ELABORACIÓN DE UNA BEBIDA ALCOHÓLICA DESTILADA A PARTIR DE YUCA (MANIHOT ESCULENTA) Y ZANAHORIA BLANCA (ARRACACIA XANTHORRHIZA)

RESIDUOS ORGÁNICOS

Las materias primas que se utilizaron fueron yuca y zanahoria blanca. En la actualidad hay varios estudios sobre la transformacion y aprovechamiento de materias primas, en Argentina se enfocó en la optimización de fermentación de etanol a partir de zanahorias de desecho, que no satisfacían los tamaños mínimos para ser vendidos, provocando desperdicio de 50-100 toneladas de zanahoria en Argentina. Tambien hay estudios sobre el aprovechamiento y transformacion de yuca y cascaras de yuca para la elaboracion de alcohol etilico y otro tipo de fermentaciones.

COMPOSICION QUIMICA DE LAS MATERIAS PRIMAS

COMPOSICIÓN DE LA ZANAHORIA BLANCA

La zanahoria blanca (Arracacia xanthorriza Bancroft) forma parte del grupo de raíces y tubérculos que se cultivan en la región andina de Ecuador, Perú, Venezuela, Colombia y Brasil. En el Ecuador se la conoce como zanahoria blanca mientras que, en países como Perú y Colombia se la llama arracacha, racacha o virraca. En Venezuela en cambio se la conoce como apio criollo y en Brasil como mandioquinha-salsa, batata baroa o batata salsa (Mazón, Castillo, Hermann, & Espinosa, 1996). La zanahoria blanca es una raíz con alto valor nutricional, su mayor componente son los carbohidratos totales (27,04%) de los cuales 18,45% son almidones y 0,6% es fibra, contiene bajas cantidades de grasa (0,1%) y 1,25% de proteínas. Esta raíz contiene

19mg de calcio, 0,9mg de hierro 31mg de vitamina C en 100g de zanahoria blanca (FUNIBER, 2005).

cuadro a. Composición de la naranja entera y la cáscara de naranja

referido a peso seco (excepto la humedad

cuadro 1.Composición química de zanahoria blanca, datos expresados en

base seca – muestra entera

Cuadro 2. Síntesis de la Composición Química de la zanahoria blanca (Arracacia xanthorrhiza Bancroft)

Fuente: Benalcázar (2006)

Fuente: Espín et al. (2001) citado por Almeida (2017)

fuente: http://digibuo.uniovi.es/dspace/bitstream/10651/39252/3/TFM_ItziarRodriguezValiente.pdf

Cuadro 3. Características del almidón de zanahoria blanca

Fuente: Espin et al. (2001) citado por Alameida (2017)

COMPOSICIÓN DE LA YUCA

La yuca (Manihot esculenta) es uno de los tubérculos más tradicionales de los Andes, se caracteriza por su valor nutritivo ya que contiene entre 30-50% de carbohidratos, calcio, vitamina C, complejo B y fósforo, por lo que se consume considerablemente en el país (INIAP, 2016). Debido a su alto contenido de carbohidratos se han hecho varios estudios sobre la obtención de etanol y bioetanol a partir de la yuca. El rendimiento de este último fue de más del 50% en un estudio hecho en el 2014, gracias a la implementación de alfa-amilasas y glucoamilasas (Pervez, 2014).

cuadro 4. Características físicas de la yuca (Manihot esculentum) variedad guayape

El rendimiento en la obtención de almidón de yuca (Manihot esculentum) variedad guayape fue de 14% por porción comestible. Eguez et al., (1990)

reportó rendimientos por porción comestible en yuca 16.6%, la diferencia entre el rendimiento en la yuca variedad guayape y la yuca mencionada se

debe a que son variedades diferentes, el método de extracción, así como también debido a un incremento de agua antes de cosecha que ocasiona

menores contenidos de almidón en la yuca (Moreno y Gourdji, 2015)

