Efecto de la concentración de HC1 y tiempo de hidrólisis en el rendimiento de glucosa para la obtención de bioetanol a partir de almidón de manihot esculenta yuca dulce

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(1)Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA. ica. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO. ie. ría. Q. uí m. ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA. en. EFECTO DE LA CONCENTRACIÓN DE HCl Y TIEMPO DE HIDRÓLISIS EN EL RENDIMIENTO DE GLUCOSA PARA LA OBTENCIÓN DE BIOETANOL. In g. A PARTIR DE ALMIDÓN DE Manihot esculenta YUCA DULCE. TESIS PARA OBTENER EL TÍTULO PROFESIONAL DE. de. INGENIERO QUÍMICO. lio te. ca. AUTORES:. Bi b. ASESOR:. Br. ANTHONY RAFAEL DE LA CRUZ ZEGARRA Br. JESÚS ABRAHAM LINCOLN YALTA NOVOA. Dr. JOSÉ FÉLIX RIVERO MÉNDEZ. TRUJILLO – PERÚ 2017. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(2) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. uí m. ica. JURADO DICTAMINADOR. _________________________________. en. ie. ría. PRESIDENTE. Q. Dr. ALFREDO CRUZ MONZÓN. ___________________________________. In g. Ms. WALTER MORENO EUSTAQUIO. ca. de. SECRETARIO. Dr. JOSÉ RIVERO MÉNDEZ ASESOR. Bi b. lio te. _________________________________. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(3) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ica. DEDICATORIA. A DIOS por su bendición e. uí m. iluminación, que está presente en cada instante y circunstancia de nuestras vidas, por ser guía y. ría. Q. protección en todo momento.. ie. A mis queridos padres ISABEL y RAFAEL y a mi hermana DIANA. en. que con su comprensión y apoyo. incondicional logran que realice. In g. mis metas y me dan las fuerzas. ca. de. para seguir siempre adelante.. A mis queridos tíos CARMEN y. lio te. JUAN a mi mamá MARTINA y tío MIGUEL por sus consejos y gran apoyo en el transcurso de mi vida. Así también a CRONOS. Bi b. por ser fuente de alegrías y buenos momentos.. Anthony R. De La Cruz Zegarra i Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(4) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ica. DEDICATORIA. uí m. A mis PADRES YALTA CHAVEZ LINCOLN y NOVOA SANTILLÁN ELSA MORAIMA por haberme dado la oportunidad de vivir y. mis. abuelos. NOVOA. en. A. ie. ría. Q. descubrir un mundo nuevo.. CASTAÑEDA ROGER JUSTO y. In g. SANTILLÁN TORRES ELSA MARUJA por haber tenido la responsabilidad. de. haberme. de. criado como a un hijo y haber depositado en mí la esperanza de. ca. ser un hombre mejor.. lio te. A mi abuela querida CHAVEZ DIAZ GRACIELA por ser el ángel que siempre ha estado conmigo en. Bi b. los momentos más difíciles de mi vida y sé que me ve desde el cielo. Jesús A. L. Yalta Novoa.. ii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(5) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ica. AGRADECIMIENTO. Expresamos nuestro agradecimiento a los docentes de las Facultades de Ingeniería Química,. uí m. quienes con sus enseñanzas impartidas durante nuestra permanencia universitaria lograron nuestra formación académica y profesional.. Q. Este trabajo de investigación ha sido elaborado bajo el asesoramiento del Dr. José Félix Rivero Méndez de la Escuela Académica Profesional de Ingeniería Química de la Facultad de. ría. Ingeniería Química de la Universidad Nacional de Trujillo, a quien agradecemos por su valioso. ie. apoyo en la dirección y critica durante la realización del presente trabajo.. en. Expresamos nuestro agradecimiento un buen amigo el Téc. Jesús Eleuterio Mora Tandaipán, así como a los docentes el Dr. Aníbal Quintana Díaz del Departamento de Microbiología y. In g. parasitología al Ing. Alberto Campos García de la facultad de Ingeniería Química y a otros del Departamento de Química General y Fisicoquímica de la Facultad de Ingeniería Química.. Finalmente, a los compañeros de estudio, por todas las experiencias vividas durante el tiempo. Anthony R. De La Cruz Zegarra y Jesús A. Yalta Novoa.. Bi b. lio te. ca. de. en que estuvimos juntos en la Universidad, por haber compartido momentos tristes y alegres.. iii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(6) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. RESUMEN. ica. Este proyecto obtuvo alcohol etílico anhidro combustible a partir de almidón de yuca dulce. (Manihot esculenta), evaluando el efecto de la concentración de HCl y tiempos de reacción. uí m. en el proceso de hidrólisis, logrando obtener la mayor conversión de glucosa y por ende el mayor rendimiento de alcohol.. Q. Para lograr esto se empezó trabajando con una concentración de almidón del 20%, suministrándose en el proceso de hidrolisis dosis de HCl a concentraciones de 0.7% a 2.7%. ría. y tiempos de reacción de 110 a 230 minutos.. Se aplicó en nuestro modelo experimental un Diseño Compuesto Central Rotacional. ie. (DCCR) de 22 puntos factoriales, con 4 puntos axiales y 3 repeticiones en el punto central. en. mediante el software Statistica 8.0, del cual se determinó estadísticamente el efecto. In g. significativo entre la concentración de HCl y el tiempo de reacción del proceso de hidrólisis.. Mediante la metodología de superficie respuesta se logró determinar los niveles óptimos del proceso de hidrolisis, siendo la concentración de HCl de 1.65 a 2.3% (v/v) y tiempo de. de. reacción de 215 a 240 minutos, se logró obtener la mayor concentración de 19.7144 g/l (9.3645%) de glucosa.. ca. El rendimiento porcentual de bioetanol anhidro fue de 12.00%, y en el proceso fermentativo fue de 69.56%, en el proceso de destilación fue de 79.52% y en el proceso de rectificación. lio te. fue de 82.50% y en la proceso de purificación fue de 71.19% obteniéndose como producto. Bi b. un alcohol anhidro con pureza de 99.9 ºGL.. iv Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(7) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ABSTRACT. ica. This project obtained an anhydrous ethyl alcohol fuel from starch cassava (Manihot esculenta), evaluating the effect of the concentration of HCl and reaction times of process. uí m. hydrolysis, achieving to obtain the greater conversion of glucose and therefore the greatest yield of alcohol.. Q. To achieve this began working with a starch concentration of 20%, supplied in the process of hydrolysis HCl doses to concentration of 0.7% to 2.7% and reaction times of 110 to 230. ría. minutes.. ie. Applied in our experimental model a Central Compound Design Rotational (DCCR) of 22 points factorial, with 4 points axial and 3 repetitions in the central point through the software. en. Statistica 8.0, which identified statistically significant effect between the concentration of. In g. HCl and reaction times in the process of hydrolysis.. By using the methodology of surface response succeeded in identifying the optimal levels of the process of hydrolysis, being the concentration of HCl of 1.65 to 2.3% (v/v) and. of glucose. de. reaction time of 215 to 240 minutes, get the largest concentration of 19.7144 g/l (9.3645%). ca. The bioethanol yield anhydrous was 12.00%, being the efficiency in the fermentative process of 69.56%, in the process of distillation of 79.52%, in the operation of rectification. lio te. of 82.56% and in the operation of purification of 71.19%, obtaining an absolute alcohol with. Bi b. purity of 99.9 ºGL.. v Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(8) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ica. ÍNDICE. uí m. Pág.. DEDICATORIA..................................................................................................................... i AGRADECIMIENTO .......................................................................................................... ii. Q. RESUMEN ........................................................................................................................... iv. ría. ABSTRACT .......................................................................................................................... v ÍNDICE ................................................................................................................................ vi. ie. ÍNDICE DE TABLAS .......................................................................................................... xi. In g. en. ÍNDICE DE FIGURAS ...................................................................................................... xiv. CAPÍTULO 1 ........................................................................................................................ 