universidad nacional de trujillo escuela acadÉmico

Facultad de Ingeniería Química

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA

“CARACTERIZACIÓN DE LOS DESECHOS ALCOHOLEROS

PARA LA OBTENCIÓN DE LEVADURA FORRAJERA”

TESIS

PARA OBTENER EL TÍTULO DE:

INGENIERO QUÍMICO

AUTORES : Br.: OSCAR LEONAR PAREDES CRUZADO

Br.: JOSE LUIS LLERENA PALOMINO

ASESOR : MsC. MANUEL VERA HERRERA

TRUJILLO – PERÚ

2011

Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/

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ÍNDICE

JURADO DICTAMINADOR

AGRADECIMIENTOS

INTRODUCCIÓN

RESUMEN

CAPÍTULO I : FUNDAMENTO TEÓRICO ................................................. 1

1.1 RESEÑA HISTÓRICA DE LA LEVADURA FORRAJERA ................. 1

1.2 PRODUCTOS QUE COMPITEN CON LA LEVADURA .................... 3

1.3 MOTIVOS DE AUMENTO DE CONSUMO Y DE LA PRODUCCIÓN

DE LEVADURA ................................................................................. 4

1.4 ESTIMACIÓN DE LA DEMANDA FUTURA DE LA LEVADURA....... 5

1.5 UTILIZACIÓN DE LA LEVADURA FORRAJERA.............................. 6

1.5.1 Usos de la levadura forrajera ................................................. 6

1.5.2 Levadura forrajera como alimento animal .............................. 6

1.5.3 Como alimento en la crianza de vacunos ............................... 7

1.5.4 Como alimento en la crianza caballar .................................... 8

1.5.5 Como alimento en la crianza de aves .................................... 10

1.5.6 Levadura forrajera como componente de alimento

balanceado ............................................................................. 11

CAPÍTULO II :SELECCIÓN DEL PROCESO ............................................ 13

2.1 PROCESOS PARA LA MANUFACTURA ........................................... 13

2.1.1 Proceso Thaysen ..................................................................... 13

2.1.2 Empleo de residuos de frutas .................................................. 14

2.1.3 Empleo de líquidos residuales ................................................. 15

2.1.4 Método a base de vinaza de melaza de caña de azúcar ......... 16



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2.1.5 Empleo de la melaza de caña de azúcar ................................. 17

2.2 SELECCIÓN DEL PROCESO ............................................................ 18

2.2.1 Proceso Thaysen contra empleo de residuos de frutas ........... 18

2.2.2 Proceso Thaysen contra empleo de líquidos residuales .......... 18

2.2.3 Proceso Thaysen contra método a base de vinaza ................. 19

2.2.4 Método a base de vinazas contra melaza de caña de

Azúcar ..................................................................................... 19

2.2.5 Selección de la cepa para el proceso a base de vinaza .......... 20

CAPÍTULO III : DESCRIPCIÓN DEL PROCESO ..................................... 22

3.1 GENERALIDADES ............................................................................. 22

3.2 COMPOSICIÓN DE LOS MOSTOS (VINAZAS) ................................ 22

3.3 CARACTERÍSTICAS DEL PROCESO ............................................... 24

3.3.1 Experiencias con vinazas ......................................................... 24

3.3.2 Experiencias con mezclas vinaza – melaza ............................. 26

CAPÍTULO IV : CONSIDERACIONES BÁSICAS IMPORTANTES .......... 31

4.1 FERMENTACIÓN .............................................................................. 31

4.1.1 Generalidades ...................................................................... 31

4.1.2 Efectos en el rendimiento ..................................................... 32

4.1.3 Índices de fermentación ........................................................ 33

4.2 SALES NUTRIENTES ........................................................................ 35

4.3 ESTERILIZACIÓN DE LA SOLUCIÓN VINAZA MELAZA ................. 37

4.4 RECUPERACIÓN DE LA LEVADURA ............................................... 37

4.5 CONCENTRACIÓN Y SECADO ........................................................ 39

4.5.1 La levadura y pared celular ................................................... 41

4.5.2 Trabajos investigativos ......................................................... 41



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4.6 CARACTERÍSTICAS DEL PRODUCTO FINAL ................................. 44

CAPÍTULO V : PRELIMINARES PARA LA PARTE EXPERIMENTAL

DEL PROCESO .............................................................................. 45

5.1 SELECCIÓN DE LA CEPA PARA EL PROCESO ............................. 45

5.1.1 Medio de vida más adecuado para la levadura

Candida utilis ....................................................................... 46

