UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL Extensión Santo Domingo
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERIA
CARRERA DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL Y SISTEMAS DE GESTION
Tesis de grado previo a la obtención del título de:
INGENIERA AGROINDUSTRIAL, MENCION EN ALIMENTOS
BEBIDA FERMENTADA A PARTIR DE ARROZ (ORYZA SATIVA) UTILIZANDO LEVADURA (ASPERGILLUS ORYZAE), UTE. SANTO DOMINGO. 2012
Estudiante: EVELIN GABRIELA AGUALSACA ALARCÓN
Director de Tesis: Dr. Javier Caisaguano
ii
BEBIDA FERMENTADA A PARTIR DE ARROZ (ORYZA SATIVA) UTILIZANDO LEVADURA (ASPERGILLUS ORYZAE), UTE. SANTO DOMINGO. 2012
Portada 1 Sustentación y Aprobación de los Integrantes del Tribunal
Dr. Javier Caisaguano
DIRECTOR DE TESIS ________________________________
APROBADO
Ing. Daniel Anzules
PRESIDENTE DEL TRIBUNAL ________________________________
Ing. Juan Crespin
MIEMBRO DEL TRIBUNAL ________________________________
Ing. Elizabeth Tacuri
MIEMBRO DEL TRIBUNAL ________________________________
iii
El contenido del presente trabajo, está bajo la responsabilidad del autor/a.
Portada 2
_________________________________
Evelin Gabriela Agualsaca Alarcón C.I. 172150003 - 9
Autor: EVELIN GABRIELA AGUALSACA ALARCON
Institución: UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL. Título de Tesis: BEBIDA FERMENTADA A PARTIR DE ARROZ
(ORYZA SATIVA) UTILIZANDO LEVADURA (ASPERGILLUS
ORYZAE), UTE. SANTO DOMINGO. 2012
iv
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA EQUINOCCIAL Extensión Santo Domingo
INFORME DEL DIRECTOR DE TESIS
Santo Domingo…....de………del 2013.
Ing. Daniel Anzules
COORDINADOR DE LA CARRERA DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL
Estimado Ingeniero
Cumplo en informar que el trabajo investigativo realizado por la señorita: EVELIN GABRIELA AGUALSACA ALARCON, cuyo tema es: “BEBIDA FERMENTADA A PARTIR DE ARROZ (ORYZA SATIVA) UTILIZANDO LEVADURA
(ASPERGILLUS ORYZAE), UTE. SANTO DOMINGO. 2012.”, ha sido elaborado
bajo mi supervisión y revisado en todas sus partes, por lo cual autorizo su respectiva presentación.
Particular que informo para fines pertinentes
Portada 3
Atentamente,
v
Dedicatoria
Este trabajo se lo dedico con todo mi amor y cariño a mi Dios que fue la persona quien me dio vida y por darme la fortaleza, sabiduría y la consistencia durante el camino ya recorrido, para llegar a cumplir con mi objetivo propuesto.
Con mi inmenso y profundo amor a mis padres: Lupercio Agualsaca y Lida Alarcón que fueron las personas quienes me dieron la vida y a quienes a lo largo de mi vida han velado por mi bienestar y educación, por ser los pilares de mi formación y por ese apoyo constante e incondicional. A ti madre querida que a pesar de los momentos difíciles siempre has estado apoyándome y dándome fuerzas para seguir adelante.
A mis queridas hermanas Valeria y Juliana que con su apoyo incondicional estuvieron siempre pendiente de mi las quiero mucho.
A mí querido esposo Rolando y a mi pequeña hija Camila que me dieron la fuerza para seguir adelante con esta meta trazadas los amo mucho.
Portada 4
vi
Agradecimiento
Agradezco primeramente a mi Dios quien estuvo siempre conmigo que me dio la salud, por bendecirme para poder llegar hasta donde he llegado alcanzando mi principal objetivo.
A toda mi familia que a lo largo de toda mi vida has estado apoyándome y motivándome en toda mi formación académica depositando su entera confianza en cada reto que se me presentaba siempre estuvieron pendiente de mí.
Valeria y Juliana les agradezco por estar conmigo apoyándome, dando ánimos las quiero mucho a mi prima Martha Tipan que estuvo dándome apoyo cuando la necesitaba. A mí cuñado Eduardo que ha estado siempre con nosotros muchas gracias.
A ti amor mío porque tú has estado conmigo en las buenas y malas siempre has estado pendiente de mi te amo mucho, a mi querida hija Camila aunque en su corta edad me ha regalado los momentos más lindos de mi vida y a mi sobrino Matías el cual nos ha llenado de paz y tranquilidad en nuestro hogar los amo mis pequeños.
A mis profesores y a mi director Dr. Javier Caisaguano a quienes les debo gran parte de mis conocimientos gracias por confiar en mí y tenerme la paciencia necesaria de enseñarme lo que hoy he aprendido y me ha servido para culminar este trabajo. Al Ing. Paul Gonzales y a la Ing. Elsa Burbano por su predisposición y ayuda en el laboratorio que me brinda en el desarrollo de la tesis.
A mis amigos y compañeros que estuvieron conmigo desde el comienzo de mi carrera universitaria: Liseth Vásquez, Liz Matute, Tania Tacuri, Carmen Rivas, Aníbal Calle, Yessenia Cajas, Jonathan Castro y todos aquellos que me conocieron y tuve la oportunidad de conocerlos muchas gracias por estar conmigo en todo este tiempo donde he vivido momentos felices los llevo en mi corazón y siempre los recordare. Portada 5
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ÍNDICE DE CONTENIDO
TEMA PAG.
