UNIVERSIDAD TÉCNICA ESTATAL DE QUEVEDO

i Portada

UNIVERSIDAD TÉCNICA ESTATAL DE QUEVEDO

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA

CARRERA DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL

Proyecto de Investigación previo a la obtención del título de Ingeniero Agroindustrial

Título del proyecto de Investigación:

“EVALUACIÓN DE TRES MÉTODOS DE DESTILACIÓN EN EL PROCESO DE OBTENCIÓN DE UNA BEBIDA ALCOHÓLICA TIPO VODKA

EMPLEANDO Colocasia esculenta (MALANGA)”

Autor:

Diego Fabricio Mackencie Marcillo

Directora de Proyecto de Investigación: Ing. Azucena Bernal Gutiérrez, MSc.

Quevedo - Los Ríos - Ecuador

ii

DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y CESIÓN DE DERECHOS

Yo, Mackencie Marcillo Diego Fabricio, declaro que la investigación aquí descrita es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.

La Universidad Técnica Estatal de Quevedo, puede hacer uso de los derechos correspondientes a este documento, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.

f. _____________________________ Mackencie Marcillo Diego Fabricio

iii

CERTIFICACIÓN DE CULMINACIÓN DEL PROYECTO DE

INVESTIGACIÓN

La suscrito, Ing. Azucena Bernal Gutiérrez, MSc, Docente de la Universidad Técnica Estatal de Quevedo, certifica que el estudiante Mackencie Marcillo Diego Fabricio, realizó el Proyecto de Investigación de grado titulado “EVALUACIÓN DE TRES MÉTODOS DE DESTILACIÓN EN EL PROCESO DE OBTENCIÓN DE UNA BEBIDA ALCOHÓLICA TIPO VODKA EMPLEANDO Colocasia esculenta (MALANGA)”, previo a la obtención del título de Ingeniero Agroindustrial, bajo mi dirección, habiendo cumplido con las disposiciones reglamentarias establecidas para el efecto.

Ing. Azucena Bernal Gutiérrez, MSc

iv

CERTIFICADO DEL REPORTE DE LA HERRAMIENTA DE

PREVENCIÓN DE COINCIDENCIA Y/O PLAGIO

ACADÉMICO

La suscrito, Ing. Azucena Bernal Gutiérrez, MSc., mediante el presente cumplo en presentar a usted, el informe del proyecto de investigación cuyo tema es “EVALUACIÓN DE TRES MÉTODOS DE DESTILACIÓN EN EL PROCESO DE OBTENCIÓN DE UNA BEBIDA ALCOHÓLICA TIPO VODKA EMPLEANDO Colocasia esculenta (MALANGA)” presentado por el estudiante MACKENCIE MARCILLO DIEGO FABRICIO egresado de la carrera de Ingeniería Agroindustrial, que fue revisado bajo mi dirección según resolución del Consejo Académico de la Facultad Ciencias de la Ingeniería, que se ha desarrollado de acuerdo al Reglamento de la Unidad de Titulación Especial de la Universidad Técnica Estatal de Quevedo y cumple con el requerimiento de análisis de URKUND el cual avala los niveles de originalidad en un 99% y similitud 1%, de trabajo investigativo.

Valido este documento para que el mencionado estudiante de la carrera siga con los trámites pertinentes, de acuerdo a lo que establece el reglamento.

Por su atención deseo significar mis agradecimientos. Cordialmente;

Ing. Azucena Bernal Gutiérrez, MSc.

v Certificado de a probació n por el tribunal de sustentación

UNIVERSIDAD TÉCNICA ESTATAL DE QUEVEDO

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA

CARRERA DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL

PROYECTO DE INVESTIGACIÓN Título:

“Evaluación de tres métodos de destilación en el proceso de obtención de una bebida alcohólica tipo vodka empleando colocasia esculenta (malanga)”

Presentado a la Comisión Académica como requisito previo a la obtención del título de Ingeniero Agroindustrial.

Aprobado por:

______________________________ PRESIDENTE DEL TRIBUNAL Ing. Sonnia Barzola Miranda MSc

MIEMBRO DEL TRIBUNAL MIEMBRO DEL TRIBUNAL Ing. Leonardo Baque Mite, MSc. Ing. Robert Moreira MacíasMSc.

QUEVEDO – LOS RIOS – ECUADOR 2019

vi

AGRADECIMIENTO

Mi eterno agradecimiento a Dios por haberme permitido cumplir mi objetivo planteado, por sus bendiciones recibidas, pero más que nada por los momentos donde las cosas fueron duras, le agradezco por las dificultades que hizo enfrentar porque sin ellas no sería la persona que soy ahora, aún falta mucho por aprender y mejorar, pero tengo la confianza de que Dios me guiara y me forjara.

A mis familiares y amigos que de alguna u otra me motivaron a cumplir mi sueño, en especial a mi padre Asterio Emilio Mackencie Marcillo y a mi madre Alexandra Candelaria Marcillo Moreira, por su apoyo incondicional a pesar los obstáculos que se me presentaron en mi carrera universitaria, jamás me dejaron sólo, me inculcaron buenos valores y principios de honestidad, gracias a ello pude desenvolverme en un muchos aspectos mientras cursaba mis estudios en la Universidad Técnica Estatal de Quevedo.

A todos los docentes de la Facultad de Ciencias de la Ingeniería por haberme impartido sus conocimientos de calidad, en especial a la Ing. Azucena Bernal Gutiérrez y a la Ing. Sonia Barzola Miranda, por su dedicación y entrega a su distinguida labor como docentes, además de la parte académica me brindaron su humanidad, y esto fue muy crucial en el cumplimiento de mi objetivo personal, gracias a esto pude ver los problemas desde otra perspectiva, muchas gracias por todo, eternamente agradecido.

vii

DEDICATORIA

A todos los estudiantes que

inician

su

carrera

universitaria, para que

vean y se motiven a seguir

adelante, todo está en el

coraje y las ganas que le

pongas.

Un día lo pensé, un día lo

soñé y un día lo logré.

viii

RESUMEN

La presente investigación tuvo como finalidad, elaborar una bebida alcohólica tipo vodka utilizando almidón (Colocasia esculenta) malanga, evaluando el efecto de tres métodos de destilación (simple, fraccionada, arrastre de vapor) y tres temperaturas de gelatinización (70°C, 75°C y 85°C); además, con los parámetros antes mencionados, se evaluó la acción de la enzima Glucoamilasa (Granozyme FGDX CAL) y de la preparación enzimática alfa-amilasa fungal (GRANOZYME A FUNGAL 2500) donadas por la empresa GRANOTEC ECUADOR, en la digestión del almidón, donde se pudo observar de manera directa que el incremento sustancial de la temperatura de gelatinización influye en el rendimiento de los sólidos solubles en el mosto. Los cormos (raíz de malanga) empleados en esta investigación se obtuvieron desde las bodegas almacenadoras del producto no conforme, resultante del proceso de clasificación que realiza la empacadora y exportadora de malanga FG Enterprise. El vodka obtenido por doble destilación adquirió 70 grados alcohólicos, presento aromas muy agradables que son característicos del almidón empleado, además obtuvo transparencia y cristalinidad premium, la bebida alcohólica si presenta ligeros sabores a excepción del tratamiento T3 (destilación simple+85 °C), este tratamiento fue seleccionado como el mejor, debido a que se acercó a los parámetros de calidad exigidos por la NTE INEN 369 (2016). El rendimiento alcohólico en volumen fue muy bajo en comparación con otros estudios. Los análisis de metanol, furfural y alcoholes superiores sólo se realizaron al mejor tratamiento.

