Tabla 19. ° Brix de los descartes de bebidas gaseosas después de la fermentación.
Elaboración propia.
Muestras DBO inicial
(mgO2/L) DBO final (mgO2/L) Remoción DBO (%) Inca Kola 21484.0269 2685.50 87.500 Coca Cola 22558.2282 10742.01 52.381 Fanta 32226.0403 5371.01 83.333 Sprite 37597.0470 4922.53 86.907
Sustrato pH °Brix DBO (mgO2/L)
Coca Cola 3.0 10.0 22558.23
Fanta 3.5 11.6 32226.04
Sprite 3.2 9.8 37597.05
Inca Kola 3.4 9.5 21484.03
Muestras °Brix DBO (mgO2/L)
Inca Kola 4.1 2685.50 Coca Cola 4.0 10742.01 Fanta 3.2 5371.01 Sprite 3.0 4922.53
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4 DISCUSIÓN
En la tabla 7 observamos la determinación de bioetanol del compuesto por refractometría, se reparó diluciones a diferentes porcentajes de etanol – agua a partir de una disolución patrón de 96% v/v de etanol a una temperatura de 25.4 °C el cual nos permite determinar el °GL de los diferentes tipos de muestras, se midió el índice de refracción para cada dilución, En la figura 6 nos muestra la curva de calibración para la determinación de bioetanol en los descartes de bebidas gaseosas destiladas según la figura 6. Estos resultados guardan relación con lo que sostiene Marcillo, Peña y Trochez, (2017), quienes determinaron el nivel de etanol en una bebida alcohólica, por refractometría, mediante una curva regular de calibración. Además, se realizó la determinación por una curva de adición estándar, donde a 7 matraces se adicionó una alícuota de 7±0.01803 mL de muestra y posteriormente, se agregaron cantidades de 0.00, 0.50, 1.00, 2.00, 2.50, 3.00 y 4.00 mL de etanol absoluto a cada matraz. Pero en lo que no concuerda el estudio de los autores referidos con el presente, es que ellos mencionan un índice de refracción ligeramente diferente debido a la temperatura con la que se tomó lectura.
En la tabla 8 y la tabla 9 nos muestra el índice de refracción para los diferentes tipos de descarte de bebidas gaseosas después del fermentado y la rectificación respectivamente.
En la tabla 10 observamos que se obtuvo una concentración de 5.31 - 6.85% v/v de bioetanol, la pureza del bioetanol alcanzado después de la rectificación, en donde nos muestra un valor mínimo de 87.4 °GL para el descarte de tipo Sprite y un valor máximo de 87.5 °GL para los demás descartes de tipo Coca Cola, Inca Kola y Fanta.
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Estos resultados guardan relación con lo que sostiene Grisales, Ríos y Triana (2001), quienes afirman que en el diseño de un proceso de producción de etanol anhidro a partir de jugo de caña, obtuvieron una concentración de 6 - 8% v/v de etanol. El jugo de caña contenía una composición de 14% de sólidos solubles (14 ºBrix) y en la fermentación el microorganismo utilizado fue Saccharomyces cerevisiae.
En la figura 7, 8, 9 y 10 observamos el cromatograma realizado a las cuatro muestras, se hizo la relación del área entre los picos, en donde se identificaron los componentes de las soluciones; las cantidades de cada compuesto fueron desconocidos siendo la mezcla completamente aleatoria para 22 compuestos. Se midió el área para diferentes compuestos con sus tiempos de retención como se observa en la tabla 11, 12, 13 y 14 identificando así el porcentaje de bioetanol obtenido, estas tablas nos muestra el porcentaje de bioetanol contenido en las muestras rectificadas tipo Fanta, Inca Kola, Sprite y Coca Cola, obteniéndose concentración de bioetanol de 99.22427% para la muestra tipo fanta, un 98.63249% para la muestra tipo Inca Kola, un 99.27674% para la muestra tipo Sprite y un 99.55388% para la muestra tipo Coca Cola. Según Vega y Muñoz, (2014) afirman que la cromatografía de gases en la industria tiene una rama bastante amplia uno de estos estudios es en el control de calidad en donde se utiliza para obtener el perfil cromatográfico en donde evaluamos la pureza de los compuestos. Estas personas expresan que uno de los métodos más eficientes para el estudio de la identificación de alcoholes es por cromatografía de gases.