1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................ 1. de. 1.1 La yuca dulce (Manihot esculenta) una alternativa diferente para obtener etanol ...... 4 Origen ..................................................................................................................... 4. 1.1.2. Historia.................................................................................................................... 4. 1.1.3. Cultivo .................................................................................................................... 5. 1.1.4. Clasificación............................................................................................................ 5. lio te. ca. 1.1.1. Composición Química ............................................................................................. 6. 1.1.6. Evaluación de la variedad ........................................................................................ 7. 1.1.7. Producción .............................................................................................................. 7. 1.1.8. Comercialización de la yuca .................................................................................... 8. 1.1.9. Comercio internacional de la yuca ........................................................................... 8. Bi b. 1.1.5. 1.1.10 Importancia de la yuca en el Perú ............................................................................ 9 1.1.11 Importancia de la yuca en el mundo ....................................................................... 10. vi Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(9) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.2 Hidrolisis del almidón .................................................................................................. 10 Origen del Almidón ............................................................................................... 10. 1.1.1. Almidón de yuca ................................................................................................... 12. 1.1.2. Hidrolisis ............................................................................................................... 16. uí m. ica. 1.1.1. 1.3 Jarabe de glucosa ......................................................................................................... 19 1.4 Fermentación ................................................................................................................ 21 Fermentación alcohólica ........................................................................................ 23. 1.4.2. Condiciones para la fermentación .......................................................................... 27. ría. Q. 1.4.1. 1.5 Destilación .................................................................................................................... 30 Destilación Simple................................................................................................. 30. 1.5.2. Destilación Fraccionada ......................................................................................... 33. 1.5.3. Destilación por arrastre de vapor............................................................................ 34. 1.5.4. Destilación en horno de bolas ................................................................................ 35. In g. en. ie. 1.5.1. 1.6 Rectificación ................................................................................................................. 36. de. 1.7 Deshidratación o purificación ...................................................................................... 36 Método de Absorción ............................................................................................ 37. 1.7.2. Secado con sal ....................................................................................................... 37. 1.7.3. Método Azeotropico .............................................................................................. 38. ca. 1.7.1. lio te. 1.8 Etanol............................................................................................................................ 39 Propiedades fisicoquímicas .................................................................................... 39. 1.8.2. Aplicaciones del bioetanol ..................................................................................... 41. 1.8.3. Bioetanol en el Perú ............................................................................................... 43. Bi b. 1.8.1. vii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(10) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. CAPÍTULO 2 ...................................................................................................................... 47. ica. MATERIALES Y MÉTODOS ........................................................................................... 47 2.1 Materiales ..................................................................................................................... 47 Materia Prima ........................................................................................................ 47. 2.1.2. Material biológico ................................................................................................. 47. 2.1.3. Materiales de laboratorio, reactivos y equipos ........................................................ 47. uí m. 2.1.1. Q. 2.2 Metodología .................................................................................................................. 50 Esquema experimental ........................................................................................... 50. 2.2.2. Análisis estadístico ................................................................................................ 53. 2.2.3. Validación del modelo matemático ........................................................................ 54. 2.2.4. Diagrama de flujo .................................................................................................. 54. ie. ría. 2.2.1. en. 2.2.5 Determinaciones ..................................................................................................... 61. In g. CAPÍTULO 3 ...................................................................................................................... 65 RESULTADOS .................................................................................................................. 65. de. 3.1 Análisi fisicoquímicos de la yuca dulce y su almidón .................................................. 65 Yuca dulce............................................................................................................. 65. 3.1.2. Almidón ................................................................................................................ 