Portada ... i
Sustentación y Aprobación de los Integrantes del Tribunal ... ii
Responsabilidad del Autor ... iii
Aprobacion del Director de Tesis ... iv
Dedicatoria ... v
Agradecimiento ... vi
Indice ... vii
Resumen Ejecutivo ... xiii
Executive Summary ... xv
6 CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN 1.1. Tema de Investigación ... 1
1.2. Problema de investigación ... 1
1.2.1. Planteamiento del problema ... 1
1.2.1.1.Diagnóstico ... 1
1.2.1.2.Pronóstico ... 2
1.2.1.3.Control del pronóstico ... 2
1.2.2. Formulación del problema ... 2
1.2.3. Sistematización del problema... 2
1.3. Objetivos ... 3
1.3.1. Objetivo General ... 3
1.3.2. Objetivos Específicos ... 3
1.4. Justificación de la investigación ... 3
1.4.1. Justificación Teórico ... 3
1.4.2. Justificación Práctica ... 4
1.4.3. Justificación Metodológica ... 4
1.4.4. Factibilidad ... 4
1.4.5. Limitante ... 5
viii
1.5.1. Formulación de hipótesis ... 5
1.5.2. Operacionalización de la Hipótesis ... 5
1.5.3. Variables ... 5
1.5.4. Indicadores ... 6
CAPÍTULO II MARCO DE REFERENCIA 2.1. La fermentación ... 7
2.1.1. Usos ... 7
2.1.2. Estudio de los alimentos fermentados ... 8
2.1.3. Clasificación de los alimentos fermentados ... 8
2.1.3.1.Alimentos fermentados por mohos ... 9
2.1.3.2.Alimentos fermentados por bacterias ... 9
2.1.3.3.Alimentos fermentados por mezcla de mohos y levaduras ... 10
2.1.3.4.Alimentos fermentados por cultivos mixtos ... 10
2.1.3.5.Bebidas alcohólicas fermentadas ... 11
2.2. Almidón ... 13
2.2.1. Degradación del almidón ... 13
2.2.2. Enzimas responsables de la hidrólisis enzimática ... 14
2.3. Enzimas más importantes (aspecto técnico) ... 14
2.4. El koji ... 15
2.4.1. Producción del koji (Cultivo iniciador) ... 16
2.4.2. Proceso de elaboración del Koji ... 16
2.4.2.1.Pulido del arroz ... 16
2.4.2.2.Lavado y Remojo ... 17
2.4.2.3.Cocción al vapor ... 17
2.4.2.4.Enfriamiento ... 18
2.4.2.5.Inoculación ... 18
2.4.2.6.Incubación ... 19
2.5. Bebidas alcohólicas ... 20
ix
2.6. El Sake ... 22
2.6.1. Producción de Sake ... 23
2.6.2. Microorganismos que actúan en la elaboración del Sake... 24
2.6.3. Proceso de elaboración del Sake ... 25
2.6.3.1.Estandarización ... 25
2.6.3.2.Formación de Moromi ... 25
2.6.3.3.Prensado ... 26
2.6.3.4.Filtración ... 27
2.6.3.5.Pasteurización y embotellamiento ... 27
2.6.4.Ácidos que producen cambios organolépticos en el Sake ... 27
2.6.4.1.Producción del ácido láctico en la elaboración del Sake ... 27
2.6.4.2.Producción del etanol ... 28
2.6.4.3.Producción de útilleucinato y de fenil etanol ... 28
2.6.5. Variedades de sake ... 29
2.6.6. Uso terapéutico del sake ... 30
2.7. Destilación ... 30
2.7.1. Finalidad de la destilación ... 30
2.7.2. Destilación Fraccionada ... 30
2.7.2.1.Características de la destilación fraccionada ... 32
2.8. Fermentación Alcohólica ... 32
2.9. Balance de Materia ... 34
2.9.1. Ecuación general del balance de materia: ... 34
2.9.2. Operaciones Unitarias en la Elaboración del Sake ... 34
2.10. Balance de Energía ... 35
2.10.1.Formulas empleadas en el balance de Energía ... 35
x
CAPÍTULO III
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN
3.1. Ubicación ... 40
3.2. Tipo de investigación ... 40
3.3. Métodos de Investigación ... 40
3.4. Fuentes y Técnicas de Investigación ... 41
3.5. Población ... 41
3.5.1. Cálculo de la muestra ... 41
3.6. Obtención de sake ... 43
3.6.1. Materiales, equipos y reactivos ... 43
3.6.2. Diagrama de Flujo Cualitativo de la obtención del Koji ... 44
3.6.3. Descripción del diagrama para la obtención Koji ... 45
3.6.3.1.Recepción ... 52
3.6.3.2.Selección ... 52
3.6.3.3.Lavado ... 52
3.6.3.4.Cocción ... 52
3.6.3.5.Sacarificación ... 52
3.6.3.6.Licor filtrado ... 53
3.6.3.7.Fermentación secundaria ... 53
3.6.3.8.Licor filtrado 2 ... 53
3.6.3.9.Destilación ... 53
3.6.3.10.Envasado ... 54
3.6.3.11.Sellado ... 54
3.6.3.12.Almacenamiento ... 54
3.7. Diagrama de Flujo cuantitativo para la obtención de sake a nivel de laboratorio .. 55
3.8. Balance de materia para obtención de sake a nivel de planta piloto ... 59
3.9. Balance de energía para la obtención de Sake a nivel de planta piloto. ... 83
3.10. Dimensionamiento de la incubadora ... 104
xi
CAPÍTULO IV
RESULTADOS
4.1. Diseño estadístico para la prueba de la hipótesis ... 111
4.1.1. pHde la bebida... 111
4.1.2. Grado alcohólico ... 112
4.1.3. Acidez ... 113
4.1.4. Densidad ... 114
4.1.5. Análisis general ... 114
4.2. Análisis sensorial ... 115
4.2.1. Olor ... 115
4.2.2. Color ... 115
4.2.3. Sabor ... 116
4.3. Rendimiento de la bebida de arroz ... 117
4.4. Análisis de costos ... 117
4.5. Control de calidad ... 119
4.5.1.Análisis bromatológico ... 119
4.5.2.Cuadro de comparaciones con otras bebidas alcohólicas ... 119
CAPITULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1. Conclusiones ... 120
5.2. Recomendaciones ... 122
BIBLIOGRAFIA ... 124
xii
INDICE DE CUADROS
Cuadro 1 Lista Parcial de enzima microbiana utilizadas en la Industria ... 15
Cuadro 2 Clasificacion de las bebidas alcholicas... 21
Cuadro 3 Diagrama de Flujo para la Elaboracion del Sake ... 24
Cuadro 4 Diferencia de procesod e Obtencion de Sake y Vino ... 29
Cuadro 5 Datos Obtenidos para el calculo de la Muestra ... 41
Cuadro 6 pH de la bebida de arroz con diferentes niveles de Koji ... 111
Cuadro 7 Grado alcohólico de la bebida de arroz con diferentes niveles de Koji ... 112
Cuadro 8Acidez de la bebida de arroz con diferentes niveles de Koji ... 113
Cuadro 9 Densidad de la bebida de arroz con diferentes niveles de Koji ... 114
Cuadro 10 Balance de Costos de Elaboracion de Sake ... 118
Cuadro 11 Analisis Bromatologico del Sake ... 119
Cuadro 12 Comparacion con otras bbidas alcoholicas ... 119
INDICE DE GRAFICOS Grafico 1 Vodka ... 11
Grafico 2 Whisky ... 12
Grafico 3 Pulido del arroz ... 17
Grafico 4 Lavado del arroz Pulido ... 17
Grafico 5 Cocción del arroz a nivel industrial ... 18
Grafico 6 Enfriamiento de arroz ... 18
Grafico 7 Inoculación para la obtención del Koji ... 19
Grafico 8 Incubación para la obtención del Koji ... 20
Grafico 9 Proceso de estandarización a nivel industrial ... 25
Grafico 10 Proceso de Formación de moromi a nivel industrial ... 26
Grafico 11 Prensado para la obtención del Sake a nivel industrial ... 26
Grafico 12 Ecuación de destilación ... 31
Grafico 13 Equipo de destilación ... 32
Grafico 14 Bioquímica de la reacción de la fermentación ... 33
Grafico 15 Área del Equipo Destilador ... 88
xiii
xiv
Portada 7RESUMEN EJECUTIVO
El presente trabajo fue realizada en la Universidad Tecnológica Equinoccial, que tiene por objeto elaborar una bebida fermentada a base de arroz llamado “Sake” con el fin de presentar una nueva alternativa de industrialización; en las bebidas alcohólicas la cual nos brinda beneficios para la salud en especial para el sistema digestivo. El proceso de elaboración del Sake es muy simple aunque es considerado un Vino la elaboración de esta bebida es similar al de la cerveza, ya que ambas parten de cereales capaces de producir azúcar que se convertirá en alcohol.
En la obtención del sake se aplicó un arreglo factorial A x B x C (3x3x2), implementando un DBCA con 3 repeticiones, siendo las variables A (porcentaje de koji), B (porcentaje de levadura) y C (Tiempo de fermentación), utilizando como variedades el 20% de arroz, 0.3% de levadura durante un lapso de 8 días de fermentación a esta bebida se le realizó análisis de ph, acidez, grado alcohólico y densidad.
Se observa que el tratamiento que se encuentra dentro de los rango de las normas INEN para bebidas alcohólicas y con los valores más similares a la composición nutricional de la muestra patrón es el 20% de Koji por el 0.3% de levadura y por 8 días de fermentación, cuyos resultados son 3.73 en pH, 4% de grado alcohólico, 4.14% de acidez y 0.99 Kg/m3 de densidad.
Las variables fueron puestas a un análisis de laboratorio que determino 0 GL, Ph, acidez y densidad del alcohol.
xv
rtadaEXECUTIVE SUMMARY
This work was conducted at Universidad Tecnológica Equinoccial, which has as an objective to develop a fermented beverage made from rice called "Sake" in order to present a new alternative industrialization in alcoholic beverages which gives us health benefits especially for the digestive system. The Sake making process is very simple but it is considered a Wine, the making of this drink is similar to beer, since both are based on cereals to be able to produce sugar that it is converted in alcohol.