ix

ABSTRACT

The purpose of this research was to prepare a vodka alcoholic beverage using starch (Colocasia esculenta) malanga, evaluating the effect of three distillation methods (simple, fractional, steam entrainment) and three gelatinization temperatures (70 ° C, 75 ° C and 85 ° C); In addition, with the aforementioned parameters, the action of the enzyme Glucoamylase (Granozyme FGDX CAL) and the enzymatic preparation alpha-amylase fungal (GRANOZYME A FUNGAL 2500) donated by the company GRANOTEC ECUADOR, in the digestion of starch, where It was directly observed that the substantial increase in the gelatinization temperature influences the yield of soluble solids in the must. The corms (malanga root) used in this investigation were obtained from the storage warehouses of the non-compliant product, resulting from the classification process carried out by the FG Enterprise bagger and exporter. The vodka obtained by double distillation acquired 70 alcoholic degrees, I have very pleasant aromas that are characteristic of the starch used, in addition it obtained transparency and premium crystallinity, the alcoholic beverage does have slight flavors except for the T3 treatment (simple distillation + 85 ° C), This treatment was selected as the best, because it approached the quality parameters required by the NTE INEN 369 (2016). The alcoholic volume yield was very low compared to other studies. Methanol, furfural and higher alcohols analyzes were only performed at the best treatment.

x

TABLA DE CONTENIDO

Portada ... i

Declaración de autoría y cesión de derechos ... ii

Certificación de culminación del proyecto de investigación ... iii

Certificado del reporte de la herramienta de prevención de coincidencia y/o plagio académico ... iv

Certificado de aprobación por el tribunal de sustentación ... v

Agradecimiento ... vi

Dedicatoria ... vii

Resumen ... viii

Abstract ... ix

Tabla de contenido ... x

Índice de tablas ... xiii

Índice de figuras ... xiv

Índice de gráficos ... xiv

Código dublin ... xvi

Introducción ... 1

CAPÍTULO I2 CONTEXTUALIZACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN2 1.1. Problema de la investigación ... 3

1.1.1. Planteamiento del problema ... 3

1.1.2. Diagnóstico ... 3

1.1.3. Pronóstico... 4

1.1.4. Formulación del problema ... 5

1.1.5. Sistematización ... 5 1.2. Objetivos ... 5 1.2.1. Objetivo general ... 5 1.2.2. Objetivos específicos ... 6 1.3. Justificación ... 6 1.4. Hipótesis ... 7 1.4.1. Hipótesis nula ... 7

xi

1.4.2. Hipótesis alternativa ... 8

CAPÍTULO II9 FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA DE LA INVESTIGACIÓN9 2.1. Marco teórico ... 10

2.1.1. Malanga ... 10

2.1.2. Hidratos de carbono ... 14

2.1.3. Enzimas ... 16

2.1.4. Impurezas en bebidas alcohólicas ... 19

2.1.5. Vodka ... 22

2.1.6. Entorno internacional del etanol ... 24

2.1.7. Consumo de bebidas alcohólicas en Ecuador ... 24

2.1.8. Levaduras ... 24 2.1.9. Fermentación de carbohidratos ... 25 2.2. Marco conceptual ... 28 2.2.1. Sólidos solubles... 28 2.2.2. Tubérculo ... 28 2.2.3. Azúcares fermentables ... 28 2.2.4. NTE INEN 369 ... 28 2.2.5. NTE INEN 340 ... 29 2.2.6. NTE INEN 2014 ... 29 2.2.7. Fermentación ... 29 2.2.8. Etanol ... 29 2.2.9. Metanol ... 29

2.2.10.Almidón “hidrólisis enzimática” ... 30

2.2.11.Almidón “Temperatura de gelatinización” ... 30

2.2.12.Granozyme A Fungal 2500 ... 30

xii 2.2.14.Tipos de destilación ... 30 2.2.15.Rectificación ... 31 2.3. Marco referencial ... 32 CAPÍTULO III38 METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN38 3.1. Localización ... 39 3.2. Métodos de investigación ... 39

3.2.1. Extracción de almidón de (Colocasia esculenta) malanga ... 39

3.2.2. Manejo específico de los factores de estudio ... 40

3.2.3. Análisis físico-químicos ... 40

3.2.4. Análisis estadístico ... 41

3.2.5. Análisis sensorial (doble destilado) ... 43

3.2.6. Fuentes de recopilación bibliográfica ... 43

3.3. Diseño de la investigación ... 43

3.3.1. Diseño de experimentos ... 43

3.4. Materiales ... 44

3.4.1. Materiales y equipos de laboratorio ... 44

3.5. Elaboración de vodka a partir de (Colocasia esculenta) malanga ... 45

CAPÍTULO IV47 RESULTADOS Y DISCUSIÓN47 4.1. Resultados ... 48

4.1.1. Influencia de la temperatura de gelatinización en la fase de hidrólisis del almidón 48 4.1.2. Efecto de la aplicación de tres métodos de destilación (fraccionada, arrastre de vapor y simple) ... 55

4.1.3. Caracterización sensorial del producto terminado ... 58

4.1.4. Balance de materia al mejor tratamiento T3 (destilación simple + 85°C) ... 61

xiii CAPITULO V68 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES68 5.1. Conclusiones ... 69 5.2. Recomendaciones ... 70 CAPITULO VI71 BIBLIOGRAFÍA71 6.1. Bibliografía ... 71 CAPITULO VII76 ANEXOS76 7.1. Anexos ... 76

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 2: Composición nutricional de la colocasia esculenta (malanga) en 100g ... 13

Tabla 3: Requisitos físicos y químicos para el vodka ... 23

Tabla 4: Combinación de los tratamientos propuestos para obtención de vodka, evaluando tipos de destilación y temperatura de gelatinización del almidón de (colocasia esculenta). ... 42

Tabla 5: Estructura de análisis de varianza ... 42

Tabla 6: Descripción de los factores de estudio ... 44

Tabla 7: Los materiales empleados en la elaboración de vodka utilizando almidón de colocasia esculenta (malanga). ... 44

Tabla 8: Equipos e instrumentos que se utilizaron para la elaboración de vodka empleando almidón de colocasia esculenta (malanga). ... 45

Tabla 9: Anova para acidez total. ... 55

Tabla 10: Anova para el grado alcohólico. ... 55

Tabla 11: Anova para acidez total ... 56

Tabla 12: Anova para el grado alcohólico ... 56

Tabla 13: Análisis de varianza para la fase visual del vodka con doble destilación ... 58

Tabla 14: Análisis de varianza para la fase olfativa del vodka con doble destilación ... 59

Tabla 15: Análisis de varianza para la fase gustativa del vodka con doble destilación 60 Tabla 16: Costo de mano de obra directa ... 63

xiv

Tabla 16: Materiales directos utilizados en el proceso ... 64

Tabla 17: Maquinaria y equipos utilizados en el proceso ... 64

Tabla 21: Depreciación de maquinarias y equipos utilizados en el proceso ... 65

Tabla 20: Suministros utilizados en el proceso ... 65

Tabla 21: Materiales indirectos utilizados en el proceso ... 66

Tabla 22: Descripción de los costos totales ... 66

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2: Efecto de la concentración del sustrato en la actividad enzimática ... 17

Figura 3: Efecto del ph sobre la velocidad enzimática ... 18

ÍNDICE DE GRÁFICOS

Gráfico 2: Variabilidad del porcentaje de sólidos de solubles (°brix) en el tratamiento t2, t5 y t8. ... 49

Gráfico 3: Variabilidad del porcentaje de sólidos de solubles (°brix) en el tratamiento t3, t6 y t9. ... 49

Gráfico 4: Variabilidaddel ph en el tratamiento t1, t4 y t7 ... 50

Gráfico 5: Variabilidad del ph en el tratamiento t2, t5 y t8 ... 51

Gráfico 6: Variabilidad del ph en el tratamiento t3, t6 y t9 ... 51

Gráfico 7: Variabilidad de la acidez titulable en los tratamientos t1, t4 y t7 ... 52

Gráfico 8: Variabilidad de la acidez titulable en el tratamiento t2, t5 y t8. ... 53

Gráfico 9: Variabilidad de la acidez titulable en el tratamiento t3, t6 y t9. ... 53

Gráfico 10: Efecto de la interacción de los factores en la intensidad aromática. ... 59

Gráfico 11: Efecto de la interacción de los factores en el sabor del vodka con doble destilación. ... 60