65. ca. 3.1.1. 3.2 Proceso de hidrólisis ..................................................................................................... 67. lio te. 3.3 Proceso de fermentación .............................................................................................. 84. Bi b. 3.4 Proceso de destilación y rectificación alcohólica ......................................................... 86 3.5 Proceso de deshidratación alcohólica .......................................................................... 88. viii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(11) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. CAPÍTULO 4 ...................................................................................................................... 90. ica. DISCUSIÓN ........................................................................................................................ 90. uí m. CAPÍTULO 5 ...................................................................................................................... 99 CONCLUSIONES............................................................................................................... 99. Q. CAPÍTULO 6 .................................................................................................................... 100. ría. RECOMENDACIONES ................................................................................................... 100. CAPÍTULO 7 .................................................................................................................... 101. en. ie. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................. 101. In g. APÉNDICE ....................................................................................................................... 113. Marchas analíticas para las determinaciones fisicoquímicas de la yuca dulce y su almidón.. 114. de. Marchas analíticas para las determinaciones en el post proceso de hidrólisis ....................... 118. ca. Marchas analíticas para las determinaciones en el post proceso de fermentación ................. 121 Marcha analítica para las determinaciones en el post proceso de destilación ........................ 122. lio te. Marcha analítica para las determinaciones en el post proceso de rectificación ..................... 123 Marcha analítica para las determinaciones en el post proceso de purificación ...................... 124. Bi b. Determinaciones fisicoquímicas de la yuca dulce y su almidón ........................................... 127 Determinaciones en el post proceso de hidrólisis ................................................................. 133 Análisis de los datos para determinar la ley de velocidad durante el proceso de fermentación ........................................................................................................................................... 139 ix. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(12) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ica. Determinaciones en el post proceso de fermentación ........................................................... 147. uí m. Determinaciones en el post proceso de destilación .............................................................. 153 Determinaciones en el post proceso de rectificación ............................................................ 160. Q. Determinaciones en el post proceso de deshidratación......................................................... 168. ría. Análisis fisicoquímico del alcohol etílico anhidro – Bioetanol............................................. 176. ie. ANEXOS ........................................................................................................................... 181. Bi b. lio te. ca. de. In g. en. Registro Fotográfico ........................................................................................................... 186. x Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(13) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ÍNDICE DE TABLAS. ica. Pág.. uí m. Tabla 1. Composición de la yuca dulce................................................................................... 7 Tabla 2. Producción promedio de yuca dulce.......................................................................... 7. Q. Tabla 3. Contenido de almidón en productos agrícolas ......................................................... 11. ría. Tabla 4. Forma, composición y propiedades de distintos gránulos de almidón ...................... 15 Tabla 5. Temperatura máxima, mínima y óptima para la esporulación de levaduras.............. 28. ie. Tabla 6. Propiedades fisicoquímicas del etanol anhidro y etanol hidratado ........................... 39. en. Tabla 7. Especificaciones del alcohol etílico anhidro combustible – AEAC .......................... 40. In g. Tabla 8. Muestra las exportaciones e importaciones de alcohol en el año 2015 ..................... 44 Tabla 9. Muestra las importaciones de alcohol en el año 2015 .............................................. 45. de. Tabla 10. Valores de  según el número de variables ........................................................... 51. ca. Tabla 11. Valores axiales para las dos variables independientes del proceso de hidrolisis ..... 51. lio te. Tabla 12. Valores codificados de respuesta del rendimiento porcentual de glucosa (Y) en el proceso de hidrolisis ............................................................................................................. 52 Tabla 13. Análisis de varianza (ANOVA) para la respuesta Yi ............................................. 53. Bi b. Tabla 14. Composición fisicoquímica en base húmeda de la yuca dulce ............................... 65 Tabla 15. Rendimiento porcentual de almidón a partir de yuca dulce .................................... 65 Tabla 16. Rendimiento porcentual de la humedad del almidón de yuca dulce ....................... 66. xi Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(14) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ica. Tabla 17. Valores codificados y reales para la respuesta del rendimiento de glucosa (Y) en proceso de hidrolisis.............................................................................................................. 67 Tabla 18. Coeficientes de regresión para el rendimiento porcentual de glucosa..................... 68. uí m. Tabla 19. Valores de rendimiento experimentales previstos por el modelo y desvíos para el DCCR ................................................................................................................................... 70. Q. Tabla 20. Varianza (ANOVA) para la respuesta de rendimiento porcentual de glucosa, utilizando el software Statistica 8.0 ....................................................................................... 72. ría. Tabla 21. Análisis de varianza (ANOVA) para la respuesta de rendimiento porcentual de glucosa.................................................................................................................................. 73. ie. Tabla 22. Análisis de varianza de dos factores con una sola muestra por grupo. ................... 73. en. Tabla 23. Varianza para los rendimientos experimentales y previstos .. ................................ 74. In g. Tabla 24. Análisis de varianza para los tratamientos y bloques del rendimiento experimental y el previsto. ............................................................................................................................ 74. de. Tabla 25. Valores de rendimiento de glucosa experimental y previsto por el modelo con condiciones optimizadas. ...................................................................................................... 