In obtaining the sake it was applied A x B x C factorial arrangement (3x3x2), implementing a DBCA with 3 replications, where the variables A (percentage of koji), B (percentage of yeast) and C (fermentation time), using as the varieties 20% of rice, 0.3% yeast over a period of 8 days of fermentation at this beverage analysis was performed pH, acidity, alcohol content and density.
It is observed that the treatment is within the range of standards for alcoholic beverages INEN with similar values to the nutritional composition of the standard sample is 20% by Koji 0.3% yeast and for 8 days fermentation, the results are pH 3.73, 4% alcohol content, acidity 4.14% and 0.99 kg/m3 density.
The variables were put into a laboratory analysis determined 0 GL, pH, acidity and density of alcohol.
CAPÍTULO I
INTRODUCCIÓN
1.1. Tema de Investigación
Bebida fermentada a partir de arroz (oryza sativa) utilizando levadura (asperguillus oryzae), UTE santo domingo, 2012.
1.2. Problema de investigación
1.2.1. Planteamiento del problema
1.2.1.1. Diagnóstico
1.2.1.2. Pronóstico
Por lo antes mencionado el campo agroindustrial se ve en la necesidad de generar productos innovadores que contengan el mejoramiento de nuevos métodos productivos. Con el fin de obtener productos de calidad para la industria alimentaria, además podemos obtener un producto de calidad basándose con las normas requeridas y el cual tenga un lugar en el mercado.
1.2.1.3. Control del pronóstico
La fermentación de arroz es una alternativa para desarrollar nuevos productos en nuestro país en la elaboración de bebida de sake es una industria innovadora lo que hace necesaria implementar estrategias para el desarrollo agroindustrial. El mercado de alimentos de Santo Domingo de los Tsáchilas podrá obtener un producto innovador en la línea de bebidas alcohólicas que será de buena calidad con características requeridas para el consumidor que requiere de conocimientos tecnológicos para mejorar la producción. Además de generar empleo en la zona agroindustrial gracias a la elaboración de ideas innovadoras para el progreso de nuestra ciudad.
1.2.2. Formulación del problema
Causa: Bebida fermentada Efecto: Arroz
¿Se podrá obtener bebida fermentada a partir de arroz?
1.2.3. Sistematización del problema
¿Sera necesario realizar análisis bromatológicos y micro (minerales) del arroz? ¿Influirá el porcentaje de koji?
¿Influirá el porcentaje de levadura?
1.3. Objetivos
1.3.1. Objetivo General
Determinar el tiempo de fermentación, porcentaje de arroz y porcentaje de koji para la elaboración de bebida fermentada
1.3.2. Objetivos Específicos
Establecer las características bromatológicas y composición en minerales del arroz.
Determinar el porcentaje de koji para la obtención de la bebida fermentada.
Establecer el porcentaje de levadura a aplicar en la bebida fermentada para la obtención del sake.
Determinar la calidad del sake mediante los parámetros fisicoquímicos (pH, °brix, grado alcohólico, acidez, carbohidratos y azucares reductores).
1.4. Justificación de la investigación
1.4.1. Justificación Teórico
La investigación aplicada comprende de tres etapas que son:
Experimentales: la primera comprende al aislamiento del cultivo puro de cepas de Aspergillus Oryzae en agar PDA y SABORAUD, que se activaron en condiciones controladas de temperatura y sustratos.
La segunda etapa corresponde al cambio de sustrato del agar por arroz cocinado y evaluar las características óptimas para su desarrollo.
proporcionales entre arroz fermentado (cultivo iniciador) y arroz cocinado, acondicionado para la fermentación de sacarificación.También será una de las alternativas que ganaran gran demanda en el mercado ya que es un producto nuevo para el mercado combinando las dos tecnologías para adquirir los objetivos propuestos.
1.4.2. Justificación Práctica
El impacto que va a crear la elaboración de un producto con valor agregado es la implementación de nuevos pasos a los diferentes métodos teórico y prácticos que se aplicaran en la obtención de una bebida fermentada al realizar los estudios ayudara el desarrollo de nuevos conocimientos para la utilización de la materia prima, beneficiando la cadena productiva del arroz. Esta bebida ofrece una alternativa de alimentos innovados para el desarrollo de la industria alimentaria.
1.4.3. Justificación Metodológica
Para la realización de este producto se pretende obtener una bebida fermentada a partir del arroz donde se creara formulaciones indicadas para conseguir el producto final. El mismo que consiste en hervir y fermentar el arroz con el agua lo que llevara a una investigación de los diferentes parámetros para la obtención de la bebida fermentada como son la temperatura y tiempo adecuado que se enfriara, porcentaje de levadura y porcentaje de almidón de arroz. Con esta metodología se procura mantener los estándares óptimos de calidad.
1.4.4. Factibilidad
1.4.5. Limitante
Para realizar este proyecto las limitantes son los fermentadores y cepas del hongo Aspergillus Oryzae, que deben ser importadas por lo que la investigación se limita a producción a nivel de laboratorio.
1.5. Hipótesis
1.5.1. Formulación de hipótesis
Hipótesis Alternativa (Ha)
El tiempo de fermentación, el porcentaje de arroz y el porcentaje de levadura está influenciando significativamente en la calidad sensorial y bromatológica de la bebida fermentada.
Hipótesis Nula (Ho)
El tiempo de fermentación, el porcentaje de arroz y el porcentaje de levadura no está influenciando significativamente en la calidad sensorial y bromatológica de la bebida fermentada.
1.5.2. Operacionalización de la Hipótesis
1.5.3. Variables
Variables Independientes
Porcentaje de Koji
Tiempo de fermentación
Variables dependientes
Calidad sensorial
1.5.4. Indicadores
OBJETIVOS ESPECÍFICOS VARIABLE DEPENDIENTE UNIDAD DE MEDIDA % INSTRUMENTO TÉCNICO TIEMPO DE MEDIDA Establecer las características bromatológicas y composición de micronutriente del arroz. Características bromatológicas Composición de micronutriente %olor, sabor, color %minerales, carbohidratos Balanza Cocina Industrial Estufa Kjendhal Mufla Espectrofotómetro Durante el proceso
Al inicio del proceso
Determinar el porcentaje de koji para la obtención de la bebida fermentada
Determinar el % koji
Fermentación Laboratorio Al inicio del proceso
Establecer el porcentaje de levadura a aplicar en la bebida fermentada para la obtención del
sake Determinar el porcentaje de levadura % Laboratorio Al inicio del proceso
Determinar la calidad del sake mediante los
CAPÍTULO II
MARCO DE REFERENCIA
2.1. La fermentación
La fermentación es un proceso catabólico de oxidación incompleta, que no requiere
oxígeno, siendo el producto final un compuesto orgánico. Estos productos finales son
los que caracterizan los diversos tipos de fermentaciones. Fue descubierta por Louis
Pasteur, que la describió como la vie sansl´air (la vida sin el aire). La fermentación típica es llevada a cabo por las levaduras. También algunos metazoos y protistas son
capaces de realizarla.
El proceso de fermentación es anaeróbico ya que se produce en ausencia de oxígeno; ello significa que el aceptor final de los electrones del NADHproducido en la glucólisis no es el oxígeno, sino un compuesto orgánico que se reducirá para poder reoxidar el NADH a NAD+. El compuesto orgánico que se reduce (acetaldehído, piruvato) es un derivado del sustrato que se ha oxidado anteriormente.
En la industria la fermentación puede ser oxidativa, es decir, en presencia de oxígeno, pero es una oxidación aeróbica incompleta, como la producción de ácido acético a partir de etanol. Las fermentaciones pueden ser: naturales, cuando las condiciones ambientales permiten la interacción de los microorganismos y los sustratos orgánicos susceptibles; o artificiales, cuando el hombre propicia condiciones y el contacto referido.
