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FERMENTACION DE LA PANELA – OBTENCION DE ALCOHOL ETILICO
FRANK URIEL SUAREZ LIZARAZO, MARIA FERNANDA MARTINEZ, GUSTAVO FILETE, ARMANDO LEON.
INTRODUCCIÓN
La fermentación alcohólica, es un proceso biológico de respiración anaerobia o también llamada respiración intramolecular. Es una de las principales etapas que transforman el zumo endulzado, en un líquido con determinado contenido de alcohol etílico; esta práctica se realizó con el objetivo de obtener alcohol etílico, realizando una serie de procesos que tomo aproximadamente una semana, haciendo fermentar panela con levadura en un recipiente sellado a una temperatura ambiente, pero acelerando este con Sulfato de amonio para luego llevar este fermentado a un montaje de destilación que no sobre paso los 85°C con el cual se obtuvo el alcohol etílico, al cual se le determino la densidad con el uso del picnómetro y se le realizaron algunas pruebas para alcoholes las cuales dieron positivas confirmando así que si se obtuvo alcohol etílico ( al 76%). Gracias a las levaduras presentes en el zumo, los azucares son transformados en un cierto número de etapas en etanol y anhídrido carbónico según la ecuación de Gay – Lussac [C 6 H 12 O C 2 H 5 OH + 2 CO 2 + ATP. durante el proceso de fermentación uno de los productos más precisamente el CO 2 escapa constantemente, mientras que el alcohol etílico se va acumulando.
PALABRAS CLAVES: fermentación, levadura, panela, alcohol etílico.
MARCO TEÓRICO
La fermentación es un proceso en el cual los compuestos orgánicos se descomponen en otros más sencillos por acción de las enzimas (fermentos). Está constituida por reacciones de oxido- reducción productoras de energía. Para que un compuesto sea fermentable ha de producir compuestos intermedios oxidables y reducibles. Estas condiciones las cumplen los azúcares por lo que son los compuestos universales y fácilmente utilizados por los organismos fermentadores. El alcohol etílico puede producirse por fermentación de carbohidratos como glucosa, fructosa y manosa, que a su vez se obtienen de otros azúcares y almidones.
Una enzima convierte el carbohidrato en glucosa y otra trasforma esta última en alcohol etílico. CH 3 – CH 2 - OH La fermentación alcohólica se usa para la fabricación de alcohol e interviene en la preparación de bebidas fermentadas (vino, cerveza, sidra, etc.) y destiladas y en la panificación. La fermentación etílica es un proceso biológico de fermentación que no ocupa oxígeno en forma de gas (O2), se debe a la actividad de algunos microorganismos que procesan los hidratos de carbono para obtener alcohol en forma de etanol, dióxido de carbono en forma de gas y moléculas de ATP que consumen los propios microorganismos en su metabolismo celular energético anaeróbico. Es una función vital que
realizan los seres vivos con el fin de obtener la energía que necesitan y consiste en la entrada de oxígeno y la salida del dióxido de carbono.
C 6 H 12 O 6 + 2 Pi + 2 ADP → 2 CH 3 - CH 2 OH + 2 CO 2 + 2 ATP + 25.5 kcal
Sabemos que por el proceso de la respiración aerobia, es decir con presencia de oxígeno, se producen 38 moléculas energéticas de ATP (Adenosisn tri fosfato), por cada molécula de glucosa, mientras que en la fermentación solo se obtienen 2 moléculas de ATP.
“Una bebida que se hace a partir de la panela es una variante del guarapo que es una bebida alcohólica producto de la fermentación alcohólica del agua de panela , muy popular en Colombia.”
Las levaduras son hongos, unicelulares, microscópicos. Se alimentan de azúcares de los que obtienen energía en el proceso denominado fermentación. Hay diferentes tipos de fermentación (alcohólica, láctica, acética) según cuál es el organismo que la realice y las sustancias que existen en el medio de cultivo.
Este tipo de respiración la realizan también las células musculares de los animales y toma el nombre de fermentación láctica, cuyo producto final es el ácido láctico. Ocurre cuando el aporte de oxígeno a las células no es suficiente para la respiración aerobia y la contracción muscular, debido por ejemplo a los ejercicios intensos de los deportistas y jugadores. Debido a la formación del ácido láctico en las células musculares se produce dolor y calambre en los músculos de los deportistas.