80. ca. Tabla 26. Característica fisicoquímica del jarabe de glucosa obtenido en el proceso de hidrolisis para la obtención de alcohol. ................................................................................................. 81. lio te. Tabla 27. Característica fisicoquímica de las bebidas fermentadas con Saccharomyces cerevisiae. ............................................................................................................................. 85 Tabla 28. Característica fisicoquímica del alcohol en el destilado y en la rectificación ......... 86. Bi b. Tabla 29. Característica fisicoquímica del alcohol anhidro. .................................................. 88 Tabla 30. Factor por la curva de calibración de la glucosa anhidra Stándart. ....................... 133 Tabla 31. Valores de dextrosa equivalente en el proceso de hidrolisis obtenidos por el método de Folin-Wu. ....................................................................................................................... 134 xii. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(15) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Tabla 32. Rendimiento porcentual de glucosa por el método espectrofotómetro Wiener ..... 136. ica. Tabla 33. Determinación de azúcares reductores en el proceso de hidrolisis. ...................... 138. uí m. Tabla 34. Sólidos solubles con respecto al tiempo en el proceso fermentativo. ................... 139. Tabla 35. Datos para determinar mediante gráfica el orden de la reacción en el proceso de fermentación. ...................................................................................................................... 141. Q. Tabla 36. Datos para gráfica de una reaccion de orden cero. ............................................... 143. ría. Tabla 37. Datos para gráfica de una reacción de primer orden.. .......................................... 144. ie. Tabla 38. Datos para gráfica de una reacción de segundo orden.. ........................................ 145. en. Tabla 39. Relación entre las densidades de soluciones acuosas orgánicas (g/ml) y el % de alcohol en volumen a diversas temperaturas ........................................................................ 182. In g. Tabla 40. Relación entre las densidades del etanol puro (g/cm3) a diversas temperaturas .... 183 Tabla 41. Propiedades generales de algunos gránulos de almidón y sus pastas .................... 184. Bi b. lio te. ca. de. Tabla 42. Tablas de corrección del grado de pureza de alcohol respecto a la temperatura ... 185. xiii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(16) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ÍNDICE DE FIGURAS. ica. Pág.. uí m. Figura 1. Estructura de molécula de amilosa. ....................................................................... 13 Figura 2. Estructura de molécula de amilopectina................................................................. 13. Q. Figura 3. Transformación de ácido pirúvico en el proceso glucolítico................................... 24. ría. Figura 4. Reacciones enzimáticas de la fermentación alcohólica .......................................... 25 Figura 5. Glucolisis y fermentación alcohólica ..................................................................... 26. ie. Figura 6. Mecanismo de reacción en el proceso de fermentación alcohólica. ........................ 26. en. Figura 7. Equipo de Destilación Simple ............................................................................... 31. In g. Figura 8. Equipo de Destilación Simple a presión atmosférica.............................................. 31 Figura 9. Equipo de Destilación al vacío .............................................................................. 32. de. Figura 10. Equipo de Destilación Simple a presión reducida. ............................................... 33. ca. Figura 11. Equipo de Destilación por arrastre de vapor ........................................................ 34 Figura 12. Equipo de Destilación en horno de bolas. ............................................................ 35. lio te. Figura 13. Esquema experimental para evaluar el efecto de concentración de HCl y tiempo de hidrólisis en el rendimiento de glucosa para la producción de bioetanol ................................ 50. Bi b. Figura 14. Diagrama de bloques para la obtención de almidón ............................................. 55 Figura 15. Diagrama de bloques para la obtención de glucosa. ............................................. 57 Figura 16. Diagrama de bloques para la obtención de bioetanol............................................ 59. xiv Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(17) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ica. Figura 17. Linealidad de los valores experimentales con los previstos para el rendimiento porcentual de glucosa. ........................................................................................................... 71 Figura 18. Diagrama de Pareto para el rendimiento porcentual de glucosa............................ 75. uí m. Figura 19. Superficie de respuesta y gráfica de contorno para el rendimiento porcentual de glucosa en función a la concentración de HCl y tiempo de reacción. ..................................... 77. Q. Figura 20. Superficie de respuesta y gráfica de contorno del valor deseable para el rendimiento porcentual de glucosa en función a la concentración de HCl y tiempo de reacción................. 79. ría. Figura 21. La glucosa como componente principal de los azúcares ....................................... 82. ie. Figura 22. Los sólidos solubles como componente de los azúcares reductores ...................... 82. en. Figura 23. (%) DE cómo el contenido de los azúcares reductores. ........................................ 83 Figura 24. Comparación de Glucosa, Sólidos solubles, (%)DE y Azúcares reductores .......... 83. In g. Figura 25. Disminución de sólidos solubles en el tiempo durante el proceso fermentativo .... 84. de. Figura 26. Esquema de balance de materia del almidón de la yuca. .................................... 132 Figura 27. Curva de calibración para azúcares reductores. .................................................. 133. ca. Figura 28. Grafico para determinar el orden de la reacción. .............................................. 141. lio te. Figura 29. Grafico para una reacción de orden cero. ........................................................... 144 Figura 30. Grafico para una reacción de primer orden. ....................................................... 145. Bi b. Figura 31. Grafico para una reacción de segundo orden...................................................... 146 Figura 32. Procesos para la obtención de bioetanol ............................................................ 