ÍNDICE DE ANEXOS

Anexo 2: Pruebas de múltiple rangos para la intensidad aromática en la fase olfativa . 77 Anexo 3: Pruebas de múltiple rangos tukey para el efecto de la interacción de los factores en el sabor de la bebida alcohólica. ... 78

xv

Anexo 4: °Brix iniciales del mosto a fermentar ... 78

Anexo 5: °Brix del mosto al finalizar la fermentación ... 79

Anexo 6: Ficha e instrucciones para el análisis sensorial ... 80

Anexo 7: Resultados físico químicos al mejor tratamiento (t3= 85°c + destilación simple) realizados por el laboratorio certificado multianalítyca.cía.ltda. ... 82

Anexo 8: Molienda ... 84

Anexo 9: Materia prima ... 84

Anexo 10: Pulpa ... 84 Anexo 11: Decantación ... 84 Anexo 12:Análisis ... 84 Anexo 13: Trasiego ... 84 Anexo 14: Muestra ... 84 Anexo 15: Destilación ... 84 Anexo 16: Catación ... 84

xvi

CÓDIGO DUBLIN

Título:

EVALUACIÓN DE TRES MÉTODOS DE DESTILACIÓN EN EL PROCESO DE OBTENCIÓN DE UNA BEBIDA ALCOHÓLICA TIPO

VODKA EMPLEANDO Colocasia esculenta (MALANGA)

Autor: Mackencie Marcillo Diego Fabricio

Palabras

clave: Fermentación destilación levadura vodka almidón

Fecha de publicación:

Editorial: Quevedo: UTEQ, 2019.

RESUMEN: La presente investigación tuvo como finalidad, elaborar una bebida alcohólica tipo vodka utilizando almidón (Colocasia esculenta) malanga, evaluando el efecto de tres métodos de destilación (simple, fraccionada, arrastre de vapor) y tres temperaturas de gelatinización (70°C, 75°C y 85°C); además, con los parámetros antes mencionados, se evaluó la acción de la enzima Glucoamilasa (Granozyme FGDX CAL) y de la preparación enzimática alfa-amilasa fungal (GRANOZYME A FUNGAL 2500) donadas por la empresa GRANOTEC ECUADOR, en la digestión del almidón, donde se pudo observar de manera directa que el incremento sustancial de la temperatura de gelatinización influye en el rendimiento de los sólidos solubles en el mosto. Los cormos (raíz de malanga) empleados en esta investigación se obtuvieron desde las bodegas almacenadoras del producto no conforme, resultante del proceso de clasificación que realiza la empacadora y exportadora de malanga FG Enterprise. El vodka obtenido por doble destilación adquirió 70 grados alcohólicos, presento aromas muy agradables que son característicos del almidón empleado, además obtuvo transparencia y cristalinidad premium, la bebida alcohólica si presenta ligeros sabores a excepción del tratamiento T3 (destilación simple+85 °C), este tratamiento fue seleccionado como el mejor, debido a que se acercó a los parámetros de calidad exigidos por la NTE INEN 369 (2016). ABSTRAT: The purpose of this research was to prepare a vodka alcoholic beverage using starch (Colocasia esculenta) malanga, evaluating the effect of three distillation methods (simple, fractional, steam entrainment) and three gelatinization temperatures (70 ° C, 75 ° C and 85 ° C); In addition, with the aforementioned parameters, the action of the enzyme Glucoamylase (Granozyme FGDX CAL) and the enzymatic preparation alpha-amylase fungal (GRANOZYME A FUNGAL 2500) donated by the company GRANOTEC ECUADOR, in the digestion of starch, where It was directly observed that the substantial increase in the gelatinization temperature influences the yield of soluble solids in the must. The corms (malanga root) used in this investigation were obtained from the storage warehouses of the non-compliant product, resulting from the classification process carried out by the FG Enterprise bagger and exporter. The vodka obtained by double distillation acquired 70 alcoholic degrees, I have very pleasant aromas that are characteristic of the starch used, in addition it obtained transparency and premium crystallinity, the alcoholic beverage does have slight flavors except for the T3 treatment (simple distillation + 85 ° C), This treatment was selected as the best, because it approached the quality parameters required by the NTE INEN 369 (2016).

Descripción: 123 hojas: dimensiones, 29 x 21 cm + CD-ROM 6162

1

INTRODUCCIÓN

La (Colocasia esculenta) malanga, es una planta de ciclo corto, puede permanecer hasta 16 meses bajo tierra, su raíz (cormo) tienen alto valor comercial; los países con mayor demanda de este tubérculo son Cuba, México, Estados Unidos, Colombia, Venezuela entre otros. En Ecuador la caja de 40 libras se compra por $10.00, sin embargo, es muy poco conocida por los ecuatorianos, a pesar de ello su producción va en aumento, porque el cultivo no requiere de mucha inversión económica y es de fácil manejo. La exportación de los cormos genera acumulación de materia prima debido a que no cumplen el calibre y demás parámetros de calidad exportable como es el caso de la empacadora y exportadora de malanga “FG Enterprise”, ubicada en Santo Domingo de los Tsachilas, Ecuador, Recinto San Andrés margen derecho, Av. Quevedo Km 17, generalmente estos desechos se regalan a personas que tienen ganadería para dar como alimento a sus animales, en ocasiones se desecha lo cual provoca un desaprovechamiento agroindustrial de este tubérculo.

El vodka es una de las bebidas alcohólicas con mayor consumo a nivel mundial, el objetivo de esta investigación se centró en la obtención de una bebida alcohólica tipo vodka a nivel de laboratorio empleando tres métodos destilación (simple, fraccionada y arrastre de vapor) que cumplieran con los parámetros exigidos por la norma técnica ecuatoriana INEN 369 (2016). Es imprescindible que Ecuador se encamine en la elaboración de productos nacionales para permitir la dinamización de la economía, Ecuador se caracteriza por exportar materia prima e importar productos procesados. La bebida alcohólica tipo vodka resultó de 70 grados alcohólicos al destilarse por dos ocasiones, presenta contenido de metanol muy bajo; adquirió aromas muy agradables generados de forma espontánea en la fermentación de los cormos, sin embargo, estos pueden ser separados aplicando más destilaciones al destilado adquirido; el destilado adquirió una translucidez excepcional.

2

CAPÍTULO I

3

1.1.

Problema de la investigación

1.1.1.

Planteamiento del problema

El Ecuador es productor de dos variedades de malanga, cada variedad tiene características exportables, la Amarilla o Lila (Colacasia), originaria de Asia, Blanca (Xanthosoma) originaria de las Antillas. De las mencionadas, la variedad más demandada por el mercado exterior es la Xanthosoma, el consumo diferenciable esta variedad es de cinco a uno. El mercado internacional es exigente en cuanto a estándares de calidad. En el territorio nacional, solo se comercializa el rechazo de la exportación, el cual es utilizado para alimentar ganado y fabricación de harina. En el mercado local es inexistente dado el nulo conocimiento ciudadano y, adicional a ello, la falta de hábito de consumo del producto por parte del consumidor interno. Por esta razón, está destinada a la exportación, básicamente toda la producción de malanga del país, a excepción del 15% de rechazo, el cual no cumple con los estándares de calidad exportable.

En la actualidad el consumo de licores importados cuenta con una demanda creciente, presentándose oportunidades de mercado para poder elaborar y comercializar licores que empleen como materia prima aquellos productos agropecuarios que no son utilizados con mayor frecuencia como la malanga evitando su desaprovechamiento agroindustrial. El vodka es una bebida alcohólica muy versátil debido a las innumerables combinaciones exquisitas que se pueden obtener, para degustar como consecuencia de su pureza; en esta investigación se propone la obtención de vodka aplicando diferentes tipos de destilación como la simple, fraccionada y por arrastre de vapor; así como varias variantes de temperatura de gelatinización del almidón de malanga, cuyo fin es el establecimiento de parámetros óptimos de proceso.

1.1.2.