5.1.2 Condiciones de vida de la levadura C.U. .............................. 47

5.2 REPRODUCCIÓN DE LA CEPA, EN PLACAS PETRI ...................... 47

5.2.1 Repique de la cepa pura a las placas petri ........................... 47

5.3 PREPARACIÓN DE LA MATERIA PRIMA: VINAZA .......................... 50

5.3.1 ºBrix y razón de la mezcla vinaza – mezcla .......................... 53

5.4 ADITIVOS NECESARIOS PARA LA MEZCLA

VINAZA-MELAZA (SUSTRATO) .................................................... 53

5.5 AERACIÓN DEL SUSTRATO ............................................................ 55

5.6 SISTEMA DE AGITACIÓN ................................................................. 56

5.7 CONTROL DE LA TEMPERATURA .................................................. 56

5.8 CONTROL DEL pH ............................................................................. 57

5.9 CONTROL DE LA VIABILIDAD DE LA LEVADURA ........................... 57

5.9.1 Técnica de Conteo ................................................................ 57

CAPÍTULO VI ........................................................................................... 61

6.1 EJECUCIÓN DEL PROCESO ............................................................. 61

6.2 OBTENCIÓN DEL INÓCULO DE LEVADURA ................................... 63

6.3 MULTIPLICACIÓN DE LA LEVADURA .............................................. 64

6.3.1 Transferencia del inóculo activo al fermentador ................... 64

6.3.2 Control permanente de la evolución del proceso .................. 67



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6.4 PRIMERA CENTRIFUGACIÓN Y LAVADO DEL PRODUCTO ......... 74

6.5 CENTRIFUGACIÓN DEL PRODUCTO LAVADO .............................. 75

6.6 SECADO DE LA CREMA DE LEVADURA......................................... 75

6.7 PRODUCTO TERMINADO ................................................................ 76

6.8 PROCESO CONTINUO PARA LA PRODUCCIÓN DE

LEVADURA FORRAJERA .............................................................. 76

6.8.1 Procedimiento ....................................................................... 77

6.8.2 Control Fisico – Químico y Biológico ..................................... 77

6.8.3 Resultados ............................................................................ 77

CAPÍTULO VII : CONCLUSIONES ........................................................... 82

CAPÍTULO VIII : RECOMENDACIONES .................................................. 83

BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................... 84



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INTRODUCCIÓN

El hombre en su lucha por la supervivencia y aprovechando la

inteligencia comenzó a sacar provecho de estas fuerzas y así en las culturas

primitivas aparecen las primeras manifestaciones de utilización de

microorganismos en beneficio del hombre. La producción de bebidas

alcohólicas es el ejemplo más significativo.

Tanto los pueblos indo americanos como los egipcios y babilónicos

producían bebidas alcohólicas mediante la fermentación espontánea de los

granos. Es así que en el siglo pasado la fermentación se desarrolla tanto que

sube al rango de industria. Ahora en nuestro siglo el impetuoso avance de la

ciencia y la técnica introduce en la industria fermentativa nuevos

conocimientos, comenzó a desaparecer el empirismo que caracterizaban

esta industria.

En la actualidad los microorganismos son empleados en forma muy

diversa, las producciones farmacéuticas, la minería y la metalurgia, la

depuración de residuos, la industria de alimentos y la cosmonáutica son

campos donde los procesos microbiológicos realizan aportes.

Su alta especificidad y sus bajos requerimientos energéticos

aumentan, cada vez, más, pero actualmente existen instalaciones

industriales para la producción de levadura de panificación, vinagre, vinos de

frutos, levaduras forrajeras, etc.



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RESUMEN

Este trabajo está destinado a producir levadura forrajera, con alto

contenido proteico, par consumo exclusivo de animales y por consiguiente

las carnes de estos tornan más nutritivos para el hombre, de modo que

lograría cubrir en parte, las exigencias alimenticias de la población,

paralelamente esta primera exigencia se estaría logrando que los

subproductos de esta elaboración salgan del proceso con un contenido de

toxicidad casi nula, cumpliéndose con las exigencias de los organismos

encargados de la preservación del medio ambiente, se utiliza como materia

prima, las vinazas que salen como subproducto de la destilería de alcohol,

especialmente de la cooperativa de Laredo, transformándola en producto

asimilable por animales, para esta producción a nivel de planta piloto se

toma en cuenta los mismos parámetros, como si fuera a gran escala,

ajustándoles al nivel de producción deseado.

Es necesario sondear todos los medios posibles a fin de mejorar las

fuentes existentes de proteínas, ya que en el Perú no existe ninguna planta

productora de levadura alimenticia con elevada pureza para que satisfaga

las necesidades y cumpla con los requerimientos de no intoxicación del

medio ambiente con sus desechos de los organismos encargado del control

del medio ambiente y su sana preservación.