Las levaduras son cuerpos unicelulares (generalmente de forma esférica) de un tamaño que ronda los 2 a 4 μm y que están presentes de forma natural en algunos productos como las frutas, cereales y verduras. Son lo que se denominan: organismos anaeróbicos facultativos, es decir que pueden desarrollar sus funciones biológicas sin oxígeno. Se puede decir que el 96% de la producción de etanol la llevan a cabo hongos microscópicos, diferentes especies de levaduras, entre las que se encuentran principalmente Saccharomyces cerevisiae , Kluyveromyces fragilis , Torulaspora y Zymomonas mobilis. (1)
USOS DE LA FERMENTACION
El empleo principal de los procesos de fermentación por parte del ser humano ha ido dirigido, desde muy antiguo, a la producción de etanol destinado a la elaboración de bebidas alcohólicas diversas. Esta situación cambió en el siglo XX ya que desde la crisis del petróleo de los '70 los estudios e investigaciones acerca de posibles combustibles alternativos ha sido de gran interés para los gobiernos de todo mundo. Dentro de los estudios de biotecnología se ha intentado emplear el etanol resultante de la fermentación alcohólica de los desechos agrícolas (biomasa) en la obtención de biocombustibles (bioetanol) empleados en los motores de vehículos. Se ha intentado centrar los estudios en los reactores de fermentación continua con la esperanza de poder obtener no sólo grandes cantidades de etanol, sino que se aumente la eficiencia de los mismos. La investigación acerca de los substratos más adecuados, así como el empleo de levaduras de alto rendimiento es objeto de constante estudio. El etanol fue uno
el vino (alrededor de un 13 %), la cerveza (5 %), los licores (hasta un 50 %) o los aguardientes (hasta un 70 %).
El etanol puede afectar al sistema nervioso central, provocando estados de euforia, desinhibición, mareos, somnolencia, confusión, ilusiones (como ver doble o que todo se mueve de forma espontánea). Al mismo tiempo, baja los reflejos. Con concentraciones más altas ralentiza los movimientos, impide la coordinación correcta de los miembros, pérdida temporal de la visión, descargas eméticas, etc. En ciertos casos se produce un incremento en la irritabilidad del sujeto intoxicado como también en la agresividad; en otra cierta cantidad de individuos se ve afectada la zona que controla los impulsos, volviéndose impulsivamente descontrolados y frenéticos. Finalmente, conduce al coma y puede provocar muerte.
La resistencia al alcohol no parece aumentar en las personas adultas, de mayor peso y de menor altura, mientras que los niños son especialmente vulnerables. Se han comunicado casos de bebés que murieron por intoxicación debida a la inhalación de vapores de etanol tras haberles aplicado trapos
impregnados de alcohol. La ingesta en niños puede conducir a un retardo mental agravado o a un subdesarrollo físico y mental. También se han realizado estudios que demuestran que si las madres ingerían alcohol durante el embarazo, sus hijos podían ser más propensos a tener el síndrome de alcohólico fetal. (2)
MATERIALES Y REACTIVOS
Un frasco de 1 L 1 equipo de destilación simple Una probeta de 100mL Un Erlenmeyer de 250mL Un picnómetro Una pinza de madera 6 tubos de ensayo 1 capsula de porcelana Sulfato de amonio 1 panela rayada Levadura para pan Reactivo de Lucas H2SO4 10 % KMnO4 al 0.5 % K2Cr2O7 al 1 % sodio metálico éter NaOH 5 %
PROCEDIMIENTO
FERMENTACION DE LA PANELA
Se colocó en un frasco de 500ml media panela rayada, una papeleta de levadura, 2,5 gramos de (NH4)2SO4 y agua hasta alcanzar las ¾ partes del volumen del recipiente; se tapó el frasco. Se dejó la mezcla por un espacio de 7 días agitándolo de vez en cuando.
OBTENCION DEL ALCOHOL ETILICO Se adiciono el equipo para destilación, tal como se muestra en la imagen.