Diagnóstico

La Colocasia esculenta (malanga) es un tubérculo muy poco conocido en el Ecuador, pero, se ha despertado un interés notorio en los agricultores ecuatorinos provocando un

4 incremento en la siembra y su cultivo, esto en consecuencia de la aceptabilidad bien diferenciada que tiene en el mercado extranjero, resulta rentable exportar el producto por el precio de compra, en este sentido el Ecuador es un país que se caracteriza por exportar materia prima para luego importar productos procesados industrialmente con la materia prima exportada, lo cual conlleva al desaprovechamiento agroindustrial del país. La exportación de la Colocasia esculenta (malanga) implica la clasificación de esta materia prima por atributos (calibre, color, etc.), en donde, las materias primas que no cumplen los atributos requeridos son rechazados, estos productos se usan para alimentar al ganado entre otros animales, sin embargo, hay ocasiones en las que se descompone debido a que no hay alternativas que permitan dar un valor agregado a las materias primas excluidas de la exportación, con la creciente demanda del tubérculo es necesario diversificar la obtención de derivados.

En el mercado ecuatoriano existen pocos productos de fabricación nacional que generen valor agregado a la Colocasia esculenta (malanga), la poca o nula innovación en la industrialización no permite dinamizar la economía. La mayoría de las bebidas alcohólicas que se expenden en los locales comerciales del Ecuador son importadas, el consumidor tiene esta tendencia debido a que se han evidenciado casos de intoxicación por metanol o impurezas, con insuficientes pruebas físicas, químicas y de control de calidad que garanticen su óptimo consumo.

1.1.3.

Pronóstico

El Ecuador es un país mega diverso en el cual se puede cosechar distintas variedades de tubérculos, las familias ecuatorianas que se dedican al cultivo de la Colocasia esculenta (malanga), muchas veces, solo dependen de esta actividad agrícola para mantener la economía de sus hogares. El hecho del desaprovechamiento agroindustrial de la Colocasia esculenta (malanga) ínsita a que los agricultores se desmotiven provocando que ellos se dediquen a una actividad distinta, con lo cual, poco a poco va reduciéndose la producción nacional y en su momento tendremos que importar la Colocasia esculenta (malanga) para poder consumirlas, lo cual incrementaría su costo.

5 La poca innovación en la industrialización Colocasia esculenta (malanga) no permite la generación de nuevas fuentes de empleo de calidad que dignifiquen la labor del agricultor; el Ecuador se caracteriza por exportar materia prima para luego recibir el producto procesado y consumirlo, con lo cual, otros países logran desarrollarse aceleradamente en lo económico mientras que al Ecuador le cuesta mucho, es importante que el país deje de depender de las actividades petroleras para el crecimiento económico sustentable y sostenible.

1.1.4.

Formulación del problema

¿El limitado conocimiento de técnicas para la transformación de la Colocasia esculenta (malanga) constituye un problema para el aprovechamiento integral de este tubérculo?

1.1.5.

Sistematización

¿Cómo influye la temperatura de gelatinización en la fase de hidrólisis del almidón?

¿Cuáles son los métodos de destilación apropiados para la obtención de vodka a partir de la malanga?

¿Cuál es el rendimiento de vodka, utilizando como materia prima la Colocasia esculenta (malanga)?

¿Cuáles son las características organolépticas del producto terminado?

1.2.

Objetivos

1.2.1.

Objetivo general

Evaluar tres métodos de destilación en el proceso de obtención de una bebida alcohólica tipo vodka empleando Colocasia esculenta (malanga).

6

1.2.2.

Objetivos específicos

- Determinar la influencia de la temperatura de gelatinización en la fase de hidrólisis del almidón.

- Comparar el efecto de la aplicación de tres métodos de destilación (fraccionada, arrastre de vapor y simple) en la elaboración de vodka a partir de la Colocasia esculenta (malanga).

- Caracterizar el producto terminado mediante análisis físicos, químicos y sensoriales.

- Determinar el rendimiento al tratamiento que obtuvo los mejores resultados mediante balance de materia.

- Calcular los costos de producción al mejor tratamiento.

1.3.

Justificación

La bebida alcohólica obtenida de la Colocasia esculenta (malanga) se propone como alternativa para diversificar la industria licorera nacional a fin de extender y promover el consumo de licores nacionales reduciendo significativamente el consumo de licores importados, así mismo, se busca dar a conocer una alternativa de industrialización de la Colocasia esculenta (malanga) que permita despertar el interés de los agricultores ecuatorianos, los habitantes del país tienen muy poco conocimiento de la versatilidad y bondades que brinda el cultivo y la industrialización del tubérculo.

Hay ocasiones en que los ecuatorianos han muerto por el consumo de alcohol adulterado y con impurezas, debido a la falta de conocimientos de técnica de destilación por parte de los productores de alcohol, esto se verá contrarrestado con el vodka beneficiando el mercado local con nuevas alternativas para los consumidores sin ver amenazada su salud por alguna posible intoxicación. Además, el vodka es el más consumido del mundo, es un ingrediente popular de copas y combinados de todo tipo.

El proceso de elaboración del vodka es uno de los más básicos dentro de la gran variedad de bebidas alcohólicas destiladas, es un aguardiente transparente, incoloro. De forma

7 general, se obtiene de la fermentación de tubérculos y granos. Es el aguardiente nacional de Rusia y Polonia, y su nombre en nuestro idioma significa “agüita”. Como la elaboración de esta bebida en forma industrial tiene un elevado costo de producción, se presenta la propuesta de elaborarlo a escala de laboratorio, utilizando tres métodos de destilación, lográndose así abaratar costos de producción; en este sentido es necesario estudiar la temperatura de gelatinización del almidón.

En la actualidad el Ecuador exporta Colocasia esculenta (malanga) pero la materia prima que no alcanza los estándares establecidos de exportación es rechazada, la cual, una pequeña cantidad es destinada a la alimentación del ganado y lo sobrante solo se pudre, hay ocasiones en las que las exportadoras tienen sobreproducción del tubérculo. En la elaboración del vodka es necesario utilizar una materia prima rica en almidón, para producir la fermentación deseada y a fin de conseguir que cumpla con las normas que rige a este producto, por lo tanto, es una excelente alternativa para evitar el desaprovechamiento agroindustrial de las exportadoras.

1.4.

Hipótesis

1.4.1.

Hipótesis nula

- Ho: La temperatura en la fase de hidrólisis del almidón no influirán en las características físico químicas (acidez titulable, pH y grados Brix).

- Ho: Los métodos de destilación (simple, fraccionada y arrastre de vapor) utilizados en la obtención de vodka empleando malanga no influirán en el rendimiento de la producción de etanol, así como en la hidrolisis del almidón, grados alcohólicos, alcoholes superiores, metanol, ésteres y aldehídos.

8

1.4.2.

Hipótesis alternativa

- Ha: La temperatura en la fase de hidrólisis del almidón si influirán en las características físico químicas (acidez titulable, pH y grados Brix).

- Ha: Los métodos de destilación (simple, fraccionada y arrastre de vapor) utilizados en la obtención de vodka empleando malanga si influirán en el rendimiento de la producción de etanol, así como en la hidrolisis del almidón, grados alcohólicos, alcoholes superiores, metanol, ésteres y aldehídos.

9

CAPÍTULO II

FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA DE LA INVESTIGACIÓN

10

2.1.

Marco teórico

2.1.1.

Malanga

Generalidades:

La Malanga es un cultivo perteneciente a un género de más de 50 especies tropicales, que se cultiva desde antes de la colonización española. Se desarrolla muy bien en los trópicos húmedos y subhúmedos, con temperaturas entre 20 y 30 ºC, con bosques lluviosos, altas precipitaciones y adecuada humedad en el suelo [1]. La Colocasia esculenta se conoce con los nombres de cocoyán, malanga, malanguey, rascadera, taro, dashem, papa china, tania etc. [2]. La malanga o sus productos no comercializables se incorporaron exitosamente a raciones balanceadas (Acosta, 1988) para peces, langostinos, bovinos, ovinos y porcinos (Olguín et al., 1986, 1990, 1995) [3].

Sirve como materia prima para la elaboración de diversos productos alimenticios (Aguilar & Villalobos, 2013). Debido a sus altas cantidades de almidón, superiores al 80 %, la malanga puede ser utilizada para reemplazar materias primas convencionales como maíz, ñame, yuca y papa en la industria alimentaria (Vázquez, 2013) [8].