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ABSTRACT

This work is intended to produce fodder yeast, high-protein, par

exclusive consumption of animals and therefore the meat of these become

more nutritious to man, so that achieved partly cover the food requirements

of the population, parallel this first requirement will be making the products of

this drawing out the process with a content of toxicity almost zero, complying

with the requirements of the bodies responsible for the preservation of the

environment, is used as feedstock, stillage emerging as a byproduct of

distillery alcohol, especially cooperative Laredo, transforming it into

assimilable product for animals, for this production at pilot plant is taken into

account the same parameters, like large-scale ajustándoles the level of

desired production.

It is necessary to probe all possible means to improve existing sources of

protein, because in Peru there is no production plant nutritional yeast with

high purity to meet the needs and meet the requirements of not poisoning the

environment with its waste of agencies responsible environmental control

and healthy preservation.



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CAPÍTULO I

FUNDAMENTO TEÓRICO

LA LEVADURA FORRAJERA

1.1 RESEÑA HISTÓRICA DE LA LEVADURA FORRAJERA.

El uso de la levadura en alimentos se remonta dos mil años antes

de Cristo a los trabajos realizados desde los tiempos antiguos en una

panadería y en una fábrica artesanal de cerveza. Este hecho se

sustenta en exámenes microscópicos de los sedimentos contenidos en

las ánforas de cerveza halladas en tumbas, se ha revelado con toda

certeza que son células de levadura.

No se sabe exactamente cuando, el hombre atribuyó valor como

alimento a este producto rico en vitaminas y proteínas; pero si se

reconoció desde muy temprano el hecho, de que por secado e

inactivación, la levadura forrajera se hacía más digerible, conociéndose

pues los peligros del uso de levadura fresca, fácilmente descomponible.

La principal razón del valor alimenticio disminuye en la levadura

fresca, que por un lado tiene una marcada acción laxativa y por el otro

sus vitaminas no son absorbidas. El uso de levadura fresca, sólo tuvo

importancia local, alcanzó mayor importancia cuando se dispuso de

métodos de secado más eficientes que permitieron la obtención de una

levadura de duración prácticamente indefinida.



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Los demás procesos de conservación que no sea por secado

tiene una importancia secundaria, ya que el producto pulverizado es de

más fácil manejo. Un almacenamiento por largos periodos no disminuye

su poder vitamínico ni de nutrientes. Desde que se dispone de levadura

seca, no han faltado investigadores que han probado sus cualidades

alimenticias, así pueden nombrarse los trabajos de F. Homcamp, O.

Kellner, M. Rubner. Prácticamente no hay nutriólogo alguno, que no

haya prestado su atención a las posibilidades nutritivas y curativas de la

levadura, pudiendo mencionarse a J. Schülein.

Muchos de estos trabajos son fundamentales y demostraron que

la levadura es una fuente proteica de valor, así, la literatura moderna

presta más atención a la levadura como fuente del complejo vitamínico

B y otros factores de crecimiento. También se presta mayor

consideración al factor económico, ya que en la selección adecuada de

componentes de un forraje balanceado, el factor económico es decisivo.

La ponderación de este último criterio no tiene relación directa con los

factores nutritivos, pero pesa en forma directa sobre la cantidad

dosificada.

Siendo la producción de leche uno de los eslabones de mayor

importancia en la economía de producción agraria, no es de extrañar

que los primeros ensayos se hicieran con el uso de ganado vacuno

lechero. Los buenos resultados despertaron un gran interés por este

alimento proteico. De mayor importancia fueron los resultados de



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ensayos con porcinos y aves. Los resultados prácticos demostraron en

su gran mayoría, que la levadura seca es una fuente proteica de fácil

asimilación, de gran valor y de buena aceptabilidad. Esto vale para el

reino animal en general.

Desde 1943 en USA, se ha incrementado la investigación y

desarrollo, sobre nuevos procesos que conduzcan al establecimiento de

una industria de fabricación de levadura para alimentación humana y

como forraje. Al respecto, los progresos hechos por Inglaterra y

Alemania, parecen haberse llevado a cabo con el propósito de encontrar

fuentes cuyos usos sean de larga duración, dando opción a la salida de

carbohidratos que poseen las legumbres, frutas, así como también

industrias forestales.