Fuente: Jimenez y Martinez (2016)

cuadro 5 .rendimiento porcentual de almidon a partir de yuca dulce (manihot esculenta)

cuadro 6.composicion de la yuca dulce

Fuente: tablas peruanas de los alimentos citado por de la cruz y Lincoln (2017)

Cuadro 7. Composición de almidon de la cascara de yuca

CONTENIDO DE AMILOSA Y AMILOPECTINA

En el almidón de yuca (Manihot esculentum) variedad guayape, se obtuvo un contenido de amilosa aparente de 21,5 % y un contenido de amilosa total de 22,6%. Según Ríos (2014) en su investigación reporto un contenido de amilosa en almidón de yuca de 23,88%; Hernández et. al., (2008), en su investigación hace mención que el contenido de amilosa en almidón de yuca es de 17%. Así mismo en el almidón de mandioca o yuca existe un amplio rango de valores reportados por otros autores: Swinkels (1985) y Hung y Morita (2005) informaron que contiene 17% de amilosa; mientras que Aryee et. al., (2006) trabajando con 31 variedades de mandioca encontraron que mismo varió entre 10,9 y 44,3%. Estas diferencias podrían estar relacionadas con las variedades de mandioca empleadas, las condiciones de crecimiento del cultivo como así también el método de cuantificación utilizado

pag 68)

cuadro 9.Composición fisicoquímica del almidón la yuca

(Manihot esculentum) variedad guayape

cuadro 8. Composición química de los almidones de makal, camote,

yuca y sagú, comparados con otras fuentes.

Fuente: Hernández Medina et al. ( 2008) ; y Betancur (2001) citado por Jimenez y Martinez (2016)J

Fuente:Jimenez y Martinez (2016)

Hidrólisis quimica

fig 1.Reacciones que ocurren durante la hidrólisis frutas

Hidrólisis de los residuos para su fermentación

hidrolisis enzimatica

hidrolisis acida

el almidón es previamente separado y purificado,haciendole un pretratamiento fisico,quimico y biolgico. se somete a una serie de procesos cuya tecnología es bien conocida y utilizada; y que comprende en resumen tres etapas: gelatinización, licuefacción y sacarificación.

El almidón sometido a hidrólisis ácida, ya sea con ácido clorhídrico (comúnmente utilizado) o ácido sulfúrico, sufre una serie de modificaciones, en donde las regiones amorfas asociadas con moléculas de amilopectina, son más susceptibles a la degradación que las regiones cristalinas.El porcentaje de degradación depende de la concentración del ácido, de la temperatura y del tiempo de hidrólisis.

“DETERMINACIÓN DEL RENDIMIENTO DE GLUCOSA POR

HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA DE ALMIDONES DE YUCA

(Manihot esculenta), CAMOTE (Ipomoea batatas) Y PAPA (Solanum tuberosum)”

2. licuefaccion

3. sacarificación

1. Gelatinización

se emplea la enzima glucoamilasa

se emplea la enzima alfa amilasa

• se realiza un cocimiento del almidón antes de la adición de dichas enzimas

La sacarificación se realizó con la adición de la enzima glucoamilasa a 65°C, con ajuste de pH a 4.8 y durante un tiempo de 24 horas.

• con la enzima alfa amilasa se realizó a 70°C, con ajuste de pH a 6.0 y durante un tiempo de 120 minutos.
• La alfa amilasa se desactiva bajando el pH hasta 2.5 con HCl (5N), durante 1 minuto; y luego se sube hasta pH 4.5 con NaOH(5N).