- Taxonomía

Tabla 1: Clasificación taxonómica de la Colocasia esculenta (malanga)

Dominio Eukaryota

Reino Plantae

Filo Magnoliophyta

Clase Liliopsida (= Monocotyledoneae)

Orden Arales

Familia Araceae

Género Colocasia

Especie Esculenta

11 - Colocasia esculenta en Ecuador

En Ecuador, existen dos variedades de malanga disponibles que cuentan con características exportables: Blanca (Xanthosoma), originaria de las Antillas; y Amarilla o Lila (Colacasia), originaria de Asia. De ambas, la variedad más apetecida en el mercado exterior es la del Género Xanthosoma [5].

Con respecto al mercado local, cabe mencionar que este es inexistente dado el nulo conocimiento y, adicionalmente, por la falta de hábito de consumo del producto por parte del consumidor interno. Por esta razón, está destinada a la exportación básicamente toda la producción de malanga del país, a excepción de aproximadamente el 15% de rechazo, el cual no cumple con los mínimos requerimientos de calidad. Este producto es utilizado, por el momento, como alimento de ganado vacuno, caballar y caprino, en forma de harina, luego de secada la malanga [5].

El cultivo de papa china Colocasia esculenta (L.) Schott es importante en la Amazonia ecuatoriana. Después de la yuca y el plátano es el alimento básico (staple food) más importante en la provincia de Pastaza (Vasco, 2014). Únicamente en la parroquia teniente Hugo Ortíz se encuentran alrededor de 100 hectáreas de este cultivo. Los habitantes de las parroquias Teniente Hugo Ortíz, El Triunfo, Fátima, San José y en los alrededores de Puyo se han dedicado a la producción de papa china para fortalecer su economía familiar [6].

Existe una sobreproducción de papa china en la provincia de Pastaza esto ha generado una problemática local dada la importancia del cultivo y la falta de conocimiento de los productores para la elaboración de nuevos productos. Por lo tanto, es necesario explorar nuevas alternativas de industrialización de nuevos productos a gran escala, para mejorar los ingresos de los productores y asociados fomentando la matriz productiva y enfocada en los objetivos del plan nacional del buen vivir [6].

12 - Manejo del cultivo

La plantación se hace en hoyos, los que se recomienda abonar (Urea-Fósforo-Potasio) para tener mejores resultados, o bien en surcos en caso de siembras comerciales. Los cormos y cormelos se colocarán a una profundidad de 7-12 centímetros. De los cormos se obtiene la semilla a sembrar al cortar este transversalmente en “rodajas” y luego estas en cuatro partes iguales logrando una forma de cruz (de cada cormo se obtiene aproximadamente ochenta semillas). Se recomienda desinfectar las semillas antes de sembrarla, pero esta deberá realizarse una vez que se haya preparado el suelo para evitar retrasos en la siembra. La distancia de siembra debe ser de un metro entre surcos y medio metro entre plantas [5].

El período normal de plantación de la malanga es a inicio de la estación de lluvias en cultivo en seco; sin embargo, si se dispone de riego apropiado, muy tolerante a riego por aspersión, este puede prolongarse todo el año. Los cultivos bajo inundación también pueden efectuarse en la época que sea más conveniente. En muchas regiones, se acostumbra hacer el cultivo intercalado con café, cacao, cítricos o plátano, es decir, se aprovecha el terreno cultivando malanga durante el ciclo hasta que produzca los productos antes mencionados entre otros. La malanga es susceptible al daño por el viento, por lo que en muchas localidades utilizan barreras rompevientos. Entre las plantas que generalmente se siembra el pasto “King Grass”, barrera de aproximadamente dos metros y medio de alto y además de bajo costo. Existen también zonas de cultivo en las que utilizan árboles frutales, plátano, etc. para el mismo fin [5].

Un indicio de que la plantación está lista para la cosecha es que las hojas básales se ponen amarillas y el suelo comienza a cuartearse. Antes de proceder al arranque de los cormos y cormelos (semilla) debe eliminarse el follaje de la planta. Una vez cortados los tallos, se extrae manualmente los cormos y cormelos y se procede a separarlos [5].

La madurez se produce entre los 9-12 meses, pero la recolección puede hacerse en forma paulatina, de acuerdo a las exigencias del mercado. Es conveniente dejar al sol por uno

13 o dos días los cormos recién cosechados para facilitar la limpieza de la tierra que pueden llevar adheridos [5].

- Composición nutricional

Tabla 2: Composición nutricional de la Colocasia esculenta (malanga) en 100g

Descripción Valoración Calorías 142 Grasa: 0.1 g Colesterol 10 mg Sodio 0,15 mg (1%) Carbohidratos 34.6 g (12%) Fibra dietética 5.1 g (20%) Azúcar 0.5 g Proteína 0.5 g (1%) Vitamina A 2% Vitamina C: 8% Calcio: 2% Hierro 4%

Fuente: Leyva, F. (2019) Taro o Malanga[7].

- Categorías de calidad

En ninguno de los casos, los defectos pueden afectar la pulpa del producto.

EXTRA: No tiene defectos, salvo superficiales muy leves que no afecten su aspecto general, calidad, estado de conservación y presentación [5].

PRIMERA: Defectos leves (cicatrización que no supere el 25% de la superficie, áreas raspadas que no superen el 20% de la superficie), siempre y cuando no afecten su aspecto general, calidad, estado de conservación y presentación [5].

14 SEGUNDA: Se permiten los siguientes defectos siempre y cuando no afecten su aspecto general, calidad, estado de conservación y presentación: cicatrización que no supere el 25% de la superficie, áreas raspadas que no superen el 30% de la superficie [5].

2.1.2.

Hidratos de carbono

Como indica su nombre, los hidratos de carbono o carbohidratos (CHO) son compuestos formados por carbono, hidrógeno y oxígeno, presentan la fórmula general 𝐶𝑋(𝐻2𝑂)𝑛, y

tienen estructura de polihidroxialdehído o de polihidroxiacetona; además, todos los carbohidratos presentan grupos funcionales C=O o OH. Los CHO son los compuestos orgánicos más abundantes en la naturaleza, y también los más consumidos por los seres humanos (en muchos países constituyen entre 50 y 80% de la dieta poblacional). Los hidratos de carbono que provienen del reino vegetal son más variados y abundantes que los del reino animal; se originan como producto de la fotosíntesis y son los principales compuestos químicos que almacenan la energía radiante del Sol. De hecho, la glucosa que se sintetiza en las plantas representa la materia prima fundamental para la fabricación de casi todos los carbohidratos [8].

Existe un gran número de hidratos de carbono; los más conocidos son la sacarosa, la glucosa, la fructosa, el almidón y la celulosa, pero también hay otros que, aunque se encuentran en menor concentración en los productos que consumimos diariamente, tienen mucha importancia por sus propiedades físicas, químicas y nutrimentales. Si bien en la antigüedad gran parte de estos carbohidratos se consideraba un desperdicio, en la actualidad se les utiliza para elaborar un sinnúmero de alimentos (fibras y gomas) [8].

La estructura química de los carbohidratos determina su funcionalidad y características, mismas que repercuten de diferentes maneras en los alimentos, principalmente en el sabor, la viscosidad, la estructura y el color. Es decir, las propiedades de los alimentos, tanto naturales como procesados, dependen del tipo de carbohidrato que contienen y de las reacciones en que estos intervienen. Los organismos obtienen energía a través del metabolismo bioquímico de los CHO (glucólisis y ciclo de Krebs) [8].

15 2.1.2.1. Composición química del almidón

Figura 1: Estructura del almidón

a) Amilosa, que muestra estructura en espiral helicoidal. (B) Amilopectina, que muestra punto de ramificación 1- 6 [9]

Los dos constituyentes principales son amilosa (13 a 20%), que tiene una estructura helicoidal o ramificada, y amilopectina (80 a 85%), que consta de cadenas ramificadas compuestas de 24 a 30 residuos de glucosa unidos por enlaces α1-4 en las cadenas, y por enlaces α1-6 en los puntos de ramificación [9].

