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SACARIFICACION ENZIMATICA
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Características del proceso
• Proceso de elevado rendimiento
• Pueden desarrollarse procesos a régimen continuo
• Permiten acoplarse con procesos de destilación continua
• Los procesos son altamente reproducibles
• Pueden mecanizarse completamente
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L etanol/100Kg almidón %Estequimetrico 72 100
Max. obtenible 68.4 95
Estandar industrial 62 - 65 86 - 90
Rendimiento en producción de etanol
Un 5% de almidón se pierde en la producción de biomasa de levaduras y en la formación de subproductos de la fermentación
GlicerolAcido succínicoAcido PiruvicoAcidos organicos
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Estándares de distintas materias primas
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Estructura del almidón
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Diagrama de producción de etanol por sacarificación enzimática
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La operación de la gelatinizacion
• El almidón se encuentra en los tejidos en forma de granulo de distinta forma y tamaño
• Lo granos están recubierto por polifosfatos
• El almidón en los gránulos está altamente replegado sobre si mismo (estratificado)
En esas condiciones las enzimas amilasas presentan una baja actividad
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La gelatinización del almidón
• Cuando el almidón es tratado con agua caliente los granos de almidón absorben agua y gradualmente cambian su estructura, dispersándose en la solución
• Este proceso es denominado
GELATINIZACION
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Temperatura de gelatinización
• Una mayor temperatura determina– Aumento de la velocidad de ge latinización y rendimiento– Aumento de la velocidad de hidrólisis enzimática– Disminución de la viscosidad– Aumento de la filtrabilidad del mosto
• Pero un aumento en la demanda de energía
• Con algunas materias primas la velocidad optima de gelatinización es solo obtenida a temperaturas a las que la enzima es muy poco estable
• Lo anterior se soluciona separando las etapas de gelatinización y licuefacción solo se puede hacer con medios de baja concentración de materia seca
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Etapas de la degradación del almidón
• La degradación del almidón gelatinizado cuenta de dos etapas – Licuefacción – Sacarificación
• La primera etapa se remite a bajar la viscosidad de la pasta obtenida, esta etapa es critica
• Si la pasta de elevada viscosidad se enfría, se produce una cristalización de la amilosa la que se torna insoluble (almidón retrogradado).
• La amilosa en estas condiciones constituye una perdida ya que no es hidrolizada por las enzimas
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Licuefaccion
• Se efectúa por medio de la actividad de un α-amilasa, las hay de distintos orígenes y con distinta tolerancia a la temperatura
• La α-amilasa en una endo enzima que corta en forma al azar el almidón en los enlaces α-1,4, tanto de amilosa como de la amilopectina.
• Su producto son dextrinas de distinta estructura (lineales y ramificadas).
• Esta actividad baja de manera rápida e intensa la viscosidad de la pasta de almidón
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Sacarificación
• Se realiza por medio de una enzima que actua frente a cualquiera de los dos tipos de enlaces presentes. Se denomina:– Glucoamilasa o Amiloglucosidasa
• Es una exo enzima ya que opera en los terminales de las cadenas produciendo cada vez una molécula de glucosa
• En algunos países se conoce como spiritzime o spiritamylase
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Fuentes de amilasa
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Fuentes y tipos de enzimas utilizados
• Las enzimas provienen de bacterias y de hongos– Amilasa termosensible (BAN) de origen bacterial
Bacillus subtilis– Amilasa termoresistente obtenida a partir de Baciluus
licheniformes– Amiloglucosidasa Aspergillus niger
• Las formulaciones son liquidas de alta concentración
• Pueden ser almacenadas por unos 3 meses a 25º C sin perdida de actividad
• A 5º C su duración se extiende hasta un año
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Efectos del calcio sobre la estabilidad de las amilasas
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VALORES OPTIMOS DE LA AMILASA BACTERIANA NORMAL
TEMPERATURApH
Sustrato: almidón soluble 5 g/LPh 5,7
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VALORES OPTIMOS DE LA TERMAMYL
TEMPERATURA pH
Sustrato: almidón soluble 5 g/LPh 5,7
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TEMPERATURA pH
Efecto de Temperatura y pH sobre la actividad de la AMILOGLUCOSIDASA
Sustrato 30% de maltosaPh 4,5
pH
Temp =55 º
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Tipos de procesos
• Los procesos puede desarrollarse en régimen discontinuo y continuo
• Pueden también diferenciarse respecto del porcentaje de materia seca utilizado en proceso– Baja MS (15 a 20%) produce mostos con un
alcohol potencial de 9 a 11 º GL.– Procesos de alta MS 30 a 35% son
problemáticos de tratar por su elevada viscosidad, pero consumen menos energia
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Consumos de energía en procesos discontinuos y continuos
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Proceso discontinuo de sacarificación
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Procesos continuos
• Están constituidos de tres etapas– Pre-licuefacción solo se logra una
gelatinización parcial para bajar la viscosidad– Gelatinización a elevadas temperatura– Post licuefacción
• En estos procesos se logra una elevada recuperación de energía a través de intercambiadores de calor y recompresión de los vapores
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Factores de la sacarificación
• Disgregación de la material a sacarificar• Concentración de materia seca• Concentración de ión Ca+2 en el pasta: incrementa la
estabilidad de la amilasa a elevadas temperaturas• Ph: pH menor a 6 reduce la estabilidad de la amilasa,
especialmente a temperaturas elevadas• Un pH mayor a 5 - 5,5 reduce la velocidad de
sacarificación y de fermentación• Por ello el pH del mosto se ajusta con álcali en la etapas
de licuefacción y con acido en la de sacarificación y fermentación.
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Proceso continuo de sacarificación
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Procedimiento continuo de sacarificación
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Su principal problema es la elevada viscosidad al gelatinizarse el almidónSe debe utilizar enzima de alta estabilidad térmicaLa estabilidad de la enzima se logra con ajuste del pH a 6 – 6,5 y una concentración de Ca de a los menos 50 ppm
Proceso con elevada concentración de materias seca
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Dosificación de las enzimas
• Depende de variados factores:– Valor de pH óptimo (depende de la enzima)– Niveles de temperatura – Concentraciones de ión Ca+2
– Concentración de materia seca– Velocidad necesaria de sacarificación
• La dosis se expresan en porcentaje respecto del peso de almidón. Ellas van de: 0,01 a 0,06%
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FERMENTACION
• Por razones de economía la mayoría de los procesos son también continuos
• Determina que las velocidades de sacarificación y de fermentación deben estar en una relación constante.
• La fermentación por ser un proceso biológico es difícil de mantener a un velocidad constante se debe controlar la concentración de azucares, de nitrogeno y vitaminas.
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Factores del comportamiento fermentativo
• Temperatura concentración de solutos fermentativos
• Concentración de enzima glucoamilasa
• pH
• Nutrimentos para la levadura
• Aireación del mosto
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Temperatura de fermentaciónDepende de las condiciones de pH del mosto
sacarificado (5.0 ± 0,5)
• La velocidad de reproducción de las levaduras aumenta hasta una Tº de 30 º C
• La velocidad de fermentación aumenta hasta los 35º C dependiendo de la cepa de levadura
• La fermentación completa de la glucosa se realiza en 24 a 30 horas
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DESTILACION CONTINUA