El desarrollo de la fermentación en el proyecto duro 10 días, ya que se realizó la aireación del sustrato agitándolo al inicio de la fermentación, permitiendo que las levaduras se multipliquen rápidamente debido a la disponibilidad de oxígeno, así
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de fermentación y disminución de la fase de latencia, por lo tanto se trabajó a esta temperatura (25 °C) para evitar favorecer la producción gliceropiruvica a costa de una mayor producción de etanol. En la tabla 15 observamos las variaciones de ° Brix y el tiempo de fermentación que se notan, tienen relación inversamente proporcional, donde refleja una disminución progresiva a través del tiempo por parte de los microorganismos, ya que el azúcar es fuente de carbono y energía para las levaduras y estas las están consumiendo durante el proceso fermentativo, generando bioetanol como desecho; esto se debe a la concentración de levadura, por lo tanto a mayor concentración de levadura existe mayor degradación o consumo de biomasa en el medio y por lo tanto mayor generación de bioetanol. Los autores Ramírez Lecca y Valverde Pérez (2010) realizaron la investigación: Diseño de planta para la producción de etanol carburante a partir de la caña de azúcar haciendo uso de la levadura Saccharomyces cerevisiae donde se activaron en el laboratorio a una temperatura de 28°C a 30°C, esta temperatura guardan relación con la temperatura con la trabajamos, así mismo los autores Millones, Enrique, Nuñez Gonzales y Charly (2011) realizaron la investigación de producción de bioetanol a partir de los desechos lignocelulósicos industriales del Asparagus Officinalis quienes afirmaron que la fermentación se hizo durante un tiempo de 72 horas así mismo los autores Cereda y Magaly (2004) desarrollaron un estudio sobre la utilización del residuo sólido obtenido en la extracción de almidón de yuca en donde el tiempo de fermentación duró 48 horas, estas personas no concuerdan con el estudio del presente trabajo de investigación.
En la figura 12 se puede observar la disminución del ° Brix por efecto de la temperatura y el tiempo de fermentación, en ella se observan cuatro curvas en las
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cuales el descenso de los grados °Brix dependió de la tiempo de fermentación como se observa en la tabla 18 y 19, en donde observamos en un inicio un 9.5 -11.6 °Brix hasta 3.0 – 3.2 °Brix final. Estos resultados guardan relación con lo que sostiene Betancourt, (2001), de 10 ºBrix a 18 ºBrix de concentración de azúcar es satisfactoria, en ocasiones se emplean concentraciones demasiado altas que inhiben el crecimiento de las levaduras.
En la tabla 16 nos muestra el estudio de impacto ambiental con matriz de Leopold y se observó que durante el proceso de operación se tuvo impactos ambientales de grandes magnitudes e importancias; con la evaluación se pretende evitar en sus orígenes los impactos que puedan derivarse del desarrollo del proyecto en estudio, la anticipación de los acontecimientos, representa en efecto, una de las mayores ventajas proporcionadas por la evaluación del impacto ambiental, ya que desde el análisis del proyecto, previo a su ejecución, puedan detectarse y lo que es más importante, corregirse las reales y potenciales agresiones al ambiente; analizando los efectos de interacción que causan los aspectos ambientales sobre los campos o factores ambientales, estos resultados guardan relación con lo que sostiene De la Maza, (2007), donde señala que la evaluación a través de Leopold, consta de varios pasos: Identificación de las acciones del proyecto y de las componentes del medio afectado; estimación subjetiva de la magnitud del impacto, en una escala de 1 a 10, siendo el signo (+) un impacto positivo y el signo (–) uno negativo, y evaluación subjetiva de la importancia, en una escala de 1 a 10.