16 2.1.2.2. Glucosa

La glucosa (que también se denomina frecuentemente dextrosa por ser dextrógira) es el monosacárido más importante. No solo es el azúcar distribuido más ampliamente en la naturaleza, sino que libre o combinada es quizá la sustancia orgánica más abundante. La glucosa es el producto final de la hidrólisis del almidón y de la celulosa y está íntimamente asociada a los procesos metabólicos. La glucosa es la principal fuente de energía para todos los organismos vivos [10]. La cantidad de glucosa contenida en hidrolizados de almidón dependen del método utilizado en su preparación, por ejemplo, conversión ácida, conversión ácido-enzimática o conversión enzimática [11].

2.1.3.

Enzimas

Berzelius en 1835 demostró la hidrólisis del almidón por extracto de malta y adelantó la teoría de la catálisis enzimática. En 1878 Willy Kunhe acuñó la palabra enzima, que en griego significa “en levadura” Edward Buchner (Premio Nobel 1907) demostró que un extracto de levaduras libre de células podía catalizar la fermentación de la sacarosa en etanol. El llamó este principio activo enzima. Sir Arthur Harden en 1897 (Premio Nobel 1929) demostró que la enzima es una mezcla compleja de enzimas, catalizando cada una de ellas en una etapa separada en la degradación de la sacarosa. La velocidad de las reacciones químicas, el equilibrio químico y la catálisis fueron estudiados por Ostwald (Premio Nobel 1909). En 1926, James Sumner (Premio Nobel 1946) fue el primero en cristalizar la enzima ureasa. En 1930, Jhon Northrop (Premio Nobel, 1946) [12].

2.1.3.1. Mecanismos de acción

Las enzimas bajan la energía de activación. La energía de activación es definida como la energía requerida para convertir todas las moléculas de una sustancia reactiva desde un estado básico a un estado transición. Los sustratos permanecen en un canal de energía, y son llevados a un estado energético más alto, después de lo cual puede ocurrir su degradación espontánea. Durante la unión de la enzima y el sustrato se optimizan las interacciones débiles entre la enzima y el sustrato. Esta interacción de uniones débiles

17 entre la enzima y el sustrato provee la principal fuerza de conducción para la catálisis enzimática. Las enzimas reducen la magnitud de esta energía de activación [12].

2.1.3.2. Factores que influyen en la actividad enzimática

- Concentración de la enzima - Concentración del sustrato - Concentración del producto - Temperatura

- Concentración de iones de hidrógeno (pH) [12].

Concentración de enzima

La tasa de una reacción o su velocidad (V) es directamente proporcional a la concentración de la enzima, cuando hay suficiente sustrato. La velocidad de la reacción aumenta proporcionalmente con la concentración de la enzima, siempre que la concentración del sustrato sea ilimitada [12].

Efecto de la concentración de sustrato

Figura 2: Efecto de la concentración del sustrato en la actividad enzimática

18 En la medida que la concentración de sustrato aumenta, la velocidad también aumenta correspondientemente en las fases iniciales; pero la curva se aplana después [12]. Efecto de la concentración de los productos

En una reacción reversible, cuando el equilibrio es alcanzado, según la ley de acción de masas, la velocidad de la reacción disminuye. Así que, cuando la concentración del producto aumenta, la reacción es desacelerada, detenida, o incluso revertida. En los errores innatos del metabolismo, en una enzima de una vía metabólica es bloqueada [12].

Efecto de la temperatura

La velocidad de la reacción enzimática aumenta cuando la temperatura del medio es aumentada; alcanza un máximo y luego disminuye. La temperatura a la cual una máxima cantidad de sustrato es convertida en producto por unidad de tiempo es llamada temperatura optima. En la medida que la temperatura aumenta, más moléculas tienen energía de activación o las moléculas aumentan la velocidad de movimiento. Así que las probabilidades de colisión aumentan y la velocidad de reacción es mayor [12].

Efecto del pH

Figura 3: Efecto del pH sobre la velocidad enzimática

Extraído de: [12]

Cada enzima tiene un pH óptimo; el pH determina la carga de los residuos de aminoácidos en el sitio activo. La carga neta de la enzima influye en la unión del sustrato y la actividad

19 catalítica. El pH óptimo puede variar dependiendo de la temperatura, concentración del sustrato, presencia de iones, etcétera. Usualmente las enzimas tienen un pH óptimo entre 6 y 8. Algunas excepciones importantes son la pepsina (con un pH óptimo de 1-2); la fosfatasa alcalina (pH óptimo de 8-10) y la fosfatasa ácida (4-5) [12].

2.1.4.

Impurezas en bebidas alcohólicas

La presencia de otros compuestos que no son etanol ni agua son precisamente las sustancias que tienen su origen fundamentalmente como coproductos de la fermentación, o provenientes de la materia prima, como acompañantes o formados durante el proceso de separación y purificación. Puede tenerse idea de la variedad de impurezas que se consideran en la caracterización de los alcoholes, observando las referencias internacionales de los alcoholes finos (neutros) o rectificados (industriales) [13], entre ellas se pueden distinguir las especies correspondientes a familias químicas como son:

- Los alcoholes superiores. Por definición los que poseen más carbonos que el etanol, los más significativos son: propanoles, butanoles y pentanoles con sus Isómeros más comunes. Están determinados oficialmente por la NC-535:2007 [13].

- Los aldehídos. Son los compuestos de mayor volatilidad presentes, destacándose el acetaldehído y los acetales (dietilacetal, 1,1-dietoxietano). Están determinados oficialmente por la NC-508: 2011(6) y NC-519: 2007 [13].

- Los ésteres. Se originan básicamente mediante la reacción de esterificación entre un ácido orgánico y un alcohol. Su importancia radica en su contribución decisiva a las propiedades organolépticas del alcohol etílico destilado. El procedimiento de destilación actúa en forma correspondiente con la de un reactor de esterificación, por ello los sistemas de destilación en sí se comportan como esterificadores. Su determinación también se encuentra dentro de las normas oficiales [13].

20 - Metanol. En todos los alcoholes potables la determinación de este compuesto es solicitada, dada su toxicidad. Su presencia es muy pronunciada en el alcohol sintético y en aquellos naturales procedentes de fermentaciones de sustancias con alto contenido en pectinas, como las frutas y algunos granos. Su presencia en alcoholes de caña es muy baja. Se determina químicamente por el método de la fucsina (Reactivo de Schiff) [13], aunque también ha sido popular por el método del ácido cromotrópico. Hoy han sido suplantadas estas técnicas por la cromatografía gaseosa [13].

- Carbamato de etilo. En los últimos años han aparecido algunas regulaciones en países como Canadá y Suiza que han establecido valores máximos para esta especie en bebidas destiladas de 150 g/L (ppm) [13]. Por otra parte, la Unión Europea hasta ahora no ha emitido norma sobre el carbamato de etilo, pero ha publicado recomendaciones oficiales [13]. En Brasil se vienen realizando investigaciones sobre los valores encontrados en los aguardientes de caña (cachaza) y de yuca o mandioca (tiquira) de este compuesto [13].

2.1.4.1. Factores que influyen en la formación de la fracción aromática en bebidas alcohólicas

Se ha demostrado que dentro de los factores que pueden determinar la composición de la fracción aromática (especialmente los alcoholes superiores) de fermentaciones derivadas de jugos y melazas provenientes de la fabricación de azúcar de caña, se encuentran: la cepa Saccharomyces cerevisiae empleada, y la relación carbono nitrógeno, específicamente nitrógeno amínico y amoniacal presentes en el medio de fermentación [13].

La cepa Saccharomyces cerevisiae empleada: La cepa Saccharomyces cerevisiae pertenece a un grupo de levaduras llamadas anaerobias facultativas. Estos microorganismos fermentan hexosas como glucosa y fructosa bajo condiciones aerobias y anaerobias. En cultivos discontinuos aerobios, esta levadura, típicamente fermenta cerca de un 70 % de la glucosa disponible a etanol y CO2, un 20 % se incorpora a la

21 biomasa y un 8 % se usa en la producción de glicerol y solo un 2 % rendirá CO2 y H20 vía fosforilación oxidativa dentro de la mitocondria [13].