1.2 PRODUCTOS QUE COMPITEN CON LA LEVADURA.

En términos generales, hablar de productos que compiten con la

levadura (rica principalmente en proteínas, vitaminas, carbohidratos,

etc.) es bastante difícil debido a que es un producto nuevo, no obstante,

pueden nombrarse además de levadura y otros productos de

fermentación, el suero de leche y la harina de pescado.

Es sabido que hay alimentos que gozan de un alto nivel de

nutrición, tal es el caso de la leche, carne, huevos y otros, pero es cierto

también, que su consumo es bastante deficiente tanto por la falta de

medios económicos para adquirirlos, como de producción suficiente para

abastecer a todo el país en caso de que los hubiere.



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Existen otros alimentos vegetales ricos en proteínas, incluso más

que la carne, éstos son la soya, el chocho (lupino) y el maní o

cacahuate, estos productos compiten en cantidad de proteínas con la

levadura; pero al igual que ésta, su industrialización aún no se ha

producido, y es más, no ha sido difundido el valor nutritivo que posee

cada una de ellas. Las algas al igual que la levadura contienen gran

cantidad de sustancias proteicas; existen proyectos para su

industrialización, pero por falta de incentivo aún no ha sido ejecutado.

1.3 MOTIVOS DE AUMENTO DEL CONSUMO Y DE LA PRODUCCIÓN

DE LA LEVADURA.

Los motivos de aumento del consumo y la producción de la

levadura en el Perú, se ha determinado en base a los datos de la tabla

Nº 1, en el cual se ha seguido el método de los mínimos cuadrados (18),

para estimar la tasa de crecimiento anual de la levadura por tratarse de

un producto final.

Se estima que la tasa de crecimiento anual para la demanda de

levadura será de 330 TM por año.

AÑO PRODUCCIÓN NACIONAL (TM)

IMPORTACIÓN (TM)

CONSUMO (TM)

2000 5605 4187 9792 2001 5737 4405 10142 2002 5818 4580 10398 2003 6045 5267 11312 2004 5492 5570 11512 2005 5962 5806 11768 2006 5971 5980 11951 2007 6250 6046 12296 2008 7071 5370 12441 2009 7040 5763 12803 2010 7445 5768 13213



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La producción nacional dada en la tabla anterior, representa la

producción de levadura alimenticia destinada a diferentes usos, de un

total de dos (2) plantas industriales donde se obtiene este producto.

1.4 ESTIMACIÓN DE LA DEMANDA FUTURA DE LA LEVADURA

Encontrados los datos de la demanda actual de levadura, la tabla

Nº 1 se ha graficado obteniéndose: DEMANDA ANUAL vs. AÑOS

resultando la figura Nº 1, logrando proyectar la recta de crecimiento

hasta el año 2012. se observa un consumo de levadura para ese año de

16550 TM. Luego con la tasa de crecimiento anual del consumo de

levadura, calculada anteriormente, se determina que la demanda para el

año 2012 será de 16553 TM. Los cálculos se muestran en el apéndice.

FIGURA Nº 1: ESTIMACIÓN DE LA DEMANDA FUTURA DE LA

LEVADURA



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1.5 UTILIZACIÓN DE LA LEVADURA FORRAJERA

1.5.1 USOS DE LA LEVADURA FORRAJERA.

Se entiende bajo esta denominación aquellas levaduras

que se propagan especialmente para ser usadas en alimentación

animal, que con vistas a aprovechar los componentes

nutricionales que la constituyen, especialmente proteínas y

vitaminas.

La levadura puede ser utilizada como fuente de proteínas

para cualquier especie animal, tal es caso que en Cuba ha sido

empleada en ganado bovino tanto de carne como de leche, en

cerdos y aves, desde ponedoras y pollos de asar, hasta pavos.

En el caso de bovinos la levadura, como cualquier concentrado

proteico, se suministra como complemento de nitrógeno no

proteico utilizado.

Ya se ha dicho que la levadura como concentrado proteico,

es comparable, y en algunos casos superior, a otras fuentes de

proteína vegetal. Su comparación con proteínas de origen animal

como la harina o concentrado de pescado es menos favorable.

1.5.2 LEVADURA FORRAJERA COMO ALIMENTO ANIMAL.

Las primeras referencias sobre la utilización de los

subproductos de la industria azucarera se remontan a la segunda



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década del siglo XIX; agricultores franceses reportaron la

utilización de mieles en ganado bovino, ovino y caballar.

Esta utilización se generaliza, posteriormente, tanto en

América como en Europa; sin embargo, la misma se ha

caracterizado por el empleo de la miel como complemento o

sustituto parcial de algunos de los componentes de la dieta. En

Cuba, durante la segunda mitad de la década del 60 se

desarrollaron trabajos que permitieron utilizar la miel final de caña

como elemento básico de la dieta de rumiantes.