En la tabla 17 observamos la cuantificación de la DBO de los descartes de bebidas gaseosas, la carga orgánica es muy elevado. En esta tabla se puede observar que la
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un 52.381% - 87.5% y una reducción de la carga orgánica considerable, mediante la obtención de un producto con valor agregado como el bioetanol. Estos resultados guardan relación con lo que sostiene Seluy, (2007) en su tesis de doctorado titulada Procesos de tratamiento y valorización de efluentes líquidos de la industria cervecera” en donde se puede observar que la separación del etanol por destilación permite obtener una reducción de la DQO de un 53.72 % y una reducción de la carga orgánica del 60 %, mediante la obtención de un producto con valor agregado como el bioetanol.
En la tabla 18 se observa el pH de los descartes de bebidas gaseosas antes de la fermentación, el cual ronda de 3.0 a 4.5, el pH es un factor importante en la fermentación, debido a que este contribuye en el control de la contaminación bacterial, efecto del crecimiento de las levaduras, velocidad de fermentación y formación de bioetanol, estos datos guardan relación según el autor Gonzales Sosa, (1978) afirmó que la fermentación continua satisfactoriamente cuando el pH del mosto ha sido ajustado entre 4 y 4.5, este pH favorece a las levaduras y es lo suficientemente bajo para inhibir el desarrollo de muchos tipos de bacteria.
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5 CONCLUSIONES.
Se obtuvo bioetanol a partir de los descartes de bebidas gaseosas, se estudió y demostró la factibilidad técnica de recuperar el bioetanol contenido en la fracción líquida de los subproductos excedentes de levaduras y descartes de bebidas gaseosas, mediante destilación convencional.
Mediante el método de refractometría se logró cuantificar la pureza de bioetanol de los diferentes descartes de bebidas gaseosas de tipo Coca Cola, Inca Kola, Sprite y Fanta llegando a una concentración %v/v de 87.5, 87.5, 87.4 y 87.5, respectivamente. Se determinaron los compuestos que acompañan al bioetanol a través del análisis por cromatografía gaseosa, y se determinó el porcentaje de bioetanol contenidas en las muestras rectificadas.
Para el proceso de obtención de bioetanol a partir de descartes de bebidas gaseosas desde un inicio de la desgasificación hasta el final de la rectificación del bioetanol se empleó un tiempo de recuperación de bioetanol de 12 días.
La remoción del etanol contenido permitió disminuir un 52 % a 87.5% de la carga orgánica de éstas corrientes y se obtuvo otro producto con un alto valor agregado. La matriz de Leopold fue una manera simple de resumir y jerarquizar los impactos ambientales y concentrar el esfuerzo en aquellos que se consideran mayores.
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6 RECOMENDACIONES.
La preactivación de las levaduras durante un tiempo de 15 minutos, ayuda a mejorar la reacción, ya que se aumenta el área de contacto entre estas y la glucosa, permitiendo un mayor rendimiento de la fermentación.
Controlar y monitorear con intervalos de tiempo más cortos el proceso de la fermentación, con el fin de mantener estables las condiciones de pH para esta etapa y conocer exactamente el punto final de la fermentación.
Asegurar que el recipiente donde se realiza la fermentación no ingrese aire, ni tampoco se debe permitir la salida del CO2 producido.
Es necesario realizar un estudio más exhaustivo de las vías metabólicas implicadas en la fermentación alcohólica a diferentes condiciones de temperaturas y pH que permitan conocer que productos se generan a lo largo de la fermentación alcohólica. En la destilación fraccionada no descuidarse del momento en que cae la primera gota
para marcar la temperatura exacta.