La relación carbono-nitrógeno presente en el medio de fermentación: El contenido de nitrógeno asimilable en el medio de cultivo, constituye otro elemento que juega un papel importante en la duración y progreso de la fermentación alcohólica, ya que la disponibilidad del mismo puede incrementar la población durante el período de crecimiento celular. La limitación de carbono y nitrógeno, es importante para la optimización de la fermentación de hexosas por Saccharomyces cerevisiae [13].

La interacción entre ambos factores puede incidir significativamente sobre la formación de estos compuestos; es decir cada cepa puede tener un perfil de síntesis para determinados alcoholes superiores, dependiendo de las condiciones nutricionales del mosto (altas o bajas relaciones C: N), suplementado el N vía sulfato de amonio. Se han implementado diversas técnicas especiales para separar el fusel oil durante la producción de bebidas destiladas, las cuales por lo general son costosas; por lo que resulta factible disminuir su concentración en los mostos, previniendo su producción durante el curso de la fermentación [13].

Al respecto, la literatura reporta algunos trabajos referentes al empleo de cepas de levaduras alcoholeras mutantes con una producción ya sea incrementada o disminuida para estos congéneres, en dependencia del producto final deseado, permitiendo de esta forma reforzar sabores y características aromáticas [13].

La cantidad de azúcar a adicionar en el medio de fermentación no puede llevarse a cabo de forma arbitraria, se hace necesario un ajuste correcto ya que bajos niveles disminuyen la velocidad de su utilización en la formación de etanol haciendo más lento el proceso [13].

22

2.1.5.

Vodka

La palabra vodka en eslavo significa “aguita” diminutivo en tono sarcástico de voda “agua”. La bebida preferida de los cosacos, se dio a reconocer a los países occidentales durante la Revolución Rusa en 1997. De origen polaco, siglo XVI, su consumo se popularizó en el siglo XVIII convirtiéndose en la bebida nacional de los países eslavos. El propósito inicial en la elaboración de vodka era conseguir una bebida con mucho grado alcohólico, que no se congelase durante los fríos y rudos inviernos, y que a su vez proporcionara de manera rápida una fuente calórica [14].

El vodka puede ser elaborado a partir de cualquier mosto rico en carbohidratos o azúcares, aunque la gran mayoría se produce a partir de granos como maíz, centeno y trigo, estos dos últimos son considerados los de calidad superior. Tras la fermentación de los granos de cereales, el número de veces que la bebida es destilada y filtrada dependerá de la calidad que se busque. Los vodkas más reconocidos del mercado son destilados hasta seis y ocho veces. Tras ser fermentado el mosto, destilado y filtrado, el vodka sale al 95%. Entonces, es diluido con agua desmineralizada hasta el 35 o el 70 %. El estándar ruso, polaco, lituano de vodkas es del 40% [15].

El vodka es la bebida oficial tanto polaca como rusa. Las diferencias entre un vodka de una procedencia u otra no parecen excesivamente significativas, siendo quizás las más reseñable que para la producción del polaco suele partirse de un único tipo de grano; en cambio, el ruso suele provenir de la mezcla de diversos tipos de cereales distintos, generalmente provenientes de los excedentes de stock existentes, aunque también hay vodkas rusos procedentes de un único grano [16].

Al igual que el ginebra, al ser un aguardiente neutro, el vodka se utiliza como base para todo tipo de combinados, especialmente el Destornillador: Vodka y zumo de naranja y coctelería. También se suele tomar muy frío y de un trago en vasitos helados. Acompaña muy bien al caviar [14].

23 2.1.5.1. Requisitos

Tabla 3: Requisitos físicos y químicos para el vodka

Requisitos Unidad Mínimo Máximo Método de ensayo

Alcohol, fracción

volumétrica % 37,5 - NTE INEN 340

Metanol mg/100 cm3 * _{- 1,5 NTE INEN 2014}

Furfural mg/100 cm3 * _{- 0,0 NTE INEN 2014}

Alcoholes superiores ** _{mg/100 cm}3 * _{- 0,7 NTE INEN 2014} * El volumen de 100 cm3 _{corresponde al alcohol absoluto}

** Alcoholes superiores comprenden: isopropanol, propanol, isobutanol, isoamílico, amílico. Extraído de: NTE INEN 369 actualizada [17]

Según la NTE INEN 369 indica “El vodka debe presentar un aspecto transparente e incoloro, no se permite la adición de edulcorantes, colorantes, ni saborizantes, el agua utilizada para hidratar el producto hasta los niveles establecidos, debe ser desionizada, apta para el consumo humano” [17].

2.1.5.2. Cata de aguardientes de cereales: Vodka

El vodka, en una cata, ha de degustarse frío, tal y como es consumido en los países de origen. En el análisis visual, se analizará la transparencia del alcohol y su viscosidad. En nariz, se analizarán las reminiscencias del producto a partir del cual se ha elaborado. Por ejemplo, los elaborados con trigo pueden recordar a almendra y mantequilla. Pueden apreciarse en otros, notas a nuez o notas herbáceas o a frutos secos. En caso de estar aromatizado, se analizará la calidad y tipología de los aromatizantes empleados y la intensidad [15].

El vodka es una bebida que no tiene sabores claramente identificables, aunque esto cambia a medida que aumenta la calidad. Pueden identificarse como más dulces o amargos. Se analizarán la pureza y la suavidad del alcohol. El alcohol no debe ser picante. Se analizará la persistencia, si es de final más o menos largo [15].

24

2.1.6.

Entorno internacional del etanol

El alcohol etílico; no solo es el producto químico orgánico sintético más antiguo empleado por el hombre, sino también uno de los más importantes [18]. Sus usos más comunes son industriales, domésticos y medicinales. La industria emplea mucho el alcohol etílico como disolvente para lacas, barnices, perfumes y condimentos; como medio para reacciones químicas, y para recristalizaciones. Además, es una materia prima importante para síntesis; su obtención puede darse de dos maneras fundamentalmente: preparamos alcohol etílico por hidratación del etileno o bien por fermentación de melazas (o, a veces de almidón); por tanto, sus fuentes primarias son el petróleo, la caña de azúcar y varios granos [19].

Es producido a partir de la fermentación de los azúcares que se encuentran en los productos vegetales (cereales, caña de azúcar, remolacha, o biomasa) [18] combinados en forma de sacarosa, almidón, hemicelulosa y celulosa. Dependiendo de su fuente de obtención, su producción implica fundamentalmente el proceso de separación de las azúcares, y la fermentación y destilación de las mismas [19].

2.1.7.

Consumo de bebidas alcohólicas en Ecuador

Las bebidas alcohólicas que poseen un mayor grado alcohólico tienen un mayor nivel de consumo en consumidores mayores a 26 años; es decir, el whisky y el vodka, según la encuesta del Consep. En Ecuador, el consumo está asociado, entre otras cosas, a las reuniones sociales o fiestas tradicionales. En diciembre, por ejemplo, se compra más licor para las festividades de Navidad y Fin de Año [20].

2.1.8.

Levaduras

Las levaduras son los microorganismos más importantes desde el punto de vista industrial, porque muchas de las especies pueden convertir los azucares en alcohol etílico y dióxido de carbono. Participan en la producción de cerveza, vino, alcohol industrial,

25 glicerol y vinagre. Las células de levaduras se utilizan también en la industria de la panificación y como alimento animal y humano, por su alto contenido de proteínas [21].

2.1.9.

Fermentación de carbohidratos

La fermentación de carbohidratos, realizada por bacterias facultativas bajo condiciones de anaerobiosis, es una oxidación incompleta. Un metabolito, derivado del sustrato que se fermenta, actúa como aceptor final de electrones. Los productos de fermentación son frecuentemente ácidos orgánicos, alcoholes y otras sustancias de bajo peso molecular incluidos gases como hidrógeno y dióxido de carbono [22].

La fermentación se denomina según los productos finales predominantes:

A) Fermentación homoláctica: se produce solo ácido láctico [22].