Se vertió la mezcla de fermentación en el balón de destilación de 1 litro, hasta alcanzar la mitad de su volumen. Se ajustó el equipo de destilación simple y se procedió a destilar de manera que la temperatura no fuese más de 85°C. Ya obtenido el alcohol se procedió a realizar pruebas de: Combustibilidad: se colocó 1mL del alcohol obtenido en una capsula de porcelana y se le acercó un mechero. Solubilidad en agua : Se agregó 0,5 ml del Alcohol y 0,5 ml de agua destilada en el tubo de ensayo, se agito y se observó la solubilidad. Ensayo de Lucas: Se colocó 0,5 ml del alcohol y 3 ml del reactivo de Lucas en el tubo, se agitó fuertemente y registró el tiempo de la aparición de turbidez. Oxidación con solución de KMnO4 al 0.5 % (p/v): Se colocó 0,5 ml del alcohol, 2,5 ml de agua destilada y se acidulo con 1 ml de H2SO4 10 % (p/v), luego se añadió 2 gotas de solución de KMnO4 al 0.5 % (p/v), se observó. Oxidación con K2Cr2O7 al 1 % (p/v): Se colocó en un tubo de ensayo 1 ml del alcohol, 2 gotas de H2SO4 al 10 % (p/v) y 2 gotas de K2Cr2O7 al 1 % (p/v), se agito fuertemente y observó. Prueba con Na metálico : En un tubo se adicionó 1 ml del alcohol y se agregó un trozo pequeño de sodio metálico se enfrío la solución y se observó. Luego se añadió un volumen igual de éter.
Prueba con NaOH al 5 % (p/v): Se colocó en un tubo 1 ml del alcohol, 2 ml de NaOH 5 % (p/v), se agitó, dejó reposar y observó.
RESULTADOS Y ANALISIS.
Se logró el objetivo de la práctica obteniendo alcohol etílico a partir de la fermentación de la panela acelerada gracias al sulfato de amonio empleado como activador de la fermentación, reservado a las operaciones fermentarías. Aporta ión amonio directamente asimilable por las levaduras (3); la panela se fermento gracias a la levadura, que son microorganismos unicelulares que obtienen energía disociando las moléculas de glucosa gracias a una enzima responsable de convertir los hidratos de carbono en etanol y dióxido de carbono llamada zimasa. Los sacáridos sufren una glucólisis por efecto enzimático, generándose el ácido pirúvico este luego es atacado por la piruvatodescarboxilasa, la cual lo lleva a acetaldehído y CO2, sobre el acetaldehído actúa en alcohol- deshidrogenasa la cual lo lleva a alcohol. De ese fermento se extrajo el alcohol gracias a un sistema de destilación simple controlando la temperatura para no dejar pasar de 85°C así evitando obtener sustancias distintas a la que se buscaba, de los 250mL del fermento puesto a destilar se tomó 20mL de alcohol como muestra para realizar las pruebas expuestas en el procedimiento.
Tabla 1. Resultados de pruebas.
PRUEBA DESCRIPCION Combustión Positiva, hubo llama Solubilidad en agua
soluble
Ensayo de Reacción lenta
volumen, realizando los cálculos para hallar la densidad de un líquido se obtuvo que su densidad fuera de 0,91g/mL este valor debido a que su porcentaje de pureza fue 76% de alcohol y 24% de agua. Estos porcentajes obtenidos luego de haber tomado 5mL del alcohol obtenido depositándolo en un recipiente y acercándole fuego para su combustión, terminada la reacción se observo que quedo un residuo de agua de 1,2mL correspondiente al 24% quedando 3,8mL (76%) correspondientes al alcohol que reacciono.
CONCLUSION
Una excelente forma de obtener alcohol etílico es por fermentación que son metabolitos producidos por levaduras que degradan carbohidratos en glucosa, obtenido para usos comúnmente comerciales.
BIBLIOGRAFIA
https://es.wikipedia.org/wiki/Fermentaci% C3%B3n_alcoh%C3%B3lica (1) https://es.wikipedia.org/wiki/Etanol (2) http://www.diccionariodelvino.com/index. php/amonio-sulfato-de-/ (3) https://mx.answers.yahoo.com/question/i ndex?qid=20130222234757AAGOoPU (4)
ANEXOS
IMAGEN 1.
Fermentado de la panela en punto
de ebullición inferior a 85°C, en
el montaje de destilación.
IMAGEN 2.
Recolección del alcohol etílico del montaje de destilación. Primeras gotas fueron a los 77°C.
IMAGEN 3.
Prueba de combustión del alcohol etílico.