Para que la separación del alcohol etílico se dé adecuadamente y se puedan alcanzar mayores niveles de concentración en el producto destilado, debe revisarse la transferencia de calor que se hace en el intercambiador de calor, así como la fuga de vapor de alcohol en el agujero de apertura a la atmosfera del tanque de condensado, así como otras fugas posibles en el sistema.
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Los equipos como el Cromatógrafo de Gas debe de tener su respectiva instalación a tierra para que el caso de una sobrecarga de energía esta no provoquen una chispa que iniciaría una ignición dentro del mismo provocando accidente y pérdidas económicas para la empresa.
Por los resultados obtenidos, se recomienda continuar con este estudio tomando un período de pruebas más largo, donde se podría determinar, si realmente se llega a lograr la estabilización completa de la materia orgánica; así como también para observar las diferentes etapas de crecimiento biológico. También se comprobaría, si los aspectos determinados en este trabajo, ayudan a llevar un estudio más a fondo, que permita la aplicación de la DBO en la cinética de crecimiento biológico. Un estudio de este tipo puede ser útil en un futuro no muy lejano, para determinar un parámetro que sustituya al de la DBO; es decir, que sea más fácil de determinar y que sea de la misma utilidad; o a mejorar las características de realización de la prueba de la DBO, acercándonos más a las condiciones ambientales reales de cada lugar.
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ANEXOS
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Anexo 1.
Determinación de DBO5 inicial del descarte de la Bebida gaseosa Inca Kola. Oxígeno disuelto inicial
Cálculo de OD de la muestra diluida inmediatamente después de la preparación, mg/L.
mg O2disuelto/litro =A ∗ N ∗ 8 ∗ 1000 V ∗VfcoDBO− 2 VfcoDBO Donde: A: Gasto= 0.6ml N: Normalidad de tiosulfato= 0.02223 V: Volumen de la muestra titulada= 50ml 𝑉𝑓𝑐𝑜𝐷𝐵𝑂: Volumen del frasco DBO=300ml
Según la ecuación anterior reemplazamos datos para calcular el oxígeno disuelto inicial.
mg O2disuelto/litro =0.6 ∗ 0.02223 ∗ 8 ∗ 1000 50 ∗300 − 2300 mgO2disuelto litro = 2.148403
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Oxígeno disuelto final.
Cálculo de OD de la muestra diluida después de 5 días de incubación a 20°C, mg/L.
mg O2disuelto/litro =A ∗ N ∗ 8 ∗ 1000 V ∗VfcoDBO− 2 VfcoDBO Donde: A: Gasto= 0.4ml N: Normalidad de tiosulfato= 0.02223 V: Volumen de la muestra titulada= 50ml 𝑉𝑓𝑐𝑜𝐷𝐵𝑂: Volumen del frasco DBO=300ml
mg O2disuelto/litro = 0.4 ∗ 0.02223 ∗ 8 ∗ 1000 50 ∗300 − 2300 mgO2disuelto litro = 1.432268
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Calculamos el DBO5. 𝐷𝐵𝑂5,𝑚𝑔 𝑙𝑡 = (𝐷1 − 𝐷2) 𝑃 Donde:
D1: OD de la muestra diluida inmediatamente después de la preparación, mg/L D2: OD de la muestra diluida después de 5 días de incubación a 20°C, mg/L P: fracción volumétrica decimal de la muestra empleada.
𝐷𝐵𝑂5,𝑚𝑔 𝑙𝑡 = (2.148403 − 1.432268) 0.01/300 𝑫𝑩𝑶𝟓,𝒎𝒈 𝒍𝒕 = 𝟐𝟏𝟒𝟖𝟒. 𝟎𝟐𝟔𝟖𝟓
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Anexo 2.
Determinación de DBO5 final (Después de la destilación) del descarte de la Bebida gaseosa Inca Kola.
Oxígeno disuelto inicial
Cálculo de OD de la muestra diluida inmediatamente después de la preparación, mg/L.