B) Fermentación heteroláctica: se produce ácido láctico, etanol y CO2 [22]. C) Fermentación ácida mixta: se produce etanol, ácido acético, fórmico, CO2 y H2

[22].

D) Fermentación alcohólica: se produce solo etanol [22].

2.1.9.1. Condiciones para lograr una fermentación óptima

En la fermentación inciden algunos factores que, de no controlarse, el costo puede aumentar considerablemente. Entre esos factores tenemos: pH, temperatura, presión, azúcares presentes, ácidos, actividad alcohólica, sustancias utilizadas como antisépticos, taninos presentes y las aguas contaminadas [23].

- pH:

El rango de pH dentro del cual las levaduras fermentadoras realizan su actividad está comprendido entre 2,5 mínimo y de 8,0 a 8,5 como máximo. La fermentación se realiza a pH bajo, alrededor de 3,5. Este valor queda incluido en el rango indicado anteriormente;

26 por eso el mosto constituye un medio propicio para el desempeño de la levadura. El bajo grado de acidez no permite que en él se desarrollen agentes patógenos [23].

- Temperatura

La actividad de las levaduras es intensa entre 20°C y 25°C; máxima entre 30°C - 35°C y por encima de los 40°C disminuye. Nunca se debe permitir que un mosto fermente por encima de los 40°C [23]. En este punto debemos recordar que la fermentación es una reacción exotérmica y que esa producción de calor contribuye a un aumento en la temperatura; por consiguiente, en caso de sobrepasar el límite de 40° C, se debe proceder a enfriar el mosto en plena actividad fermentativa. Para ello, se recurre a distintos métodos de enfriamiento: remontado, trasiego, empleo de anhídrido sulfuroso (SO2) y refrigeración tubular [23]. En el remontado, el mosto se vierte de un recipiente superior a otro inferior de modo que al caer con fuerte chorro se emulsione con el aire. En la gran mayoría de los casos resulta ineficaz. En el trasiego, se transvasa el mosto a otro recipiente. Es mínimo el descenso en la temperatura [23].

Empleo de óxido sulfuroso (SO2): dosis de 20 a 40 g/Hl disminuye la actividad fermentativa con el consiguiente descenso en la temperatura. Más adelante trataremos los otros efectos que tiene su uso. Sin embargo, para estos fines se aconseja tener mucho cuidado porque puede tener influencia en el final de la fermentación [23].

- Refrigeración tubular:

Es el método más efectivo para estos casos. Se emplea agua como refrigerante; esta es repartida por el exterior de los tubos, mientras que por su interior circula el mosto. El principio de la transferencia de calor se emplea aquí con mucha simplicidad: del mosto caliente al agua [23].

27 - Presión

Recordemos que en la actividad de las levaduras además de formarse etanol también se desprende gas carbónico; en la medida que su concentración crece al interior del recipiente, su presión también aumenta, esto trae como consecuencia una disminución de la actividad celular. Una forma de incentivar la actividad celular es retirando el CO2 y con ello se disminuye el perjuicio de su elevada presión [23].

- Azúcares

La materia prima para las levaduras lo constituyen los azúcares presentes en el sustrato; pero otro tanto es la humedad del medio en que se desenvuelven. Los microorganismos tienen unas necesidades en agua mínimas para realizar a cabalidad sus funciones. Esas necesidades se miden en términos de actividad de agua; que para las levaduras está estimado en 0,60 - 0,62. Por consiguiente, si se colocan en un medio donde el contenido de humedad está por debajo del indicado, la célula cederá parte de su líquido al medio; si por el contrario, el contenido del líquido en el sustrato es superior al establecido, entonces si podrá cumplir su actividad funcional [23].

- Alcohol

En la medida en que se va produciendo por las levaduras, tiene un poder antiséptico [23].

- Taninos

Los taninos son un grupo de compuestos fenólicos muy diferentes entre sí pero con la característica común de precipitar las proteínas. Al actuar sobre las apoenzímas, parte constitutiva de la enzima, impide que la célula se alimente convenientemente [23].

- Aguas contaminadas

En la industria cervecera, concentraciones de nitratos (NO3-) en 25 ppm, de nitritos (NO2) en 2 ppm o de amoníaco (NH3) en 0,1 ppm, afectan la fermentación [23].

28

2.2.

Marco conceptual

2.2.1.

Sólidos solubles

Concentración de sacarosa (en porcentaje de masa), en una solución acuosa, que tiene el mimo índice de refracción que el producto analizado en condiciones de concentración y temperatura especificadas [24].

2.2.2.

Tubérculo

Los tubérculos y raíces se emplean como alimentos energéticos, pero su contenido de proteínas es comparativamente bajo, en relación con los alimentos de origen animal. Sin embargo, su producción es barata y proporcionan una fuente de energía a bajo costo [2].

2.2.3.

Azúcares fermentables

Son aquellos azúcares que son capaces de atravesar la pared celular de las levaduras. En general, los azúcares fermentables son monosacáridos y disacáridos y, algunos trisacáridos. Estos azúcares serán los únicos que puedan ser metabolizados por la levadura. Así, serán los azúcares fermentables aquellos que podrán sufrir la fermentación alcohólica. En el mosto, los azúcares fermentables que encontramos son glucosa y fructosa (monosacáridos) y, en mucha menor proporción sacarosa (disacárido) [25].

2.2.4.

NTE INEN 369

Norma Técnica Ecuatoriana; Instituto Ecuatoriano de Normalización; Bebidas alcohólicas; Vodka. Requisitos [17].

29

2.2.5.

NTE INEN 340

Norma Técnica Ecuatoriana; Instituto Ecuatoriano de Normalización; Bebidas alcohólicas. Determinación del contenido de Alcohol etílico. Método del alcoholímetro de vidrio [26].

2.2.6.

NTE INEN 2014

Norma Técnica Ecuatoriana; Instituto Ecuatoriano de Normalización; Bebidas alcohólicas. Determinación de productos congéneres por cromatografía de gases [27].

2.2.7.

Fermentación

Las fermentaciones son procesos metabólicos de las levaduras y de varias bacterias que transforman compuestos químicos orgánicos, principalmente azúcares, en otras sustancias orgánicas más simples como etanol, ácido láctico y ácido butírico [28].

2.2.8.

Etanol

Líquido incoloro, transparente, volátil, inflamable, higroscópico. Posee un olor característico. Hierve a 78 °C aproximadamente. Miscible con agua y prácticamente con todos los solventes orgánicos [29].

2.2.9.

Metanol

CH3OH. El metanol es el más simple de los alcoholes y es tóxico. A elevadas concentraciones, el metanol puede causar dolores de cabeza, mareos, náuseas, vómitos y la muerte. Una exposición aguda puede causar ceguera. Una exposición crónica puede ser causa de daños al hígado [30].

30

2.2.10.

Almidón “hidrólisis enzimática”

La alfa-amilasa (Alfa 1,4-D- Glucan Glucano-hidrolasa) hidroliza los enlaces glucosídicos alfa-1,4 de los polisacáridos que poseen 3 o más unidades de D-glucosa en unión alfa-1,4. El ataque se hace en forma no selectiva (tipo endoenzima) sobre varios puntos de la cadena simultáneamente, aunque los primeros productos de la hidrólisis son siempre oligosacáridos de 5-7 unidades de glucosa, o un número múltiplo. La amiloglucosidasa (Alfa-1,4- D-Glucan glucohidrolasa) es una exohidrolasa también conocida como glucoamilasa, que hidroliza los enlaces glucosídicos alfa-1,4 y alfa-1,6 de la amilosa y la amilopectina separando unidades de glucosa a partir del extremo no reductor de la cadena [31].

2.2.11.

Almidón “Temperatura de gelatinización”

Se conoce como temperatura de gelatinización aquella en la que el gránulo pierde su estructura ordenada; esta es característica para cada cereal y se produce en un intervalo de aproximadamente 10 °C [32].

2.2.12.

Granozyme A Fungal 2500

Preparación enzimática de alfa-amilasa fungal [33]

2.2.13.

Granozyme FGDX CAL

Enzima glucoamilasa [33].

2.2.14.

Tipos de destilación

- Destilación por arrastre de vapor