180. xv Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(18) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. CAPÍTULO 1. ica. INTRODUCCIÓN. uí m. El bioetanol o alcohol etílico puede ser producido a partir de materias primas sacáridos como la caña de azúcar, o de materias amiláceas como raíz y la yuca, prestándose para hacer utilizado en motores de ciclo Otto (encendido por chispa), puro (como bioetanol hidratado). Q. o en mezcla como bioetanol anhidro con gasolina, conocidas como gasohol (CEPAL 2006).. ría. El bioetanol es un biocombustible de origen vegetal se produce a partir de la fermentación de materia orgánica rica en azúcar (caña, remolacha o vino), así como de la transformación en azúcar del almidón presente en los cereales. También se puede utilizar como fuente de. ie. glucosa se utilizan materiales muy diversos. Grano de maíz, celulosa de la madera, sorgo,. en. patatas, trigo e incluso residuos vegetales ricos en fibras son los materiales más comúnmente empleados. Se utiliza en motores de explosión como aditivo o sustitutivo de la gasolina. El. In g. bioetanol es el biocombustible con mayor producción mundial, del que se elaboraron más de 40.000 millones de litros durante el año 2004 en todo el mundo. (Gracia 2011).. de. De los biocombustibles, el más importante es el alcohol carburante (etanol), el cual puede ser utilizado como oxigenante de la gasolina, elevando su contenido en oxígeno, lo que permite una mayor combustión de la misma, disminuyendo las emisiones contaminantes de. ca. hidrocarburos no oxidados completamente (Sánchez y Cardona, 2005).. lio te. El bioetanol se usa en mezclas con la gasolina en concentraciones del 5 o el 10%, que no requieren modificaciones en los motores actuales. Otra alternativa para el uso del bioetanol como combustible es transformarlo para su utilización como aditivo de la gasolina, en lugar. Bi b. de como su sustituto. Para ajustar el octanaje y reducir las emisiones contaminantes se añaden aditivos oxigenantes tales como el metanol, etanol, tercbutil alcohol (TBA) o el metil-tercbutil éter (MTBE). En los últimos años el etil-tercbutil éter (ETBE) se está imponiendo sobre los otros aditivos por ser sus emisiones de hidrocarburos menos tóxicas (Gracia 2011). 1. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(19) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. La producción de biocombustibles líquidos (bioetanol, biodiesel) pueden evitar en comparación con el empleo de combustibles fósiles, la emisión de 0.2-2.0 toneladas de. ica. carbono a la atmósfera a partir de una hectárea de cultivos ricos en energía (Cannell, 2003).. uí m. En el año 2003 se promulgo en el Perú la Ley N° 28054 “Promoción del Mercado de Biocombustibles”, cuyo objeto fue establecer el marco general para promover el desarrollo de los biocombustibles. El objeto del dispositivo legal es diversificar el mercado de. Q. combustibles, fomentar el desarrollo agropecuario y agroindustrial, disminuir la contaminación ambiental y ofrecer un mercado alternativo en la lucha contra las drogas. ría. (CEPAL 2006).. Perú productor de una gran variedad de yuca tiene las condiciones climáticas favorables para. ie. su cultivo, pudiendo ser aprovechado para producir bioetanol. La producción de bioetanol. en. en el Perú es un proyecto con un futuro promisorio y que contribuirá al bienestar y desarrollo del país (Collazos, 1993), por ello esta investigación se inclina al aprovechamiento del. In g. recurso agrícola, almidón de yuca dulce (Manihot esculenta), por presentar mayor cantidad de carbohidratos y valor calórico en comparación con otras variedades de yuca comercializadas en la ciudad de Trujillo del departamento de La Libertad, sirviendo como. de. fuente energética para la producción de bioetanol y el aprovechamiento de los productos intermedios del bioproceso, además esta variedad yuca es pobre en proteínas y grasas y tiene un bajo contenido en vitaminas y minerales pero cuando se compara su valor. ca. nutricional con el de otros alimentos básicos del mundo, se observa que la yuca es una buena fuente de energía pero tiene una densidad de nutrientes esenciales y proteínas muy baja, del. lio te. cual evita competir con el mercado interno de abasto alimenticio nutricional (Bernáce 2017).. Al evaluar las concentraciones de HCl y tiempos de reacción del proceso de hidrólisis, se. Bi b. busca la combinación de estas variables que originen la mayor conversión de glucosa, sirviendo como nuevo sustrato para la obtención de bioetanol. La producción de bioetanol a partir del almidón de yuca dulce en nuestra investigación se fundamenta en que el almidón de yuca, que es un polisacárido, al ser este hidrolizado (hidrolisis química) rompe los enlaces glucosídicos y se obtiene azucares reductores en el 2. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(20) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. que destaca la glucosa que al ser fermentada se obtiene bioetanol. Lo que hace este proceso tan importante es que el tiempo de hidrolisis química es menor al tiempo de hidrolisis. ica. enzimática eso en consecuencia genera ahorro de tiempo, costos y recursos energéticos.. uí m. Este proyecto de investigación se ha planteado el siguiente problema: ¿Cuál será el efecto. de la concentración de HCl y el tiempo de hidrólisis que originen la mayor conversión de glucosa para la obtención del mayor rendimiento de bioetanol a partir de Yuca dulce. Q. (Manihot esculenta)?. . ría. Para este proyecto de investigación se plantearon los siguientes objetivos:. Evaluar el efecto de la concentración de HCl y el tiempo de reacción del proceso de hidrolisis. ie. en el rendimiento de glucosa para obtener la mayor producción de bioetanol a partir de. Determinar por la metodología Superficie de Respuesta la combinación de la concentración. In g. . en. almidón de Yuca dulce (Manihot esculenta).. de HCl y el tiempo de reacción del proceso de hidrólisis óptimos que permitan obtener el mayor rendimiento de glucosa para la mayor producción de bioetanol a partir de almidón de. Bi b. lio te. ca. de. Yuca dulce (Manihot esculenta).. 3 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(21) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.1. La yuca dulce (Manihot esculenta) una alternativa diferente para obtener etanol. ica. 1.1.1 Origen. Si queremos remontarnos a su origen, debemos retroceder en el tiempo, unos 8,000 años. uí m. antes de nuestra era y trasladarnos físicamente donde ahora se encuentra Ayacucho, la. ciudad de las iglesias. Pues ahí se encuentran las primeras muestras de este tubérculo. Su segunda presencia se halla en Huarmey, en la región de Ancash.. Q. Son diversas las culturas que en nuestro país asimilaron a la yuca como el alimento predominante en su dieta. Motivo por el cual es justificable su presencia en culturas. ría. alejadas geográficamente y de distintas costumbres como la cultura Nazca en la costa del Perú, la civilización Moche ubicada al sur de la capital: Las que representaron en múltiples productos de su cerámica y textilería a este ancestral tubérculo. el. antropólogo. D.. Lathrap. encontró. ie. Igualmente,. en. el Obelisco. de. en. Chavín representaciones de las raíces de la yuca talladas en piedra. Asimismo, de la cultura Paracas se han descubierto restos de yuca en mates o platos al interior de los. In g. fardos funerarios. Y existen también motivos naturalistas de esta planta bordados y pintados en los famosos mantos paracas (Mercedes, 2012).. de. 1.1.2 Historia. El nombre cientifico de la yuca fue dado originalmente por Crantz en 1766. Posteriormente, fue reclasificada por Pohl en 1827 y Pax en 1910 en dos especies. ca. diferentes: yuca amarga Manihot utilissima y yuca dulce M. aipi. Sin embargo, Ciferri(1938) reconoció prioridad al trabajo de Crantz en el que se propone el nombre. lio te. utilizado actualmente. La yuca fue desarrollada por los indígenas sudamericanos y se ha convertido en un alimento de enorme importancia en todo el mundo, que supone la base de la dieta de más. Bi b. de mil millones de personas en más de 100 países, donde esta raíz es la fuente de hasta un tercio de las calorías diarias. Sólo en África, la yuca es el alimento básico de casi el 80% de la población (Mercedes, 2012).. 