2.1.1. Usos
B12, etc. De acuerdo con Steinkraus (1995), la fermentación de los alimentos sirve a 5 propósitos generales:
Enriquecimiento de la dieta a través del desarrollo de una diversidad de sabores, aromas y texturas en los substratos de los alimentos.
Preservación de cantidades substanciales de alimentos a través de ácido láctico, etanol, ácido acético y fermentaciones alcalinas.
Enriquecimiento de substratos alimenticios con proteína, aminoácidos, ácidos grasos esenciales y vitaminas.
Detoxificación durante el proceso de fermentación alimenticia.
Disminución de los tiempos de cocinado y de los requerimientos de combustible.
2.1.2. Estudio de los alimentos fermentados
Los alimentos fermentados son aquellos cuyo procesamiento involucra el crecimiento y actividad de microorganismos como mohos, bacterias o levaduras (hongos microscópicos). Esta actividad de fermentación permite que los alimentos modifiquen su sabor al mismo tiempo que aumentar su vida útil (permitiendo su conservación).
Existe una gran variedad de este tipo de alimentos en el mundo. Los métodos tradicionales de producción de estos alimentos son sencillos, baratos, no requieren equipo complicado y utilizan materias primas disponibles y de bajo costo. Por medio de este procedimiento se puede convertir materias primas desagradables al gusto en alimentos atractivos.
2.1.3. Clasificación de los alimentos fermentados
De acuerdo con el tipo de microorganismo involucrado en el proceso, los alimentos se clasifican en:
Fermentados por mohos
Fermentados por mezcla de mohos y levaduras
Fermentados por cultivos mixtos
2.1.3.1. Alimentos fermentados por mohos
Los mohos se emplean sobre todo en los productos orientales, donde se encuentra un número restringido de géneros: Rhizopus, Mucor, Amylomyces, Aspergillus, Monascus y Neurospora. Entre los alimentos fermentados por mohos se encuentra el tempey el oncom, de origen indonesio. El primero es producido por fermentación de soya por Rhizopusoligosporus y el segundo por fermentación de cacahuate por mohos del genero Neurospora.
2.1.3.2. Alimentos fermentados por bacterias
Entre estas predominan las bacterias lácticas, las del género Bacillus y en algunos casos las entero bacterias. A continuación se presentan diferentes alimentos fermentados:
Verduras fermentadas
Existen col, rábanos, pepinos y otras verduras fermentadas en salmuera. Las bacterias lácticas como Leuconostocmesenteroides, Lactobacillusbrevis, Pediococcuscerevisiae y Lactobacillusplantarum producen la acidez y el sabor característico de estos productos.
Pescados fermentados
Granos fermentados
A partir del frijol de soya se elabora el natto y el thua-nao. El natto es un producto japonés viscoso, de olor y sabor penetrantes, que se consumen con arroz o como acompañamiento, el thua-nao es un producto similar, que se consume en formas de pasta y mezclado con sal y saborizantes. El microorganismo que lleva a cabo ambas fermentaciones es Bacillussubtilis.
Productos de maíz
Son con base en una masa que se prepara remojando el maíz durante varios días antes de molerlo. Entre estos se encuentra el Kenkey. Las bacterias responsables de estas fermentaciones son corynebacteriumsp. Aerobactercloacae y Lactonbacillusplantarum.
2.1.3.3. Alimentos fermentados por mezcla de mohos y levaduras
El ragi es un inóculo, probablemente de origen chino, utilizado en varias fermentaciones asiáticas. Se prepara de harina de arroz, con la que se hacen tortas planas de 2 a 3 centímetros de diámetro. Los mohos más importantes aislados del ragi son Mucor y Rhizopus. Entre las levaduras se encuentran especies de Candida, Encomycopsis y Saccharomyces, que producen etanol a partir de los azúcares que los mohos produjeron al hidrolizar el almidón.
2.1.3.4. Alimentos fermentados por cultivos mixtos
Actualmente se prepara en proporciones definidas de esporas que producirán proteasas, amilasas y otras enzimas en las proporciones requeridas. Entre los productos fermentados por cultivos mixtos más destacados se encuentran la salsa de soya, el sake.
2.1.3.5. Bebidas alcohólicas fermentadas
Las bebidas alcohólicas fermentadas son aquellas bebidas que se obtienen tras transformar en alcohol etílico los azúcares que contienen determinadas frutas, raíces o granos de plantas. Mediante este proceso la concentración de alcohol nunca es superior a 17 gr por cada 100 gr de alcohol y habitualmente las bebidas elaboradas mediante este proceso tienen un grado alcohólico que oscila entre los 5 y 15 grados. Las bebidas alcohólicas fermentadas más conocidas (y más antiguas) son por ejemplo el vino, la cerveza o la sidra.
Vodka
El vodka es la bebida alcohólica nacional de Rusia y Polonia muchas personas suelen mezclar en vodka con diferentes jugos de fruta para así darle un sabor distinto con un ligero toque de alcohol.Sin embargo el vodka, debe ser composición actual al inventor de la tabla periódica de elementos, Dimitri Mendeleiev.
Gráfico Nº 1 Vodka
Fuente: Brindis con sabor a vodka./ Carlos Molina. (en línea )/2012.
austriaco del mismo nombre, llegaron a la conclusión de que 42 o eran una proporción incluso mejor.
Whisky
El whisky (en gaélico escocés, uisge-beatha), whiskey (en irlandés, uiscebeatha o fuisce)
o wiski1 es una bebida alcohólica obtenida por la destilación de la maltafermentada de cereales como cebada, trigo, centeno y maíz, y su posterior envejecimiento en barriles de madera, tradicionalmente de roble blanco. Esta bebida alcohólica se comercializa con un contenido alcohólico de entre 40 y 62% del volumen. El término whisky o whiskey deriva del gaélico escocés "uisgebeatha" y del gaélico irlandés "uiscebeathadh", que significan «agua de vida», del latín aquí vitae, aquivo.
Gráfico Nº 2 Whisky
Fuente: http://www.whisky.com.uy/tipos-de-whisky/2012
El primer escrito recogido del whisky data de 1405 en Irlanda,2 donde era destilado por los monjes. También fue mencionado en Escocia en 1496.3 Sin embargo, se creía que el
whisky ya existía desde hacía varios cientos de años antes. Cuándo y dónde fue
2.2. Almidón
El almidón es uno de los mayores glucopolímeros, y su estructura básica es la de una cadena central compuesta de α-D-glucosas unidas mediante enlaces α-1,4, y cadenas ramificadas mediante enlaces α-1,6. La cadena lineal no ramificada recibe el nombre de amilosa, mientras que las cadenas ramificadas se denominan amilo pectinas. Estas cadenas difieren no solo en cuanto a sus propiedades físicas, sino también en cuanto a proporciones ya que la amilosa representa entre el 17 y el 25% del almidón, mientras que el resto son principalmente amilopectinas. Una molécula del almidón es una cadena muy larga que no se puede fermentar como tal, ya que las células de levadura no pueden procesarlas para formar alcohol y dióxido de carbono.
2.2.1. Degradación del almidón
Este proceso, también llamado sacarificación, es llevado a cabo por dos enzimas: la α-amilasa, la enzima liquefactora, y la glucoα-amilasa, la enzima sacarificadora. Estas se hallan entre las amilosacaridasas más estudiadas dadas su alta actividad y sus muchas aplicaciones industriales.
