentrations were used 15, 30, 45 and 50 g / L glucose as reducing the total sugar to determine the kinetics of the culture using four fermentómetros bach to ensure anaerobic conditions favorable for production of ethanol, taking samples every hour to measure absorbance at 600nm for the determination of the concentration of biomass. For continuous fermentation in a bioreactor was sampled every 90 minutes for sugar analysis and determination of the concentration of ethanol. After obtaining
the experimental data yields compared training using free and immobilized cells. Immobilization is accomplished by mixing a suspension of yeast at 1% solution in sterile isotonic with a sterile 2% solution of sodium alginate.
Keywords:
fermentation,
Saccharomyces
cerevisiae,
bioreactor,
fermentometro.
Introduction La fermentación alcohólica es un proceso biológico de fermentación en ausencia de oxígeno (O2), originado por la actividad de algunos microorganismos como la levadura y bacterias, que procesan los azúcares (carbohidratos) como: glucosa, sacarosa, fructosa, entre otros. Los productos finales que se obtienen de este proceso son: etanol, dióxido de carbono, NADH y ATP [1]. La fermentación alcohólica es un proceso anaeróbico, realizado por las levaduras y algunas clases de bacterias. Estos microorganismos convierten el azúcar en alcohol etílico y dióxido de carbono. La fermentación alcohólica, inicia con glicólisis, donde la glucosa se degrada en un ácido pirúvico y este se convierte luego en CO2 y etanol [2]. Las levaduras son hongos microscópicos unicelulares importantes por su capacidad para realizar descomposición mediante la fermentación de varios compuestos orgánicos principalmente los carbohidratos. El proceso de fermentación alcohólica
puede ser empleado por varios microorganismos o levaduras, la utilizada en este experimento es la levadura común mejor conocida como Saccharomyces cerevisae que es un hongo unicelular capaz de generar dióxido de carbono y etanol durante el proceso de fermentación llevado a cabo cuando se encuentra en un medio muy rico en azúcares como por ejemplo la glucosaya que el pequeño número de carbonos en este monosacárido, comparado con los disacáridos maltosa, lactosa y sacarosa hace que el proceso de rompimiento de la molécula requiera menos energía y por lo tanto sea un proceso más rápido, como resultado se obtiene una fermentación más efectiva, produciendo CO2 en un periodo más corto de tiempo [3]. En la actualidad, ha surgido un interés creciente en la inmovilización de células para la producción de alcohol, debido principalmente a las numerosas ventajas que ofrece. La inmovilización celular permite el aumento en la productividad, la factibilidad del proceso en continuo, la estabilidad celular y los bajos costos de recuperación y
reciclo en los procesos de separación. Sin embargo, su implementación en los procesos industriales es aun limitada y su aplicación dependerá de los futuros desarrollos en los procedimientos de inmovilización que puedan ser fácilmente escalables.
15-25% (p/v) y el pH se ajusta a un valor de 4-5 para disminuir los riesgos de infección. El proceso se lleva a cabo a 30-35ºC. Generalmente el rendimiento es del 90% del máximo teórico. El resto de sustrato es convertido en biomasa y otros metabolitos.
Una de las tecnologías contemporáneas que son más promisorias para la fermentación de etanol, es la fermentación en continuo usando células de levaduras inmovilizadas. Los sistemas de fermentación en continuo con células inmovilizadas aunque inicialmente exitosos, fueron condenados a fallar por varias razones. Estas incluyen problemas de ingeniería (como biomasa en exceso, problemas con la remoción de CO2, optimización de las condiciones de operación, obstrucciones y generación de canales de flujo en el biorreactor), inalcanzables costos (en los precios de los soportes) y desventajas (en operación inestable y procesos complejos). Sin embargo, recientes desarrollos en el diseño de biorreactores y la comprensión de la fisiología de las células inmovilizadas, junto con la aplicación de materiales de soporte novedosos, proporcionan un nuevo estímulo en la investigación y la aplicación de esta promisoria tecnología.
La concentración de etanol al término de la fermentación es de 80-100 g/L. En la mayoría de las destilerías, el tiempo de fermentación es de 24 horas, aumentándose 6 horas para la sedimentación de las levaduras en los tanques.
La mayor parte del etanol es producido mediante fermentaciones por lotes. La concentración de sustrato al inicio del proceso es de
Los procesos por lotes tienen mayores costos del biorreactor, mayores requerimientos de mantenimiento y operación, bajo control del proceso y menores productividades que los procesos continuos. Sin embargo, a nivel industrial, aunque la productividad es importante, es más relevante la conversión de sustrato considerando que la mayor parte de los costos de producción corresponden a la materia prima. Ademas de esto existen algunos factores que pueden afectar positiva o negativamente la fermentación ya sea actuando sobre el desarrollo de las levaduras o incidiendo directamente sobre la propia fermentación. Los más relevantes son los siguientes: Temperatura: A mayor temperatura la fermentación transcurre más rápidamente, sin
embargo es menos pura, es decir, se produce menos etanol y más cantidad de compuestos secundarios. Las levaduras a 30°C tienen su temperatura óptima de desarrollo. Por encima de 35°C la actividad disminuye rápidamente y mueren antes de 45°C. Oxigeno: Aunque la fermentación es un proceso anaeróbico, las levaduras mantienen una leve respiración utilizando para ello el oxígeno disuelto en el mosto. Nutrientes: fuente de levaduras.
Los azúcares energía para
son las
Bibliografía 1. Bruce E. Rittmann, Perry L. McCarty. “Biotecnologia del medio ambiente, principios y aplicaciones”. McGraw Hill, pag 62-63. 2. José Bohórquez, Diana Vergara, Nilson Rosales, Yuris Gil. “Vinos y fermentación [en alcohólica” linea]. http://es.scribd.com/doc/634 64515/Informe-6Fermentacion-Alcoholica. visitado el 7 de junio del 2012.