• El grado de gelatinización es un parámetro importante que se ve afectado por la temperatura, la presión, la concentración de almidón y el tiempo de tratamiento

Hidrolisis hidrotermica

Hidrolisis basica

• La viscosidad suele ser menor después del tratamiento con calor, debido a que los gránulos de almidón se mantienen intactos en su mayoría, y la amilosa solubiliza pobremente

ESTUDIO DE LA VARIEDAD ÓPTIMA DE ALMIDÓN DE YUCA

(manihot esculenta) PARA LA PRODUCCIÓN DE ETANOL POR

HIDRÓLISIS Y FERMENTACION

el almidón fue tratado con HCI 12N y a una temperatura constante de 95 oc en baño maría en un tiempo de cinco horas y media, se toma como variables independientes a la concentración de almidón y el pH. Los valores máximos y mínimos se tomaron de la literatura.

El proceso de hidrólisis de las cinco variedades de almidón de yuca

se llevó a cabo con las condiciones óptimas determinadas en la

segunda etapa (determinación de la mejor relación concentración de

almidón- pH)

POR EJEMPLO:

Se calentó la mezcla de agua-almidón a

90 °C durante 30 minutos. La agitación se reguló a 300 rpm

cuadro 10. variedades y ubicación de las raíces de yuca extraídas

Este tipo de hidrólisis consiste en mezclar la biomasa con agua y someterla a unas elevadas condiciones de presión y temperatura. Las condiciones de presión y temperatura, así como la relación entre la masa de material y el volumen de agua empleado, cambian el grado de degradación final de la materia.

Se lleva a cabo tratando el material con una base diluida donde se sumerge el material lignocelulósico, a unos 60ºC durante unas 24 horas. Entre las bases que más se emplean se encuentran los hidróxidos de sodio, potasio, calcio y amonio. Las disoluciones de álcalis fuertes dan lugar a hidrólisis alcalinas, degradación y descomposición de polisacáridos y rotura de radicales finales

Degradación hidrotérmica del olote en

condiciones subcríticas y la identificación

de los productos químicos de valor

agregado

En la presente investigación se estudió el efecto de un pretratamiento hidrotérmico del olote bajo

condiciones subcríticas (160, 230 y 300°C, presión de 1.2, 3.7 y 84.8 atm y tiempos de 30, 45 y 60

min) con el propósito de solubilizar la porción de hemicelulosas, principalmente xilanas, y generar

grupos carboxilos y aldehídos, útiles para la fijación de nitrógeno en una posterior reacción de

condensación con urea.

PRETRATAMIENTO DE HIDRÓLISIS

HIDROTÉRMICA PARA LA

DEGRADACIÓN DE LOS

CARBOHIDRATOS COMPLEJOS DE

RESIDUOS DE FRUTAS PARA LA

OBTENCIÓN DE BIOETANOL

Las muestras trituradas y diluidas con agua destilada en proporción S:L 1:1 se introducían en botellas de cristal de 250 ml de capacidad que a su vez se introducían en el autoclave a una temperatura determinada (120, 128 y 135ºC) durante 5 minutos. A continuación las muestras se colaban y centrifugaban (4ºC, 10.000 xg y 25 minutos) con el fin de separar la fracción líquida, que se conservó en congelación hasta su posterior análisis.

LEVADURA

El microorganismo empleado fue la levadura, Saccharomyces cerevisiae, que por su bajo pH evita el crecimiento de otros microorganismos no deseados se llevo a una temperatura de 30 ºC

figura 4. Diagrama de flujo para la obtención de rodajas de zanahoria

RESULTADOS Y DISCUSIONES

De acuerdo a los resultados obtenidos en el análisis, el tratamiento que proporciona mayor cantidad de grados brix iniciales (mosto) es el que contiene 50% yuca y 50% zanahoria blanca con un tiempo de cocción de 40 minutos.

Al tener en cuenta el material con el que se realizó la fermentación, para materiales amiláceos se realizó un pretratamiento para obtener los azúcares disponibles para la levadura.

Se realizó la hidrólisis enzimática siendo más eficiente debido a las enzimas que son extraídas y se pueden adquirir como las alfa amilasas y glucoamilasas.

cuadr 14. Sólidos Solubles de la zanahoria blanca.

