Fermentacion Alcoholica

FERMENTACION

1. IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA

En los últimos años es evidente el progreso alcanzado en la tecnología empleada para el desarrollo de sensores en línea, a pesar de ello, en el área de los bioprocesos, es frecuente la falta de información real de variables químicas y biológicas tales como: la concentración de biomasa, la actividad bacterial específica, la concentración de productos intermedios, entre otras. Frecuentemente, estas variables constituyen los estados del bioproceso y son de gran importancia para su monitoreo y control. La elección de un observador o estimador de estados depende inherentemente de las especificaciones particulares del problema. En la práctica tiene gran influencia en esta elección la disponibilidad de un modelo que sea lo suficientemente representativo del proceso, así como la fidelidad de los datos experimentales. Cuando se dispone de un modelo adecuado, observadores de alta ganancia, o varios estimadores que emplean el modelo del proceso (generalmente basado en primeros principios) para realizar la estima de las variables. Por el contrario cuando el modelo no es suficientemente representativo, pueden emplearse observadores asintóticos cuya dependencia con el modelo no es tan estricta, pero su convergencia depende de las condiciones de operación. También pueden utilizarse observadores basados en herramientas de inteligencia artificial, por ejemplo, redes neuronales artificiales y lógica borrosa, entre otros. En general, cuando el conocimiento a priori sobre el modelo o sobre la planta es incompleto, pueden emplearse diferentes técnicas de aproximación procurando la estimación de estados a partir de la información de entrada/salida. Se encuentran en la literatura diversas propuestas para la estimación de estado en bioprocesos. Pero todo ello puede sonar bonito y armonioso, estas opciones dadas es muy útil para las empresas a gran escala, pero para una persona que esta iniciándose en el negocio no será tan censillo poner en practica todo ello, porque en nuestro país el apoyo y la tecnología es muy difícil de conseguir.

2. INTRODUCCIÓN

Hace más de trescientos mil años, los hombres descubrieron lo que hoy conocemos como fermentación alcohólica en jugos vegetales y de frutas. Y hace más de once mil años aprendieron a humedecer los granos de cereales para que germinasen y produjesen malta con la que fabricaron cerveza y pan. Si definimos fermentación, vamos a encontrar que es un proceso de cambios químicos en las sustancias orgánicas producidas por la acción de enzimas.(una definición a grandes rasgos) En general la fermentación de esas ciertas sustancias nos puede llevar a una gran variedad de alimentos fermentados como lo son el Yogur, el kefir, el requesón, la salsa de soja fermentada, col y otras verduras fermentadas. Por supuesto también, a través de la fermentación obtendremos una gama de bebidas alcohólicas de distinto tipo y para distintos gustos.

La fermentación es un proceso muy complejidad por lo que no es posible describir los fenómenos que se producen debido a la linealidad y el dinamismo del proceso, las interacciones entre factores, la variabilidad y el mecanismo de reacción de los microorganismos.

3. MARCO TEÓRICO

La fermentación alcohólica

La fermentación alcohólica es una bioreacción que permite degradar azúcares en alcohol y dióxido de carbono. La conversión se representa mediante la ecuación general:

C6 H12 O6 ----------> 2C2H5OH + 2CO2

Las principales responsables de esta transformación son las levaduras. La Saccharomyces cerevisiae, es la especie de levadura usada con más frecuencia. Por supuesto que existen estudios para producir alcohol con otros hongos y bacterias, como la Zymomonas mobilis, pero la explotación a nivel industrial es mínimo. A pesar de parecer, a nivel estequiométrico, una transformación simple, la secuencia de transformaciones para degradar la glucosa hasta dos moléculas de alcohol y dos moléculas de bióxido de carbono es un proceso muy complejo, pues al mismo tiempo la levadura utiliza la glucosa y nutrientes adicionales para reproducirse. Para evaluar esta transformación, se usa el rendimiento biomasa/producto y el rendimiento producto/ substrato.

Rendimiento biomasa/substrato (Yx/s): es la cantidad de levadura producida por cantidad de substrato consumido.

Rendimiento substrato/producto (Yp/s): es la cantidad de producto sintetizado por cantidad de substrato consumido.

El rendimiento teórico estequiométrico para la transformación de glucosa en etanol es de 0.511 g de etanol y 0.489 g de CO2 por 1g de glucosa. Este valor fue cuantificado por Gay Lussac. En la realidad es difícil lograr este rendimiento, porque como se señaló anteriormente, la levadura utiliza la glucosa para la producción de otros metabolitos. El rendimiento experimental varía entre 90% y 95% del teórico, es decir, de 0.469 a 0.485g/g. Los rendimientos en la industria varían entre 87 y 93% del rendimiento teórico (Boudarel, 1984). Otro parámetro importante es la productividad (g/h/l), la cual se define como la cantidad de etanol producido por unidad de tiempo y de volumen. Los parámetros aquí mencionados se definen con relación a la fase y al modo de funcionamiento del bioreactor o fermentador. Por lo general, un bioreactor es un recipiente cilíndrico de doble pared, de vidrio o de acero inoxidable (para el control de la temperatura y esterilización en línea), cubierto de una platina de acero inoxidable. La platina está dotada de entradas y salidas que permiten agregar substratos, nutrientes y substancias como ácidos o bases, extraer productos, o bien, hacer mediciones en línea. La platina permite acoplar un sistema de agitación para mantener la homogeneidad y facilitar, en su caso, la transferencia de oxígeno y nutrientes.

La fermentación es uno de los procesos químicos más antiguos. Mediante la fermentación anaeróbica se puede sintetizar etanol, utilizando sucrosa como material de partida. Una vez que se obtiene el ácido pirúvico, este es convertido a acetaldehído y luego a etanol. Este proceso se muestra en el siguiente esquema:

En la siguiente tabla se puede observar las reacciones y las diferentes enzimas que participan en ella.

El

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