Fundamento de la degradación del almidón
En primer lugar, la glucoamilasa empieza atacando por los extremos y a las cadenas ramificadas, mientras que la α-amilasa ataca a las cadenas por el medio, creando productos intermedios, que a su vez son atacados por la α-amilasa. Al final, solo quedan maltosas que la α-amilasa rompe, obteniendo así α-D-glucosa. Finalmente, esta glucosa puede ser absorbida por Aspergillus, o permanecer en el arroz y participar en su sacarificación.1
1
2.2.2. Enzimas responsables de la hidrólisis enzimática
α-amilasa y glucoamilasa
La α-amilasa es una endosacaridasa (por lo tanto no puede atacar a un polímero por sus extremos) que rompe exclusivamente enlaces de tipo α-1,4, mientras que la glucoamilasa es una exosacaridasa, que no solo puede atacar al almidón por los extremos de sus cadenas, sino que puede romper enlaces α-1,4 y α-1,6. Esto deja entender claramente que la α-amilasa actúa principalmente sobre la cadena principal, mientras que la glucoamilasa tiene una función desramificadora que puede colaborar en la ruptura de cadenas lineales.
El contenido de amilasa y glucoamilasa es diferente para cada cepa Así, la cantidad de α-amilasa es más elevada en Aspergillus oryzae mientras que la producción de glucoamilasa es más elevada en Aspergillus niger.
Sacaridasas en el género Aspergillus
Es una enzima liberada por el hongo Aspergillus oryzae para degradar el almidón. Su producción es mayor en fermentaciones en medio sólido (como es el caso del Saké) que en medio líquido, ya que al parecer las fermentaciones en estado sólido reproducen las condiciones naturales de crecimiento, creando variaciones locales de la concentración de sustrato que estimulan la producción de enzimas hidrolíticas por parte del organismo.
2.3. Enzimas más importantes (aspecto técnico)
El siguiente cuadro resume algunos ejemplos de enzimas que se emplean en diferentes procesos de la industria alimenticia.
Cuadro N° 1
Lista parcial de enzimas microbianas utilizadas en la industria alimenticia
Nombre de la
enzima Fuente microbiana Aplicaciones Reacción catalizada
Diastaza Aspergillus oryzae Fabricación de jarabes de glucosa, ayudante digestivo
Hidrólisis del almidón
Amilasa (ácidoresistente )
A. niger Ayudante digestivo Hidrólisis del almidón
Invertasa Saccharomycescerevisi
ae Fabricación de caramelos, evita la cristalización del azúcar Hidrólisis del sacarosa
Pectinasas Selerotina libertina Clarificación del zumo de frutas Hidrólisis del pectina
Proteasas A. niger Ayudante digestivo Hidrólisis del proteína
Proteasas Baccillussubtillis
Detergentes, eliminación de la gelatina de las placas fotográficas para recuperación de la plata
Hidrólisis del proteína
Estreptoquinasa
s Streptococcussp. Activa la cicatrización de heridas y quemaduras Hidrólisis del proteína
Colagenasas Clostridiumhistolyticu
m Activa la cicatrización de heridas y quemaduras Hidrólisis del proteína
Lipasa Rhizopussp. Ayudante digestivo Hidrólisis de lípidos
Celulasa TrichodermaKonigi Ayudante digestivo Hidrólisis de celulosa
Fuente: STANIER R/Microbiología./2012
2.4. El koji
Amazake (dulce de arroz), salsa de soja. Se usa para preparar el arroz para la fermentación, para el sake y para shochu.
El koji se cultiva sobre arroz cocido al vapor, refrescado e inoculado con las esporas del aspergillus oryzae, entonces es incubado por un tiempo y temperatura determinada. Una lana blanca como de algodón se observa cubriendo completamente el arroz cuando el koji está listo para la cosecha. Es el micelio de la nueva cepa de Aspergillus oryzae. Las esporas de este hongo cuando están maduras son de un color verde pálido. El koji es de alto contenido en enzimas catalíticas incluyendo la amilasa, que convierte el almidón en azúcares simples.
2.4.1. Producción del koji (Cultivo iniciador)
Para elaborar el Koji, se utiliza un hongo llamado Aspergillus oryzae, cuyas sepas permiten la elaboración del cultivo madre.
El koji se cultiva sobre arroz cocido al vapor, refrescado e inoculado con las esporas del aspergillus oryzae, entonces es incubado de 3 a 4 días a 42º C. Una lana blanca como de algodón se observa cubriendo completamente el arroz cuando el koji está listo para la cosecha. Es el mycelium de la nueva cepa del Aspergillus oryzae. Las esporas de este hongo cuando están maduras son de un color verde pálido. El koji es de alto contenido en enzimas catalíticas incluyendo la amilasa, que convierte el almidón en azúcares simples
2.4.2. Proceso de elaboración del Koji
2.4.2.1. Pulido del arroz
hasta tener un 60 a 70% de almidón, este proceso se realiza en un ambiente fresco. Cabe mencionar que es de mucha importancia la estructura física del grano de arroz, ya que los granos quebrados o agrietados no fermentan tan bien como los intactos.
Gráfico Nº 3 Pulido del arroz
Fuente: http://web-japan.org/nipponia/nipponia44/es/feature/feature05.html/2012
2.4.2.2. Lavado y Remojo
Se lava el arroz con agua para quitar el polvo que aún ha quedado después de la molienda o pulido. Y luego se remoja el arroz con la finalidad de que retenga agua en su interior y prepararlo para el siguiente proceso. Este proceso se realiza a 10°C por 15 horas.
Gráfico Nº 4 Lavado del arroz Pulido
Fuente: http://web japan.org/nipponia/nipponia44/es/feature/feature02.html/2012
2.4.2.3. Cocción al vapor
Gráfico Nº 5
Cocción del arroz a nivel industrial
Fuente: http://web-japan.org/nipponia/nipponia44/es/feature/feature02.html/2012
2.4.2.4. Enfriamiento
Una vez el arroz ha sido cocido, se enfría mediante una máquina que separa el arroz en porciones pequeñas y las airea rápidamente.
Gráfico Nº 6 Enfriamiento de arroz
Fuente: http://web-japan.org/nipponia/nipponia44/es/feature/feature02.html/2012
2.4.2.5. Inoculación
se conoce como la calina y también es muy importante. Este puede trabajar en el exterior del grano o hacia el centro de este. Esto depende de la graduación del sake y del perfil previsto para su sabor, y de otras cosas como la calidad del agua y de la levadura.
En el fermentado el 30% del arroz es Koji, mientras que el resto es arroz normal cocido al vapor. Las enzimas creadas por este 30% crearan suficientes azucares para procesar el resto de arroz. Este proceso se trabaja con una temperatura de 30°C y una humedad del 60%, la alta temperatura y la humedad propician que las esporas koji se reproduzcan vivamente.
Gráfico Nº 7
Inoculación para la obtención del Koji
Fuente:http://web-japan.org/nipponia/nipponia44/es/feature/feature03.html/2012
2.4.2.6. Incubación
El Koji se cultiva de 40 a 64 horas y este es el paso crucial que dará las características organolépticas del sake: si es seco, dulce, aromático. Una vez transcurrido este lapso de tiempo se tiene un Koji listo para utilizarlo en la elaboración del Sake.
Gráfico Nº 8
Incubación para la obtención del Koji
Fuente:http://web-japan.org/nipponia/nipponia44/es/feature/feature03.html/2013
2.5. Bebidas alcohólicas
Las bebidas alcohólicas son bebidas que contienen etanol (alcohol etílico). La producción de bebidas alcohólicas ha sido ligada a la mayoría de las culturas durante milenios. Las bebidas alcohólicas ocupan el primer lugar en volumen de producción dentro de las empresas biotecnológicas.
2.5.1. Clasificación de bebidas alcohólicas
Una forma general de clasificación de las bebidas alcohólicas puede ser en función del sustrato del que proceden, si son o no destiladas, o si son simples o compuestas. El último criterio de clasificación a si la bebida consta exclusivamente del producto obtenido mediante la fermentación o si se le ha adicionado algún otro componente.