Las actividades de nutrición animal, han estado dirigidas a

lograr una efectiva y eficiente vinculación entre el amplio potencial

de la industria azucarera, como fuente de productos útiles, y las

necesidades cada vez mayores de alimentos que plantea el

desarrollo pecuario de nuestro país.

1.5.3 COMO ALIMENTO DE EN LA CRIANZA DE VACUNOS.

Como ya se indicó, se dio gran importancia a los primeros

ensayos del uso de levadura seca como forraje proteico en la

alimentación de vacunos, dado a que la producción de leche y de

carne tienen gran incidencia económica.

Publicaciones de esa época, indican rendimientos

excepcionalmente altos en la producción lechera y el contenido

butírico, debido al efecto de las proteínas de levadura. Controles



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sistemáticos posteriores demostraron que esa proteína tenía un

efecto similar a otros forrajes proteicos, como torta de soya. Al

existir en los países europeos una déficit de proteínas (como

efecto de la segunda guerra mundial), fue de gran importancia el

reconocimiento del hecho de que después de un corto periodo de

adaptación, ésta podría ser reemplazada por proteínas de la

levadura forrajera.

1.5.4 COMO ALIMENTO EN LA CRIANZA CABALLAR.

En la crianza de ganado también se ha logrado observar

una influencia marcada de la acción de la levadura forrajera; en

especial se ha logrado un éxito en animales sometidos a gran

esfuerzo, como caballos de carrera, de torneo y en reproductores.

Quizás el uso de mayor cuantía que se haya realizado con

levadura forrajera para caballos fue durante la última guerra en

forma de conservas forrajeras para el ejército. Se componía de un

30% de heno o picadura de paja, 40% de avena, 20% de fécula

de papas y afrechillo y 10% de levadura forrajera. La mezcla se

comprimía en forma de pellets (comprimidos). Este forraje de alta

concentración y de fácil transporte tuvo un gran uso; de él se

consumieron sobre los 280000 ton/año. Así se daba a los

caballos una ración diaria de 380 a 500 gr de levadura. En la

época posterior a la guerra se alimentaban a veces a los caballos

de trabajo, con hasta 3 kg/día de levadura.



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En estudios con animales de pura sangre se puede

demostrar que, los animales jóvenes respondían en mejor forma

a una dieta en vitaminas, habiéndose mezclado hasta 100 gr/día

de levadura con avena.

TABLA Nº 2: NECESIDADES DE UN CERDO EN VITAMINAS Y SU

CONTENIDO EN LEVADURA SECA

APORTE ÓPTIMO PARA EL CERDO VITAMINA B, EN 1 Kg

DE LEVADURA SECA VITAMINA POR ANIMAL/DÍA

B1 (Tiamina) 3 – 5 mg 18 mg

B2 (Riboflavina) 3 7 47

PP (Niacina) 20 – 40 450

B6 (Piridoxina) 5 32

BX (Ac. Pantoténico) 20 - 80 38

Ha sido posible demostrar fehacientemente que las

marranas tratadas con complejo vitamínico B durante el periodo

de gestación, no aumentaron el número promedio de crías, pero

demostraron si un incremento en la velocidad de crecimiento.

Se recomienda dar a las marranas durante el periodo de

gestación una dosis diaria de 100 – 200 gr. de levadura mezclada

con leche o infusión de manzanilla, con el fin de normalizar la

flora intestinal. El mismo autor indica la incidencia del tratamiento

con levadura en la supervivencia de las crías. La pérdida de sus

crías en 21 animales tratados fue de un 6%, mientras que la

pérdida en los animales no tratados llegó a un 70%.



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Para evitar una pérdida de peso durante el periodo de

lactancia, la calidad del alimento para las marranas debe ser tal,

que asegure una utilización óptima de los elementos nutritivos.

Así mismo debe cuidarse de la composición del alimento para los

lechones destetados.

1.5.5 COMO ALIMENTO EN LA CRIANZA DE AVES.

Las exigencias nutritivas para la crianza de aves es muy

elevada. Su sistema intestinal corto y un tránsito reducido,

condicionan un tiempo de retención de los alimentos en el cuerpo,

haciendo que la degradación bacteriana sea insuficiente. Por eso

es necesario precisar una alimentación racional para aves que

este constituido por un forraje adecuadamente concentrado, de

fácil digestión, con un contenido suficientemente alto en

vitaminas. En 1911 Voiltz y Bandrexel asignaron la proteína de

levadura seca, un porcentaje de digestibilidad de 90.