4 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(22) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.1.3 Cultivo Aunque los principales lugares de cultivo de esta especie se encuentran en nuestra. ica. Amazonía -de esto dan testimonio tierras de las regiones de San Martín, Ucayali y Amazonas-, este tubérculo se cosecha también en nuestra serranía, en regiones como. uí m. Cajamarca, Cuzco y Huánuco. Ojo, se cultiva, aunque en menor cantidad, también en la costa peruana, siendo las regiones de Lambayeque y Lima donde esta se siembra. Sólo. en África, la yuca es el alimento básico de casi el 80% de la población. Se cultivan en. Q. suelos inundables (restinga) y suelos no inundables (terraza alta). Las raíces presentar una regular conformación. Se cosecha a los 8 y 12 meses de edad. Sufre un escaso ataque. ría. de insectos y enfermedades. La yuca no se instaló únicamente en el Perú, pues esta planta, además de crecer en todos los países amazónicos, se cultiva también en otras partes del mundo. Se sabe que los aguarunas que habitan en nuestra amazonía conocen. ie. más de 200 variedades de esta planta. No obstante, científicamente se conocen tan solo. en. unas 50 especies de este tubérculo (Avalos, 2017). 1.1.4 Clasificación. In g. Hay actualmente más de 5,000 variedades de yuca y cada una tiene características peculiares. Sus flores (masculinas y femeninas) y la polinización cruzada es frecuente. El fruto es dehiscente y las semillas pequeñas y ovaladas. La yuca es miembro de la. de. familia de las liláceas (euphorbiaceas) y del género de la Manhiot esculenta. Es un arbusto perenne que alcanza una altura entre los 90 y 150 centímetros, tiene grandes. ca. hojas palmeadas y sus raíces son comestibles (las hojas se pueden usar como forraje). Las flores nacen en el extremo del tallo y su color varía de la púrpura al amarillo. La. lio te. planta es "monoica", lo que significa que, en ella misma, crecen separadas flores masculinas y femeninas; las femeninas maduran más pronto y el cruce con otras plantas. Bi b. ocurre mediante la polinización con insectos.. 5 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(23) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Clasificación Taxonómica de la yuca variedad yuca dulce.. Plantae. División:. Magnoliophyta. Clase:. Magnoliopsida. Orden:. Euphorbiales. Familia:. Euphorbiaceae. Familia:. Euphorbiaceae. Género:. Manihot. Especie. M. Esculenta Crantz. en. ie. ría. Q. uí m. ica. Reino:. La yuca también se clasifica como "dulce" y "amarga", por el contenido de glucosato. In g. cianogénico (promotor de la formación de ácido cianhídrico) en las raíces. En las variedades de yuca amarga el ácido cianhídrico, veneno muy potente que interfiere la conducción de oxígeno a las células del organismo de quien las ingiere, se encuentra. de. bajo la cascara del tubérculo, en una capa de látex de aspecto viscoso, blanco azulado y con olor característico. Las variedades dulces registran muy baja o ninguna presencia del. ca. principio tóxico (ALNICOLZA 2017). 1.1.5 Composición Química Las raíces de yuca tienen un alto contenido de almidón (40% de hidratos de carbono),. lio te. que las convierte en buena fuente de energía. También tiene un contenido relativamente alto de vitamina C, pero el de proteína y vitamina A es muy bajo. Para obtener una dieta balanceada con alto consumo de yuca, éste se debe complementar con otras fuentes. Bi b. vegetales o animales de proteína. En la nutrición animal, la yuca se complementa con tortas de semillas oleaginosas o se mezcla directamente con esas semillas, especialmente de soya. Esta mezcla, en opinión de algunos especialistas en nutrición animal, presenta cierta sinergía muy favorable en el desarrollo de algunas especies (ALNICOLZA 2017).. 6 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(24) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Tabla 1. Composición de la yuca dulce (Base húmeda) YUCA FRESCA SIN CASCARA. HARINA DE YUCA. Energía (kcal) Agua (g) Proteínas (g) Carbohidratos totales (g) Fibras (g) Cenizas (g) Fosforo (mg) Calcio (mg). 11 65,8 0,7 31,8 3,5 1,3 52,0 25,0. 33,3 17,1 0,3 82,2 0,1 0,4 110 155. Hierro (mg). 0,19. ría. Q. uí m. ica. ELEMENTOS BASICOS. 1,31. Fuente. Tablas Peruanas de Composición de Alimentos, Ministerio de Salud, Instituto. en. ie. Nacional de Salud, Centro Nacional de Alimentación y Nutrición. 1.1.6 Evaluación de la Variedad  N° de raíces tuberosas/ mata promedio: 3,5. In g.  Peso de la mata en promedio: 0,9 kg..  Longitud de la raíz tuberosa en promedio: 28,0 cm. de.  Diámetro de la raíz tuberosa: 6,0 cm (Inga H. y López J., 2001).. 1.1.7 Producción. ca. Raíces frescas: 11313 kg h𝑎 −1. Bi b. lio te. Tabla 2. Producción promedio de yuca dulce PRODUCTO. Kg h. Índice de conversión (%). Almidón. 1516. 13,4. Harina. 1744. 15,4. Fuente. Inga y López (2001).. 7 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(25) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.1.8 Comercialización de la yuca Si se considerara el cultivo de la yuca como un producto estratégico y base para el. ica. desarrollo de numerosas industrias y se le diera el tratamiento correspondiente en cuanto a inversiones, esta raíz seguramente podría favorecer el desarrollo del sector. uí m. agroalimentario e industrial de los países en desarrollo contribuyendo a la generación de riqueza y de empleo rural y urbano. Sin embargo, para hacer viable su consolidación se. deben desarrollar sistemas de producción rentables y sostenibles por lo cual, es cada vez. Q. más urgente la adaptación, desagregación o generación de tecnologías que, una vez incorporadas, fortalezcan la cadena productiva y sus derivados industriales.. ría. El principal competidor de la yuca es el maíz que tiene consolidada una posición de liderazgo en los mercados agrícolas e industriales especialmente porque los Estados. ie. Unidos de América, primer productor a nivel mundial, poseen un grado avanzado de tecnificación, estandarización de procesos, altos rendimientos del cultivo con uso de. en. ingeniería genética que permiten grandes volúmenes de abastecimiento con calidad estándar y estabilización de precios. Grandes cantidades de maíz con destino al mercado. In g. de concentrados para animales y la industria alimenticia son comercializadas a nivel mundial.. de. En la mayor parte de las regiones productoras de yuca se ha explotado la posibilidad de utilizar este cultivo como insumo en los procesos manufactureros y solamente países como Brasil, Indonesia y Tailandia han promovido el desarrollo de la industria de la yuca. ca. y sus derivados para satisfacer las necesidades internas y de exportación; cuentan con ventajas comparativas identificadas con grandes extensiones de tierra, mano de obra a. lio te. bajo costo, reducción de costos de transporte y un manejo eficiente de la comercialización de sus productos con precios competitivos (Mercedes, 2012).. Bi b. 1.1.9 Comercio internacional de la yuca El continente asiático absorbe el 94 por ciento del total mundial de las exportaciones de yuca seca, seguida por Europa y América con una mínima proporción. Con excepción de Asia, que tuvo un comportamiento comercial negativo, todos los continentes han logrado un comportamiento positivo, pero con una tasa de crecimiento mínima para el 8. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(26) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. período 1990-2001 que no sobrepasa en ningún caso el uno por ciento. Tailandia, en particular, que es el principal exportador, creció durante los últimos cinco años a una. ica. tasa del 1,5 por ciento anual.. En el decenio de 1990 el comercio mundial de productos de yuca, excluido el comercio. uí m. con los países de la Unión Europea, ha oscilado entre 10 y 19 millones de toneladas equivalente a raíces de yuca fresca. El comercio de la yuca es relativamente limitado debido al volumen y al carácter perecedero de las raíces, por ello se reduce prácticamente. Q. al intercambio entre países limítrofes. No obstante, Costa Rica es el líder de las exportaciones de raíces frescas de yuca a Estados Unidos de América y Europa, la que. ría. es consumida principalmente por grupos étnicos radicados en esos países (Mercedes,. 