A continuación se presenta un cuadro de clasificación de las bebidas alcohólicas en función de su sustrato y destilación. 2
Cuadro N° 2
Clasificación de las bebidas alcohólicas de acuerdo con el sustrato del que proceden
Sustrato No destilada Destilada
Frutas
Uva Vino, Champaña,
Vinos espumosos
Brandy, coñac, armañac, pisco, grappa Manzana Sidra, sidra espumosa
Pera Perry
Cereza Kirsch
Otras Vinos de frutas
Cereales
Cebada Cerveza Whisky
Maíz Tesguino
Bourbon, whisky de maiz, whisky de
Tennessee Varios (incluyendo la
papa)
Vodka, ginebra, akvavit
Arroz Sake
Otros
Sorgo Caña Cerveza africana
Melaza o jugo Ron aguardiente,
cachaza, pinga, charanda.
Agaves Pulque Tequila, mezcal
Miel Vino de miel
Fuente: GARCÍA M. Bebidas alcohólicas/2012
2
2.6. El Sake
El sake es una bebida alcohólica (Originado en Japón) preparada de una infusión hecha a partir del arroz, es por esto que también se conoce como “vino de arroz”.
En el sake actúan recíprocamente los microorganismos conocidos como koji (hongo Aspergillus oryzae) y la levadura del Sake. Es bajo en calorías y a pesar de ser un vino, no tiene la acidez característica. El Sake contiene entre 18° y 20° grados alcohólicos a veces alcanza los 22 grados. Es de varios tipos con sabores que varían de seco a ligeramente dulce. En Japón se produce con frecuencia como parte de procesos espirituales
La palabra “sake” significa literalmente “alcohol”, por lo cual podría denominarse como sake cualquier bebida alcohólica existente. Pero en el uso común de la palabra, sobre todo fuera de Japón, al escuchar la palabra “sake” se nos viene a la mente el exclusivo, extraño y exquisito vino de arroz de origen japonés.
El sake o vino de arroz no es técnicamente un vino, ya que se denomina como vino al producto derivado de la fermentación del mosto de uva. Imagino que la moderada graduación alcohólica del sake dio origen a esta comparación, ya que al bordear el 15% de alcohol se acerca más a un vino que a un potente destilado. El sake es elaborado con agua de manantial, en la cual se cuece y se fermenta el arroz con la ayuda de un hongo llamado “koji”. Su producción se asemeja más a la elaboración de la cerveza, y como en la mayoría de la bebidas fermentadas los conocimientos técnicos (receta), la pureza del agua y la calidad del insumo principal (arroz) son factores fundamentales para lograr un buen sake.
Para su consumo generalmente se usa una botella de cerámica llamada “tokkuri” y pequeños vasos denominados “choko”. También existen unas hermosas cajas de madera de cedro, conocidas como “masu”, que al contener el sake en su interior aromatizan el alcohol a medida que se va bebiendo. La formalidad exige que si uno toma la iniciativa de servir, el vaso del acompañante debe llenarse antes que el propio. Posteriormente el acompañante hará lo mismo con nuestro vaso; nunca se debe servir sake a uno mismo.
2.6.1. Producción de Sake
El largo proceso de fermentación (puede ser como tres a cuatro veces más que la del vino) produce una variedad amplia de aminoácidos, dando al Sake un gusto equilibrado y un sabor fresco. Además de la fermentación es de suma importancia la calidad del agua que se va a utilizar para la elaboración del sake.
Para la elaboración del Sake se utiliza solamente arroz altamente pulido. Este tipo de arroz tiene un efecto muy significativo en la calidad del Sake. A diferencia de otras bebidas producidas por fermentación, las enzimas que rompen las moléculas del almidón en los azúcares fermentables no provienen de estos granos, ya que estos se han molido para quitar las porciones externas, y por lo tanto no pueden ser malteados.
Cuadro N° 3
Diagrama de flujo para la elaboración del Sake
Fuente: www.jetro.go.jp/chile/informacion/sake/Proceso.html/proceso.pdf/2012
2.6.2. Microorganismos que actúan en la elaboración del Sake
El sake es diferente de otros alcoholes del mundo estriba en su hábil empleo de tres principales tipos de microorganismos de la naturaleza: los hongos, las bacterias y la levadura. Todas las otras bebidas alcohólicas cerveza, whisky, coñac, vodka, ginebra, tequila, ron, sólo aplican un tipo de microorganismo, la levadura, en el proceso de fabricación del alcohol.
2.6.3. Proceso de elaboración del Sake
2.6.3.1. Estandarización
La masa de inicio se prepara en una cuba, en una habitación bastante fresca, unos 5°C, mucho más fría que donde se hace el koji: sólo sobreviven los microorganismos de levadura más fuertes y efectivos. Se mezcla todo: el moho koji, agua, ácido láctico (para destruir las bacterias perjudiciales), levadura kobo y un poco de arroz cocido, después se aparta durante 16 días para dejar que la levadura actúe y la mezcla fermente.
Gráfico Nº 9
Proceso de estandarización a nivel industrial
Fuente: http://web-japan.org/nipponia/nipponia44/es/feature/feature04.html/2013
2.6.3.2. Formación de Moromi
Gráfico Nº 10
Proceso de Formación de moromi a nivel industrial
Fuente: http://web-japan.org/nipponia/nipponia44/es/feature/feature04.html/2012
2.6.3.3. Prensado
En este punto, el moromi está preparado para ser presionado a través de una malla o alternativamente en bolsas que se colocan unas encima de otras, dejándolas un día entero para que se prensen y se separe el sake del arroz fermentado.
Gráfico Nº 11
Prensado para la obtención del Sake a nivel industrial
2.6.3.4. Filtración
Después de dejar reposar el sake durante unos 10 días para permitir que acaben todas las reacciones químicas residuales, se filtra. Este es un proceso curioso, donde se le añade al sake carbón en polvo y el líquido negro resultante se pasa por un filtro. Los elementos indeseados y el color ambarino del Saké natural desaparecerán después del filtrado, dejando un Saké transparente.
2.6.3.5. Pasteurización y embotellamiento
La mayoría del sake se pasteuriza. Esto se consigue calentando el Saké a 65 grados centígrados. Alternativamente, el sake embotellado se puede calentar directamente sumergiendo la botella en agua caliente durante un tiempo determinado, o incluso calentar el sake mientras se está bombeando para llenar las botellas. Se conoce como Hi-ire. Si el sake no se pasteuriza (namazake) y no se guarda en frío, puede sufrir turbidez, debido al crecimiento excesivo de la levadura y otros microorganismos, es lo conocido como hi-ochi.
2.6.4. Ácidos que producen cambios organolépticos en el Sake
Los principales componentes responsables del sabor característico del sake son: ácido succínico (500 a 700 mg/L), ácido málico (200 a 400 mg/L), ácido cítrico (100 a 500 mg/L), ácido acético (50 a 200 mg/L), isoamyl alcohol (70 a 250 mg/L), n-propanol (120 mg/L), 2-fenil etanol (75 mg/L), isobutanol (65 mg/L), etilacetato (50 a 120 mg/L), etilcaproato (10 mg/L) e isoamyl acetato (10 mg/L).
2.6.4.1. Producción del ácido láctico en la elaboración del Sake
Esta producción de ácido láctico, de gran utilidad para acabar con lamicro flora salvaje que crece durante la elaboración del moto. La participación de estos dos microorganismos en el saké no es despreciable, ya que no solo producen cantidades suficientes de ácido láctico para inhibir el crecimiento de otros microorganismos indeseados, sino que también generan metabolitos secundarios que contribuyen al sabor del saké.
2.6.4.2. Producción del etanol
La fermentación alcohólica es un proceso común llevado a cabo por muchos de los microorganismos que se hallan en situación de anaerobiosis. Saccharomycessaké es, además, una variante de Saccharomycescerevisiae capaz de tolerar mayores concentraciones de etanol, que permiten que en el saké alcance porcentajes superiores al 20%. Se ha sugerido que parte de la producción de etanol podría ser fruto de la actividad fermentadora de Aspergillus oryzae, si bien es cierto, que no se da siempre, y aun cuando se produce su contribución es muy minoritaria.