La tabla Nº 3 muestra la elaboración según los coeficientes

de nutrición de la D.L.G. (Sociedad Alemana de Agricultura), de la

cual se desprende que los demás componentes de la levadura,

son altamente digestible también.

PRODUCTO DIGESTIBILIDAD

PROTEÍNA %

LÍPIDOS CRUDOS %

FIBRA CRUDA %

Levadura seca 87 – 91 44 – 78 99 Harina de sangre 83 79 -- Salvado de cebada 77 78 49 Harina forrajera de avena 72 49 25 Harina forrajera de centeno 75 71 19 Afrechillo de trigo 78 76 41



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Estos valores fueron determinados inicialmente en

rumiantes y demuestran ue la digestibilidad de levadura puede

competir con alimentos de tan fácil digestión. Por esta razón no

debe de extrañar que la levadura juega un papel importante en la

crianza de aves, resaltando la aceleración en el crecimiento,

mejora la eficiencia de las ponedoras, aumenta la resistencia a

las infecciones, mejora el apetito, mejora la asimilación de los

alimentos.

1.5.6 LEVADURA FORRAJERA COMO COMPONENTES DE

ALIMENTOS BALANCEADOS.

Después de los óptimos resultados obtenidos con levadura

forrajera en la alimentación animal, no debe de extrañar que su

uso halla sido probado y aprobado en alimentos balanceados.

En la actualidad es costumbre, en Alemania, llegar a una

concentración tan alta de levadura en alimentos balanceados

como fuese económicamente compatible. El Ministerio Federal

Alemán normó las mezclas balanceadas indicando los

componentes, tanto sus límites superiores como inferiores; su

contenido de proteína cruda, cenizas, fibra cruda. Así para este

caso, levadura forrajera, se indica un mínimo de un 3% en la

crianza de polluelos, 2% para alimentos acabados en la crianza

de cerdos y lechones, 3% en los alimentos de reemplazo en los

terneros destetados.



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Los límites superiores admisibles se indican en la tabla Nº

4:

% CONCENTRADOS FORRAJEROS

20 En los concentrados proteicos para cerdos y aves.

10 En los concentrados de gallinas ponedoras.

10 En los concentrados de engorde para cerdos.

5 En concentrados de terneros con adición de leche.

10 En concentrados de terneros con suministro reducido de leche.

10 En forraje para vacas lecheras.

10 En forraje para cabras.

La Sociedad Alemana de Agricultura (D.L.G.), extiende

certificados de calidad a aquellos productores de forraje

balanceado que se distinguen por la producción de productos de

primera calidad, a precios competitivos y que se sometan a su

control.



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CAPITULO II

SELECCIÓN DEL PROCESO

Antes de adoptar un proceso, es necesario hacer una comparación

entre los métodos ya existentes y analizar las ventajas que tiene uno con

respecto al otro, para seleccionar así el que sea más conveniente, de

acuerdo con nuestra realidad industrial.

El procedimiento de elaboración está generalizado, especialmente en

países productores de azúcar, ya sea de remolacha o de caña de azúcar,

así mismo de los remanentes de las destilaciones alcohólicas.

2.1 PROCESOS PARA LA MANUFACTURA

Existen varios métodos industriales para la producción de

levadura forrajera, presentando marcadas diferencias entre ellas. A

continuación presentamos una breve descripción de cinco procesos

industriales más importantes:

2.1.1 Proceso Thaysen

Este proceso emplea la cepa de levadura Torula

(Torulupsis utilis), esta levadura crece en medios de cultivo

relativamente simples; lo hace sólo bajo altas condiciones de

oxígeno, por ello los medios líquidos han de ser aireados. Las

materias primas que usa esta levadura son la melaza de caña

cruda con adición de sulfito amónico y fuente de nitrógeno y



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fósforo. Este proceso se realiza en una batería de 10

fermentadores revestidos de acero inoxidable, todos de la misma

capacidad, dependiendo de la planta. La fermentación se realiza

a 87ºF (30.5ºC), y a un pH de 3.9 – 9.4. el proceso puede

funcionar una semana sin que sea necesario, antes de este

tiempo, ninguna operación de limpieza y esterilización. Da

rendimientos que llegan hasta en un 60% de levadura resecada

(referido al azúcar utilizado).

2.1.2 Empleo de residuos de frutas

Este método emplea los residuos de frutas que son fuente

muy buena de hidratos de carbono para el cultivo de levadura;

las frutas enteras desechadas o sobrantes, las pocas

aprovechables y secas, los corazones, pieles y zumos de todas

las frutas, pueden utilizarse para este fin. Es necesario

seleccionar un cultivo de levadura adecuada que sean capaces

de utilizar los azúcares resistentes en la fuente de hidratos de

carbono.