1.1.10 Importancia de la yuca en el Perú. ie. 2012).. en. En el Perú, el consumo de yuca es tradicional en varias de sus regiones. Se elaboran con ella distintos productos, desde bebidas alcohólicas como el macerado de yuca más. In g. conocido como masato, pasando por los dulces de yuca, hasta los potajes típicos como la yuca rellena, majado de yuca, o la yuca frita que complementa diversos platos. (Avalos, 2017).. Este producto se transa en cuatro mercados según los usos principales del mismo: como. de. raíz fresca y procesada para consumo humano, como insumo en la industria alimenticia, como materia prima en la industria productora de alimentos balanceados para animales. ca. y como producto intermedio en la industria no alimenticia. El producto industrial más importante elaborado con base en yuca es el almidón, que se usa en las industrias. lio te. alimenticia y textil y en la fabricación de papeles y adhesivos, aunque también tiene potencial en la producción de dextrosa y múltiples derivados, sin contar con su potencial para producir alcohol, como se ha hecho en Brasil para sustituir petróleo. Tiene un uso agroindustrial muy importante ya que contiene un alto grado de carbohidratos.. Bi b. En las comidas, se puede utilizar para exquisitos piqueos acompañados con salsas, como huancaina, queso, guacatay, tártara o golf. También como acompañamientos de diversos platos salados (Laque, 2012). 9 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(27) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.1.11 Importancia de la yuca en el mundo El consumo mundial per cápita de yuca en 2001 fue 29 kg/año y la tasa de crecimiento. ica. en el período 1997-2001 fue de 1,7 por ciento. Al igual que todas las raíces y tubérculos la yuca es considerada como un bien inferior; es decir, su nivel de consumo disminuye. uí m. al aumentar el ingreso del consumidor. Las características nutricionales de la raíz y sus precios relativos, así como las condiciones agroecológicas, climáticas y tecnológicas requeridas para su cultivo hacen de la yuca un producto popular entre pequeños. Q. agricultores de bajos ingresos en América Latina, el sudeste de Asia y África. La yuca es una de las fuentes más ricas de almidón del cual sus raíces contienen más de 30 por. ría. ciento. A nivel mundial la utilización del almidón se destina a fines industriales como papel, cartón, dextrinas, colas, textiles, resinas, maderas compuestas, productos farmacéuticos, edulcorantes, alcohol, entre otros. Estos productos, aunque representan. ie. un bajo porcentaje del uso de la producción mundial de yuca, son los que tienen mayor. en. valor agregado en el mercado. La harina, almidón y otros productos para alimentación humana de gran valor agregado como trozos deshidratados, copos, productos para. In g. refrigerios, mezclas para tortas, panadería, tallarines, helados son los que se intensificarán según el análisis de las nuevas tendencias (FIDA y FAO, 2000).. Hidrolisis del almidón. de. 1.2. 1.2.1. Origen del Almidón. El almidón es el carbohidrato que se puede obtener de forma más accesible ya que sus. ca. fuentes naturales son raíces y tubérculos además de los cereales. El procedimiento que lleva es de molienda, tamizado, separación del agua, sedimentación y secado como se. lio te. ve en este trabajo de investigación. La formación del almidón en las plantas comienza por el proceso de fotosíntesis de la siguiente manera: 𝐿𝑈𝑍 𝑆𝑂𝐿𝐴𝑅. 𝐶𝐻2 𝑂 + 𝑂2 + 112 𝐾𝑐𝑎𝑙. Bi b. 𝐶𝑂2 + 𝐻2 𝑂 →. 10 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(28) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 6 𝐶𝐻2 𝑂 (𝑃𝑂𝐿𝐼𝑀𝐸𝑅𝐼𝑍𝐴𝐶𝐼𝑂𝑁) → 𝐶6 𝐻12 𝑂6. ica. El formaldehido formado, se polimeriza a glucosa. uí m. El almidón en su forma química es una D – glucosa que como hemos visto en las. ecuaciones anteriores vemos como se forma el almidón en las plantas, las plantas sintetizan el almidón tomando dióxido de carbono del aire, agua y la luz solar como. Q. fuente de energía, produciendo glucosa (𝐶6 𝐻12 𝑂6 ) como intermediario. El almidón inicialmente acumulado en los cloroplastps de las hojas, se desintegra al estado de. ría. glucosa y en esta forma soluble es transportado a otras plantas, para formar otras sustancias o para almacenarse en los órganos.. El almidón se encuentra en las plantas como partículas definidas o gránulos. ie. compactos e intracelulares de 2 – 150 𝜇𝑚 de diámetro. Los gránulos de almidón se. en. sintetizan en los amiloplastos, están formados por capas concéntricas o excéntricas de distinto espesor y formas variables (en el caso de la yuca el almidón se encuentra. In g. en forma semiesférica). Estos gránulos están constituidos en su mayor parte por un polímero ramificado denominado amilopectina (porción externa del granulo) y por. de. un polímero lineal llamado amilosa (porción interna del granulo) (Anónimo, 2000).. Tabla 3. Contenido de almidón en productos agrícolas % EN PESO DE ALMIDON. ca. CLASE DE PLANTA. Bi b. lio te. Papa Maíz Trigo Arroz Cebada Centeno Avena Frijol Yuca Fuente: Yuca en la producción de etanol. 8 – 29 12 –59 55 – 78 50 – 89 38 – 42 54 – 69 30 – 40 38 38 – 80. 11 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(29) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.2.2. Almidón de yuca El almidón como uno de los principales componentes de la yuca y de otras raíces y. ica. tubérculos, se encuentra almacenado en gránulos. Pertenece al grupo de los hidratos de carbono macromoleculares o polisacáridos (Morales, Y. y Sánchez, I. 2004).. uí m. El almidón de yuca puede clasificarse como agrio y nativo (dulce). El almidón agrio. sufre un proceso de fermentación que le otorga propiedades deseables para los alimentos; el almidón nativo o dulce no es sometido a un proceso de fermentación, y es el que se. Q. usa generalmente en la industria.. El almidón es un polímero natural cuyos gránulos consisten en estructuras. ría. macromoleculares ordenadas en capas y cuyas características en cuanto a composición, cantidad y forma varían de acuerdo con el tipo de fuente de la que provenga. Los gránulos de almidón están compuestos por capas externas de amilopectina y capas. ie. internas de amilosa, cuya proporción es variable dependiendo de la fuente del almidón.. en. Su composición química es la de un polisacárido formado únicamente por unidades glucosídicas, es decir, es una macromolécula formada por gran cantidad de moléculas. In g. de glucosa que se repiten. En el caso del almidón de yuca, su tamaño puede variar de 5 μm a 35 μm, su forma es entre redonda y achatada y su contenido de amilosa es alrededor. de. del 17% (Corrales et al., 2008).. a) Estructura química. Puede representarse por la fórmula química (𝐶6 𝐻10 𝑂5 )𝑛 Su composición química. ca. consta básicamente de dos carbohidratos de estructura diferente, que son los que le dan. lio te. las propiedades funcionales al almidón.  Amilosa Es un polímero que consiste en una cadena larga lineal y flexible que contiene. Bi b. 200- 5000 unidades unidades de D-glucosa por moléculas, unidas mediante enlaces α-(1,4) glucosídicos. Los almidones contienen entre un 20 – 25% de amilosa (Morales y Sánchez, 2004).. 12 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(30) uí m. ica. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Q. Figura 1. Estructura de molécula de amilosa (Corrales et al., 2008).. ría.  Amilopectina. Es una cadena larga, altamente ramificada formada por unidades de D-glucosa cuyas cadenas lineales poseen enlaces α-(1,4) glucosídicos, cada ramificación se. ie. une a la cadena lineal por enlaces α-(1,6) glucosídicos. Dichos puntos de La. en. ramificación existen a intervalos de 20 a 30 unidades de D-glucosa.. lio te. ca. de. In g. amilopectina constituye del 80 a 75% del almidón (Morales y Sánchez, 2004).. Bi b. Figura 2. Estructura de molécula de amilopectina (Corrales et al., 2008).. 13 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(31) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. b) Partes del granulo del almidón. ica. En el granulo de almidón podemos distinguir tres partes:  La primera es una envoltura de amilopectina y α – amilosa o un almidón menos. soluble y que contiene un ester fosfórico, el cual es un ester amilo- fosfórico. Es. uí m. difícilmente atacada por enzimas, necesitándose para ello un calentamiento. Con. dicho calentamiento forma una pasta y con una solución alcohólica de yodo –. Q. yoduro da una coloración violeta..  La segunda es una sustancia inerte formada por β – almidón. Esta parte es más. ría. soluble que la anterior y no forma una pasta, ni da color con el yodo – yoduro.. granulo, la hemicelulosa. ie.  La tercera parte es hallada solo en cereales, pero no como constituyente del. en. Aproximadamente el 70% de la masa de un grano de almidón se considera amorfo y el 30% cristalino. En las regiones amorfas se localiza la mayor parte de la amilopectina y. In g. las zonas cristalinas están formadas predominantemente por amilosa. El desdoblamiento hidrolítico de los polímeros que contienen el almidón produce, mediante fijación de agua, el monosacárido Glucosa. Esta reacción es catalizada por. de. ácidos o enzimas y es ampliamente utilizada en la industria para la obtención de. Bi b. lio te. ca. almidones modificados para aplicaciones en alimentos (Anaya, 2004).. 14 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(32) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Tabla 4. Forma, composición y propiedades de distintos gránulos de almidón. Diámetro (µm). Cristalinidad Temperatura de (%) Gelatinización (°C). l, p l l p P. 2-38 12-40 2-5 5-25 3-8. uí m. Cereales Trigo Centeno Cebada Maíz Arroz. Proporción de amilosa. ica. Fuente Formaa. 53-65 57-70 56-62 62-70 61-78. 36. 23 17. c) Propiedades del almidón. en. ie. ría. Q. 20-25 38 Raíces y Tubérculos Papa e 15-100 25 58-66 Yuca Semi-e 5-35 38 52-64 al=Forma de lenteja; p= Forma de poliedro; e= Esférico Fuente. Anaya (2004). 26-31 28 22-29 28 14-32. In g. Existen varias propiedades que posee el almidón y que determinan la forma en que debe tratarse, según el uso para el que se le requiera.. de.  Gelatinización. Se define como la pérdida de la semicristalinidad de los gránulos de almidón en presencia de calor y altas cantidades de agua, con muy poca o ninguna ocurrencia. ca. de despolimerización. La gelatinización ocurre en un rango estrecho de temperaturas que varía dependiendo de la fuente del almidón. El almidón de yuca. lio te. gelatiniza en agua a temperaturas entre los 60 °C y 67 °C, lo que consiste en un hinchamiento de las moléculas de almidón debido a que el agua penetra en su. Bi b. estructura molecular (Corrales et al., 2008)..  Retrogradación Posterior a la gelatinización, en el momento en que deja de introducirse calor y comienza la etapa de enfriamiento, la viscosidad crece de nuevo y se presenta el fenómeno denominado retrogradación. Se define como un incremento 15. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(33) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. espontáneo del estado del orden, es decir, una reorganización de los puentes de hidrógeno y reorientación de las cadenas moleculares. Paralelamente se genera. ica. un decrecimiento de la solubilidad en el agua fría y un incremento de la turbiedad. uí m. (Corrales et al., 2008).  Transición vítrea. La transición vítrea de un material polimérico se refiere al cambio inducido por. Q. el calor sobre las características de un polímero, el cual con el incremento de la temperatura pasa de sólido frágil y quebradizo a flexible. La temperatura a la cual. ría. ocurre este fenómeno se conoce como temperatura de transición vítrea (Corrales et al., 2008).. ie.  Desestructuración. en. Consiste en la transformación de los gránulos de almidón cristalino en una matriz homogénea de polímero amorfo, acompañada por un rompimiento de los puentes. In g. de hidrógeno entre las moléculas de almidón, de un lado, y la despolimerización parcial de las moléculas, del otro. Los factores químicos y físicos involucrados son temperatura, esfuerzo cortante, tasa de esfuerzo, tiempo de residencia,. 1.2.3. Hidrolisis. de. contenido de agua y cantidad de energía aplicada (Corrales et al., 2008).. ca. El término hidrólisis se aplica a las reacciones químicas orgánicas o inorgánicas donde el agua efectúa una doble descomposición con otro compuesto, el hidrógeno va a un. lio te. componente y el hidroxilo a otro: 𝑋𝑌 + 𝐻2 𝑂. 𝐻𝑌 + 𝑋𝑂𝐻. La primera hidrólisis artificial de un almidón, convirtiéndolo en un monosacárido, fue. Bi b. efectuada por el químico ruso Kirchoff en 1811. Esta hidrólisis ácida se empezó a aplicar comercialmente en 1842.. La destrucción controlada de las cadenas poliméricas o hidrólisis del almidón, a través de soluciones ácidas o catalizadas por enzimas, dan lugar a la formación progresiva de. 16 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(34) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. moléculas de maltosa, glucosa, dextrinas y otros azúcares. La hidrólisis del almidón. [𝐶6 𝐻10 𝑂5 ]𝑛 + 𝑛𝐻2 𝑂. uí m. 𝑛(𝐶6 𝐻12 𝑂6 ). ica. puede resumirse por la siguiente reacción:. En realidad, la reacción es un poco más compleja debido a que al aumentar la concentración de glucosa se produce una serie de reacciones laterales dependiendo del. Q. tipo de catalizador. Puede decirse que al utilizar enzimas las reacciones laterales desaparecen, mientras que, si se usa ácido como catalizador, tales reacciones se. ría. incrementan (Morales y Sánchez, 2004).. a) Hidrólisis ácida. ie. La acción del ácido es romper enlaces glucosídicos e introducir los elementos del agua. en. en los puntos de ruptura. La hidrólisis se logra cuando los gránulos son expuestos a la acción de ácidos minerales muy diluidos y luego a calentamiento de la mezcla,. In g. retornando la molécula de almidón a su forma original, es decir, a monómeros principales de D-glucosa. El ácido se neutraliza y se recupera del producto tras lavado y desecación. El rendimiento de la reacción ácida, es función de la concentración del. de. ácido, de la concentración del almidón y de la temperatura. Este sistema es aplicable cuando se desea conseguir productos en un rango de DE de 2058. Aquí la hidrólisis puede efectuarse de forma continua o discontinua, se utilizan. ca. convertidores continuos porque son más eficientes, permiten mejor control de DE, minimizan la formación de color en los productos de conversión y se reduce. lio te. enormemente el tiempo de operación. Los ácidos más comúnmente usados son en su orden el Clorhídrico y el Sulfúrico. La reacción de hidrólisis del almidón es endotérmica y de primer orden. Se debe controlar la temperatura para evitar la formación de. Bi b. sustancias indeseables por reacciones laterales (Morales y Sánchez, 2004). La reacción general es: 2(C6 H10 O5 ) + 2H2 O. H+. 2C6 H12 O6. 17 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.