2.6.4.3. Producción de útilleucinato y de fenil etanol
De todos los metabolitos secundarios obtenidos durante la fermentación el etilleucinato y el fenil etanol son de los más importantes, ya que su contribución al sabor del saké es especialmente destacada. En el caso del etilleucinato, es quizás el principal responsable de su sabor, mientras que el etil etanol destaca por su aroma a rosas característico.
Otros compuestos de menor importancia son el ácido cítrico, el ácido succínico y el ácido málico. La obtención de estos de da a través del ciclo del ácido cítrico, el glicerol que contribuye a la suavidad del saké y se acumula durante las etapas iniciales de la fermentación. Finalmente, el resto de alcoholes volátiles se forman a partir de cetoácidos precursores de aminoácidos. 3
3
2.6.5. Variedades de sake
Los tipos básicos de sake, en orden de aumento en calidad, complejidad y precio son:
honjozo-shu (本醸造), con un leve agregado de alcohol destilado. El alcohol destilado ayuda a extraer algunos sabores del salvado.
junmai-shu (純米酒), literalmente "vino puro de arroz", hecho de arroz solamente. Antes de principios de los 90's, el Gobierno japonés estableció que por lo menos se extraiga un 30% del arroz pulido y que la bebida sea sin alcohol, para que el sake fuese considerado junmai. Hoy en día esto puede aplicarse a cualquier sake molido que no contenga aditivos o alcohol destilado.
ginjo-shu (吟醸酒), con la extracción de un porcentaje de arroz pulido entre el 30 y el 50 por ciento. Junmaiginjo-shu está hecho sin agregado dealcohol.
daiginjo-shu (大吟醸酒), con un 50-70% de arroz pulido quitado. Junmaidaiginjo-shu está hecho sin agregado de alcohol.4
Cuadro N° 4
Diferencia del proceso de obtención del Sake vs. Vino
Fuente: www.jetro.go.jp/chile/informacion/sake/Proceso.html/proceso.pdf/2012
4
2.6.6. Uso terapéutico del sake
El Sake, consumido con moderación, calienta el cuerpo, relaja el espíritu y mejora la circulación sanguínea. Es un potente estimulante y si se toma en exceso puede dañar el hígado y el tracto intestinal. Mejora la complexión y purifica los órganos, especialmente en las mujeres. También se le atribuyen cualidades desinfectantes de heridas, disminuir el peso y purificar la piel (mediante baños de Sake).
2.7. Destilación
La destilación consiste en la separación de los componentes de una solución en función de su volatidad en el punto de ebullición (punto de destilación).
2.7.1. Finalidad de la destilación
El principal objetivo de la destilación es separar los distintos componentes de una mezcla aprovechando para ello sus distintos grados de volatilidad. Otra función de la destilación es separar los elementos volátiles de los no volátiles de una mezcla.
2.7.2. Destilación Fraccionada
Gráfico Nº 12 Ecuación de destilación
Fuente:http://es.scribd.com/doc/13408117/4-Destilacion-Simple-y-Fraccionada-Punto-de-Ebullicion/2012
Así pues, la interacción en cada placa es equivalente a una redestilación, y si se construye una columna con el suficiente número de placas, se puede obtener un producto destilado de altísima pureza, como el alcohol de 96%; en una única destilación. Además, introduciendo gradualmente la disolución original de baja concentración del componente a destilar en un punto en mitad de la columna, se podrá separar prácticamente todo este componente del disolvente mientras desciende hasta la placa inferior, de forma que no se desperdicie nada del componente a destilar.
Gráfico Nº 13 Equipo de destilación
Fuente:http://www.destilacion-casera.com/Destilaci%F3n _fraccionada.html./2012
2.7.2.1. Características de la destilación fraccionada
El funcionamiento continuo permite grandes ahorros de calor, porque el destilado que sale puede ser utilizado para precalentar la mezcla que entra. Cuando la mezcla está formada por varios componentes, estos se extraen en distintos puntos a lo largo de la torre. La única desventaja de la destilación fraccionada es que una gran parte, aproximadamente el 50%, del destilado condensado debe volver a la parte superior de la torre y eventualmente debe hervirse otra vez, con lo cual hay que suministrar más energía en forma de calor.
2.8. Fermentación Alcohólica
La fermentación alcohólica es un proceso anaeróbico que demás de generar etanol desprende grandes cantidades de dióxido de carbono (CO2) además de energía para el metabolismo de las bacterias anaerobias y levaduras.
gas y unas moléculas de ATP que consumen los propios microorganismos en su metabolismo celular energético anaeróbico.
Gráfico Nº 14
Bioquímica de la reacción de la fermentación
Fuente: http//fermentación de bebidasalcoholicas.ec.com 2013/06/160296.php/2012
Bioquímica de la reacción de la fermentación
La glucosis es la primera etapa de la fermentación lo mismo que en la respiración celular, y al igual que esta necesita de enzimas para su completo funcionamiento. A pesar de la complejidad de los procesos bioquímicos una forma esquemática de la reacción química de la fermentación alcohólica puede describirse como un glicosis (en la denominada víaEmbden – Meyerhof_Parnes) de tal forma puede verse como participa inicialmente una molécula de hexosa.
2.9. Balance de Materia
Un balance de materiales no es más que una contabilización de material, donde existen flujos de entrada y salida
2.9.1. Ecuación general del balance de materia:
Acumulación dentro del sistema = entrada al sistema + Salida del sistema
El término acumulación se refiere a un cambio de masa o moles dentro del sistema en el tiempo.Si la masa o moles no varían en el tiempo tenemos lo que se denomina “Estado estacionario”, lo cual implica que no hay acumulación(acumulación = 0). En caso contrario tenemos un estado no estacionario o transciente y los problemas en este caso se formulan como ecuaciones diferenciales.
La solución más simple se obtiene cuando se considera el sistema en estado estacionario y si además no se considera generación ni consumo se tiene:
Entrada de masa por las fronteras = Salida de masa por las fronteras
El balance de materia se basa en la ley de la conservación de la materia enunciada por Lavoisier. “En cada proceso hay exactamente la misma cantidad de sustancia presente antes y después que el proceso haya sucedido”.
2.9.2. Operaciones Unitarias en la Elaboración del Sake
Cocción
La cocción es una etapa muy empleada en las industrias alimentarias. En este caso el principal objetivo consiste cocinar el arroz con el fin de prepararlo para la obtención del Koji.
Pasteurización
La pasteurización es utilizada industrialmente para inactivar actividades enzimáticas asi como bacterianas en ciertos productos, para ello se aplca una variación de temperatura determinada por la condición del producto a realizarse. En la elaboración del sake se lo realiza para esterilizar el producto.
2.10. Balance de Energía
El balance de energía se basa en la ley de la conservación de la energía que indica que en un proceso la energía no se crea ni se destruye solo se transforma. En un balance total de energía se toma en cuenta las transferencias de energía a través de los límites del sistema. Ciertos tipos de energía están asociados a la masa que fluye; otros tipos como Q (calor) y W (trabajo) son formas de transmisión de energía
2.10.1. Formulas empleadas en el balance de Energía
Coeficiente isobárico
El coeficiente isobárico se define como:
Dónde:
Coeficiente isobárico
Nusselt
El número de nusselt, algunas veces llamado el coeficiente adimensional de transferencia de calor se define como:
Dónde:
h = Coeficiente de transferencia de calor L = Longitud
K = Propiedades del aire
Grashof
El número de Grashof se define como:
Dónde: g = Gravedad
β = Coeficiente isobárico de expansión = Temperatura de la superficie
= Temperatura de la corriente de aire δ = Densidad
L= Longitud de la pared u = Viscosidad
Área de las paredes de la Incubadora
Dónde: b = base a = altura
Calor práctico del producto
Dónde:
Calor de paredes frontal y posterior Calor de paredes verticales
Calor de paredes horizontales Calor que ingresa al sistema = Calor práctico del producto
Calor teórico del producto
Calor específico del producto
Calor específico. El calor específico es la cantidad de calor que se necesita por unidad
de masa para elevar la temperatura un grado Celsius
Dónde:
= Masa del agua del producto = Calor específico del agua
= Masa del sólido del producto
Calor sensible
Calor sensible es aquel que recibe un cuerpo o un objeto y hace que aumente su
temperatura sin afectar su estructura molecular y por lo tanto su estado, su fórmula es:
Dónde:
= Calor sensible
M= Masa después del secado = Calor específico del producto
= Diferencia entre las temperaturas de salida y entrada del producto
Calor latente
El calor latente es la energía requerida por una cantidad de sustancia para cambiar de fase, de sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gaseoso, su fórmula es la siguiente:
Dónde:
= Calor latente
= Masa del agua evaporada en el proceso de secado
Calor total teórico del producto
Es la sumatoria del calor sensible y el calor latente, lo que reflejara el calor teorico total empleado en esta operación:
Porcentaje de eficiencia del secador
ó
á
2.11. Diseño Experimental
El Diseño de Experimentos hace referencia a una serie de técnicas estadísticas de investigación que permiten establecer diferencias o relaciones entre las variables de un problema a través de métodos científicos, buscando comprobar o rechazar hipótesis para la toma de decisiones.