En este aspecto la levadura torula tiene sobre la

Saccharomyces cerevisiae, la ventaja de que utiliza pentosas lo

mismo que hexosas como fuentes de azúcares y crece

vigorosamente en medios que contienen compuestos orgánicos

sencillos. Se ha calculado que 1000 kg de frutas, con un



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rendimiento de 750 lt de zumo (que contiene 10% de azúcar)

produce más de 30 kg de levadura torula seca.

2.1.3 Empleo de líquidos residuales.

Este método emplea líquidos residuales de sulfito

provenientes de las fábricas de pasta de papel. Generalmente

emplea una cepa de Torolupsis utilis porque es una levadura que

utiliza pentosas.

Este descubrimiento ha dado un doble resultado de

convertir un pasivo económico en un producto valioso, y, de

resolver el problema serio de la eliminación de los residuos

creados por la acumulación de líquidos de sulfitos residuales. En

un procedimiento estudiado el líquido de sulfito contenía un total

de 2.5% (en peso) de azúcares, de los ue aproximadamente el

1.6% era fermentable. Los rendimientos fueron en promedio

alrededor del 20-27.5kg por 1000 kg de líquido sulfítico residual.

El líquido sulfítico caliente se trata con cal, caliza y

carbonato sódico a un pH de 6 aproximadamente, en

condiciones de aeración. Se decanta el líquido claro, y se

agregan cantidades pequeñas de melaza, nitrógeno inorgánico y

fosfatos para luego trasladarlos a una cuba de cultivo de

levadura.



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Se han hecho análisis extensos de la composición de las

levaduras cultivadas en líquidos sulfíticos residuales y de los

resultados de alimentación de animales.

2.1.4 Método a base de vinaza de melaza de caña de azúcar.

Este método emplea como materia prima a la vinaza que

son residuos de la fermentación alcohólica. Las vinazas

constituyen un buen producto nutritivo que están contenidos en

la melaza como compuestos no fermentesibles, ricas en

proteínas, vitaminas incluyendo al complejo vitamínico B1; es un

alimento energético rico en albúminas, de buena calidad.

Contiene pequeñas cantidades de sacarosa, glucosa, levulosa,

hexosas, pentosas, ácidos orgánicos, fósforo, nitrógeno; todos

éstos sirven para el desarrollo de la levadura.

Estas vinazas contienen una concentración demasiada

alta de sustancias minerales para ser utilizadas directamente, se

emplea agua para su dilución. Este proceso puede emplear la

levadura Saccharomyces cerevisiae y la levadura Candida utilis;

se emplea esta última porque es notable el rendimiento que se

obtiene en este método (42 al 57% de rendimiento).

Para el desarrollo de las levaduras en la vinaza es

necesario tener un gran control sobre estas soluciones, pues el

gran contenido de impurezas que presenta puede infectar al

cultivo. Es necesario agregar nitrógeno y fósforo. Se debe



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controlar constantemente el pH manteniéndose en un rango de

4-4.5, las soluciones de vinazas deben tener frecuentemente una

gran aeración. Generalmente las levaduras que se obtienen por

este método son empleadas como forraje.

2.1.5 Empleo de la melaza de caña de azúcar.

Este proceso emplea como materia prima la melaza, que

es el conocido subproducto de la industria azucarera. El proceso

en sí es parecido al proceso en el cual se emplea la vinaza, con

ligeras variantes.

La melaza es un residuo de un color oscuro (siruposo),

contiene 50% de azúcares no cristalizables; tiene un peso

específico de 1.4 – 1.5 (equivalente a 86 - 88º Brix

respectivamente); y para ser empleada en levadura se diluye

hasta 44ºBx, se acidula con acido sulfúrico concentrado hasta

obtener un pH igual a 4.0, a esta solución se le calienta hasta

80ºC, se le eliminan impurezas, se esteriliza y se diluye hasta

2ºBx; se le agrega urea, fosfato de amonio, ácido sulfúrico al

30%, para tener un pH igual a 4.5.

Además el fosfato de amonio actúa como inhibidor en la

corrosión de los depósitos de acero inoxidable, se aplica

aeración permanente a la fermentación. La temperatura debe

mantenerse a 32ºC.



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Por este proceso se obtienen levaduras con 48% de

proteínas y el rendimiento es del orden del 60%.