Fuente: Benalcázar (2019)

Tabla N° 1.4: Composición química de los almidones de

yuca, camote y papa

Fuente: Betancur (2001)citado por Romero y Ramos (2017)

La relación amilosa/amilopectina para una hidrólisis en condiciones óptimas de trabajo debe ser de 12/88, en donde a menor relación amilosa/amilopectina, mayor rompimiento de enlaces endo -1,4, glucosídicos obteniéndose un mayor rendimiento en la producción de glucosa libre. El porcentaje de amilosa de la yuca obtenido fue de 18% de amilosa y 82% de amilopectina (18/82), por lo que podría resultar favorable trabajar con almidones de alto porcentaje de amilosa

segun Ramos y Romero (2017) ,El almidón sometido a hidrólisis ácida, ya sea con ácido clorhídrico (comúnmente utilizado) o ácido sulfúrico, sufre una serie de modificaciones, en donde las regiones amorfas asociadas con moléculas de amilopectina, son más susceptibles a la degradación que las regiones cristalinas. Los enlaces alfa-D-1,4, tanto de la amilosa como de la amilopectina, son menos estables al ataque del ácido que los enlaces alfa-D-1,6. El rompimiento de los enlaces no ocurre al azar, ya que al realizar la hidrólisis ácida, el primer producto en aparecer es la D-glucosa, seguida de disacáridos y trisacáridos. Esto se debe a que los enlaces terminales de las moléculas son rápidamente hidrolizados, y por tanto aparece inicialmente laglucosa. El porcentaje de degradación depende de la concentración del ácido, de la temperatura y del tiempo de hidrólisis.

al tener mayor porcentaje de amilopectina , hay mayor cantidad de azucares que se producen al hacer una hidrolisis acida , pues son mas estables al ataque del acido.

Para lograr esto se empezó trabajando con una concentración de almidón del 20%, suministrándose en el proceso de hidrolisis dosis de HCl a concentraciones de 0.7% a 2.7% y tiempos de reacción de 110 a 230 minutos.

se observan los 11 ensayos o tratamientos y sus valores codificados y reales con su respuesta de rendimiento porcentual de glucosa, siendo el mayor valor obtenido de 9.3645% a las condiciones óptimas de concentración de HCl 1.70%(v/v) y tiempo de reacción de 230 minutos (ensayo 8). El menor rendimiento porcentual de glucosa se logró con la concentración de HCl de 0.7%(v/v) y tiempo de reacción de 170 minutos

la combinación de concentración de HCl (1.65 – 2.3% v/v) y tempo de reacción (215 - 240 minutos) que representan los valores óptimos, para lograr los mayores valores de rendimiento de glucosa en el jarabe

Factor A: porcentaje de almidón en la suspensión

Nivel a0 = 20%

Nivel a1 = 25%

Factor B: tiempo de hidrólisis con la alfa amilasa

Nivel b0 = 1 hora

Nivel b1 = 1.5 horas

Las variables estudiadas fueron: el porcentaje de almidón en

la suspensión (20% y 25%) y el tiempo de hidrólisis con alfa amilasa (1h y 1.5h); se seleccionó estas dos variables porque afectan directamente a la cantidad de azúcares formados (°Brix).

se observa que el proceso de fermentación de cada tratamiento inicia con diferente °Brix, entre 24 y 33°Brix,

las zanahorias y la levadura de cerveza se desechan en grandes cantidades en la provincia de Santa Fe, Argentina.

Valorización de los descartes de zanahoria y levadura para la obtención

de etanol

extraer su jugo a través de un tratamiento continuo de molienda, compresión y filtración. Este jugo de zanahoria fue mosto de zanahoria (CM) y su contenido promedio de azúcar fue de 85 ± 2.6 g /L

tratamiento térmico con vapor, se realizaron las siguientes condiciones: 70 ° C, 20 min; 100 ° C, 20 min; 115 C, 15 min y 121 C, 10 min. Se añadió melaza de caña (Melrico, Abuin & Co) para aumentar el contenido de azúcar.