Diseño completamente al azar (DCA)
CAPÍTULO III
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN
3.1. Ubicación
El presente trabajo de investigación se realizó en la provincia de Santo Domingo de los Tsáchilas, cantón Santo Domingo de los colorados, en las instalaciones de la Universidad Tecnológica Equinoccial, Km 4 ½ vía a Chone y Avenida Italia.
3.2. Tipo de investigación
Se utilizó la presente investigación experimental, la misma que permite identificar y cuantificar las causas de un efecto dentro de un estudio experimental y seleccionar las causas de la investigación, mediante la manipulación de las variables como son: porcentaje de koji, porcentaje de levadura y tiempo de fermentación, las que se relacionan entre sí; probando la relación causa-efecto entre dichas variables a través del diseño experimental.
3.3. Métodos de Investigación
3.4. Fuentes y Técnicas de Investigación
Para el actual trabajo se utilizó fuentes de investigación tales como libros, folletos, internet, acompañado de técnicas como observación, análisis en laboratorio, revisión de documentos, etc.
3.5. Población
En la siguiente investigación se consideraron población los estudiantes de octavo y noveno semestre de la carrera Ingeniería Agroindustrial de la Universidad Tecnológica Equinoccial, obteniendo los siguientes datos para el cálculo de la muestra:
Cuadro N° 5
Datos obtenidos para el cálculo de la muestra Semestre Nº de estudiantes
Octavo 20
Noveno 11
Total 31
Fuente: Agualsaca Gabriela, UTE / 2013
Cabe recalcar que los estudiantes mencionados en el cuadro anterior, por ser de niveles superiores están más capacitados en temas afines al presente trabajo, razón por la cual fueron considerados para la realización de las encuestas y degustaciones
3.5.1. Cálculo de la muestra
Fórmula:
N
= N .Z 2
. S2
Dónde:
N = Tamaño de la población (31) Z = Nivel de Confianza (95%) Z = 0,95 ÷ 2 = 0,475
Z = 1,96 S2 = p. q
p = probabilidad de fracaso = 50% ÷ 100 = 0,50 q = probabilidad de éxito = 50% ÷ 100 = 0,50 E = Margen de error 5% ÷ 100 = 0,05
n = Tamaño de la muestra.
n = 29
El número de personas encuestadas de la presente investigación son: 29 n = (31) (1,96)2 (0,50) (0,50)
(31-1) (0,05)2 + (1,96)2 (0,50) (0,50)
3.6. Obtención de sake
3.6.1. Materiales, equipos y reactivos
Los materiales, equipos y reactivos utilizados para la obtención de sake y para la realización de los análisis respectivos; son los siguientes:
Materiales
Olla de acero inoxidable
Tinas plásticas
Litrera
Paleta de madera
Cernidor
Baldes plásticos
Vasos de precipitación
Matraz Erlenmeyer
Varillas de agitación
Pipeta
Cajas Petri
Azas de inoculación
Bureta
Probeta
Mascarilla
Guantes
Equipos
Cocina a gas
Balanza Analítica
Ph metro
Brixometro
Picnómetro
Alcoholímetro
Incubadora
Equipo de destilación
Equipo de titulación
Cabina de flujo laminar
Reactivos
Hidróxido de sodio al 0.1%
Indicador fenolftaleína
Potato dextrose agar 50%
Materia prima
Arroz
Cepas
3.6.2. Diagrama de Flujo Cualitativo de la obtención del Koji
Arroz Crudo
Arroz Receptado
Impurezas
Arroz Seleccionado
Agua Agua Evap.
Arroz esterilizado Cepa receptada
Mezcla
Agua
KOJI
Cepa Herméticamente
Sellada
Arroz esteril Cepa
RECEPCION DE CEPA
INOCULACION RECEPCION DE
ARROZ
SELECCIÓN DE ARROZ
ESTERILIZACION DE ARROZ
PROPAGACION DE CEPA Arroz Bueno
3.6.3. Descripción del diagrama para la obtención Koji
3.6.1.1.Recepción (Tanto del arroz como de la Cepa)
En este proceso fueron receptadas las materias primas las mismas que para su uso, cumplieron con los parámetros de calidad establecidos.
3.6.1.2.Selección del arroz
Se procedió a realizar la selección del arroz, este proceso se lo realizó de manera manual, obteniendo del mismo arroz seleccionado bueno y arroz malo.
3.6.1.3.Esterilización del arroz
Se procedió a esterilizar el arroz bueno, para ello se utilizó el autoclave, la esterilización del arroz se la realizó a una temperatura de 121°C por un tiempo de 15 minutos.
3.6.1.4.Propagación de la cepa
Para este proceso se utiliza el cultivo madre-Aspergillus oryzae mezclado con el arroz esterilizado resultante del proceso anterior. Esta etapa se realiza con una total asepsia, con la finalidad de evitar cualquier tipo de contaminación a producto final (Koji).
La propagación de la cepa se realizó de la siguiente manera:
Luego se procede a preparar el medio de cultivo apropiado para activar las cepas, que según las instrucciones del fabricante se utilizó agar PDA esterelizado a 1210 C por 15 minutos y 15 atm, en una rotación de 4,0g/litro.
El agar se depositó en cajas Petri 20 ml por caja dentro de una cabina de bioseguridad hasta que el medio se solidifico.
En el medio solido se inoculo las cepas suspendidos del Aspergillus mediante la técnica del estiramiento para facilitar el crecimiento del hongo.
Se dejó en incubación por el tiempo de 5 días a 25oC para facilitar su crecimiento, tiempo suficiente para obtener cepas puras y activas.
3.6.1.5. Inoculación (Obtención del Koji)
Los frascos que ya contienen el arroz cocido y estéril, se distribuye en forma inclinada de tal forma que facilite el crecimiento de la mayor cantidad posible del hongo.
Se transfiere con sacabocados porciones aleatorias de cepas fijados en agar y se depositan en toda la superficie del frasco. De igual forma se deja de 3 – 5 días para su crecimiento en todo el frasco de arroz.
Fermentación en reactor
De igual forma se deja fermentar el arroz en el reactor cubierto con manto que facilita el intercambio gaseoso pero impide su contaminación, el tiempo adecuado paran que se dé la sacarificación del almidón del arroz por acción de las enzimas del hongo Aspergillus oryzae.
3.6.2. Diagrama de flujo cualitativo para la obtención de sake
Arroz crudo
Arroz crudo receptado
Arroz Malo
Arroz seleccionado
Agua Purificada Agua + Imp.
Relación 2:1
Arroz lavado LAVADO SELECCIÓN RECEPCIÓN
1
Arroz Bueno Arroz Malo Impurezas