Descripción global del proceso.
El alcohol etílico, es un producto obtenido por fermentación de carbohidratos en presencia de un microorganismo que actúa sobre ellos produciéndolo con desprendimiento de CO2. Es decir que se requiere de una fuente de carbohidratos, como los azúcares, mas especificamente la melaza. Como microorganismo actúa generalmente levaduras.
La melaza, inicialmente es esterilizada y luego diluida con agua, para facilitar el desdoblamiento de los azúcares, y posibilitar la acción de las levaduras, las cuales requieren condiciones específicas para su actividad. Lo anterior se conoce como preparación del mosto. Luego el mosto pasa a fermentación por medio de la inoculación de levaduras. De allí se obtiene un mosto rico en etanol, que es el producto que se va a separar y a rectificar en etapas posteriores.
Seguidamente la mezcla pasa a proceso de destilación cuyo fin es separar convenientemente el etanol. Para ello se dispone de una serie de columnas como la destrosadora, agotadora y columna concentradora, antes de llegar el proceso final de rectificación.
En la primera columna de destilación se separa una corriente de impurezas conocida como vinazas, y se continua con la otra corriente denominada flemazas, que tiene un contenido rico en alcohol.
PRODUCTOS
Los principales productos que se obtienen en este proceso son:
- ALCOHOL ETILICO.
El producto principal del proceso de fermentación es el alcohol etílico con una pureza del 96% en volumen y se conoce comercialmente como etanol, alcohol rectificado, alcohol neutro, o espíritu de vino. Se usa principalmente en la elaboración de bebidas alcohólicas, y algunas veces como solvente y en la industria farmacéutica y de cosméticos
- ALCOHOL IMPOTABLE.
Contiene menor grado alcohólico -variando entre 70 y 90 %- y algunas impurezas como aldehídos, cetonas ésteres y metanol lo que lo hace no apto para el consumo humano. Se utiliza, entre otros, en la preparación de lociones y como disolvente en industria de pinturas.
- ACEITE FUSEL.
Se obtiene en muy pequeña escala, esta formado de una mezcla de alcoholes como isopropilico y n-propilico; isobutilico y n-butilico; isoamílico y d-amílico. Son tóxicos y se ha demostrado efectos nocivos sobre el cuerpo humano, razón por la cual deben ser retirados del alcohol etílico. También se les conoce como congéneres.
- DIOXIDO DE CARBONO.
Se obtiene de la reacción general de la fermentación como producto secundario de la misma, y se extrae por la parte superior del fermentador.
Entradas al proceso de producción.
Para producir alcohol etílico se puede seleccionar cualquier producto que contenga azúcares o carbohidratos fácilmente transformables en azúcar fermentable.
La melaza: Se aplica el término de melaza al efluente final que se obtiene de la preparación del azúcar mediante una cristalización repetida. La formación de melazas se presenta cuando cesa la cristalización del azúcar; este cese en la cristalización puede deberse a:
- Disminución del grado de cristalización que depende tanto de la velocidad a la que son transportadas las moléculas de azúcar disueltas a la superficie de los cristales como al grado de integración a la red de cristales.
- Influencias mutuas de la solubilidad en el sistema: agua-azúcar-sales o componentes no azúcares.
Composición de las melazas de caña. Las melazas están compuestas generalmente de azúcares, compuestos no azucarados, compuestos orgánicos y agua, análisis que corresponde a un promedio general ya que la composición de dichas melazas depende de las condiciones de producción del azúcar de la industria de donde provienen.
Una composición más específica sobre los constituyentes de las melazas se muestra en tabla 1.
Los Grados Brix son una medida del porcentaje de materia sólida en peso que contenga la solución a 20ºC.
La humedad se define como el contenido de agua de un alimento, y se muestra por la pérdida de peso que experimenta una muestra al desecarla a temperaturas próximas a los 100 ºC durante el tiempo necesario hasta que presenten peso constante (sustancia seca total).
TABLA 1. Requisitos de la melaza para fabricación de etanol.
|
REQUISITO |
GRADO 1 % peso |
GRADO 2 % peso |
|
Nitrógeno. Máximo |
- |
1.4 |
|
Azúcares totales. Mínimo |
48 |
48 |
|
Cenizas |
12 |
12 |
|
NaCl. Máximo |
- |
0.5 |
|
Humedad. Máxima |
- |
24 |
|
Grados Brix. Mínimo |
85 |
79.5 |
Propiedades fisicoquímicas de la melaza que afectan el proceso de fermentación para la obtención de alcohol etílico.
- Calor especifico: Depende de la temperatura, la concentración y la composición; Su valor disminuye al aumentar las concentraciones impuras de azúcar y aumenta linealmente con la temperatura. Esta propiedad es importante en el proceso de fermentación en la transferencia del calor.
- Viscosidad: varía por la calidad de la materia prima y en el contenido de sólidos; se ve muy influenciada por la temperatura. A medida que esta es mayor la viscosidad de la melaza disminuye; y la concentración de azúcares, al ser muy alta, aumenta el grado de viscosidad haciendo de la melaza un producto de difícil manejo. Esta propiedad es muy importante en el proceso por el transporte y bombeo que se requiere para empezar el proceso de fermentación.
Otras propiedades de las melazas, importantes en el proceso de fermentación, se muestran en la tabla 2 con sus valores máximo y mínimo de permisibilidad para su utilización en la industria licorera y tienen que ver más directamente con la adecuación del medio de reproducción y acción propiamente dichas de las levaduras.
TABLA 2. Otras propiedades de las melazas
|
PROPIEDAD |
Mínimo |
Máximo |
|
Peso específico |
1.39 |
1.44 |
|
pH (dilución 2 :1) |
4.5 |
6.00 |
|
ºBRIX |
79.35 |
91.60 |
Levaduras: El nombre genérico de levaduras se aplica a una multitud de microorganismos, los cuales tienen de común el carácter de clorofila y ser unicelulares y microscópicos.
El papel de la levadura en el proceso es fundamental ya que realiza el trabajo de descomposición o degradación de los azúcares presentes en la materia prima para obtener el producto que se desea y de las calidades requeridas. Realizan también el proceso de fermentación, cualquier alteración de sus características incide notablemente en la cantidad y calidad del producto final.