2.2 SELECCIÓN DEL PROCESO.

Para hacer una selección adecuada del proceso se tendrá que

tener en cuenta dos criterios: primero se tendrá que hacer una

comparación de los procesos entre sí, seleccionando el método que

presente mayores posibilidades de aplicación para producir levadura de

consumo animal, y segundo, se tendrá que hacer una elección de la

cepa para que pueda ser desarrollada industrialmente.

2.2.1 Proceso Thaysen contra empleo de residuos de frutas.

El empleo Thaysen ofrece mayores ventajas en

comparación con el método que emplea residuos de frutas, por

una razón muy importante:

La materia prima que emplea (melaza de caña de azúcar),

es abundante en esta parte de la región; en cambio es escasa en

frutas residuales, pues la industria de conservas de frutas recién

se está incrementando.

2.2.2 Proceso Thaysen contra empleo de líquidos residuales.

El proceso Thaysen es mucho más ventajoso, pues

cuenta con materia prima abundante en forma permanente. El

método que emplea a líquidos sulfíticos residuales recién contará



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con abundante materia prima cuando estén en funcionamiento

varias plantas de papel periódico; pero la disponibilidad en

forma abundante de materia prima dependerá del éxito que

tenga esta industria. Además, el rendimiento que tiene el

proceso Thaysen es mucho mayor que el que tiene el método

que emplea líquidos residuales.

2.2.3 Proceso Thaysen contra método a base de vinaza.

Ambos métodos cuentan con abundante materia prima en

la región. Los procesos que presentan son bien parecidos. La

etapa de purificación que tiene el método que emplea vinaza o

mostos alcohólicos, resulta mucho más económico que la batería

de diez fermentadores que tiene el proceso Thaysen. El método

a base de vinaza emplea sólo un fermentador; por consiguiente

este método es el más recomendable.

2.2.4 Método a base de vinazas contra melaza de caña de azúcar.

Los dos métodos son muy parecidos en sus procesos,

cuenta con abundante materia prima. Para el método a partir de

vinaza de melaza, vemos que es más factible y económico,

considerando que la melaza es insumo para la destilación de

alcohol. Sin embargo, la vinaza es un desecho de la destilación

de alcohol, lo que da que este insumo en su composición

contenga gran cantidad de proteínas, nitrógeno y levadura que



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en este caso es primordial. También su proceso es más

económico.

2.2.5 Selección de la cepa para el proceso a base de vinaza.

Dentro de los procesos descritos anteriormente, se

seleccionó el más adecuado y económico: Método a base de

vinaza de melaza de caña de azúcar, por lo tanto se tendrá que

seleccionar a la cepa que de muchos más rendimientos en este

medio:

Dentro de las levaduras los géneros preferidos para su

producción industrial son: Candida y Saccharomyces,

mencionándose a las especies Candida utilis, Candida

pulcherrima, Candida reukavfil, Saccharomyces cerevisiae,

Saccharomyces carlsbergensis y Saccharomyces fragilis.

La elección de la cepa para que pueda ser desarrollada

industrialmente debe considerar los siguientes factores:

Capacidad de asimilación, elevado rendimiento, alta velocidad de

desarrollo, estabilidad bioquímica y de cultivo, fácil recuperación,

valor nutricional elevado, sabor agradable y buena apariencia.

La tabla Nº 5 muestra la asimilación (crecimiento) de

algunas de las especies anteriormente mencionadas, sobre

diferentes azúcares y nitratos, así como su tamaño promedio.



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TABLA Nº 5: CARACTERÍSTICAS DE ASIMILACIÓN DE LEVADURAS

UTILIZADAS CON FINES FORRAJEROS

Nutriente Saccharomyces

Serevisiae Saccharomyces Carlsbergensis

Saccharomyces Fragilis

Candida P. Candida R.

Candida Utilis

Glucosa + + + + + Galactosa + + + + + - Maltosa + + + + + Sacarosa + + - + + Lactosa - - + - - Xilosa - - - + + KNO3 - - - - +

Tamaño Promedio ( ) 5 x 9 7 x 9 4 x 6 4 x 6 4 x 7

De estos microorganismos se ha mostrado favorecido el

uso de la especie Candida utilis, ya no solamente por su facilidad

de asimilar hexosas y pentosas, si no también por su facilidad de

utilizar otros compuestos orgánicos no azucarados como ácidos,

alcoholes y aldehídos.

Por sus características de asimilación la Candida utilis ha

sido empleada en diversos procesos que utilizan diferentes

materias primas para su desarrollo. Estas materias primas deben

ofrecer como principales características: Ser de fácil adquisición,

buena asimilación y bajo costo. La experiencia mundial ha

probado la utilización de alcoholes sulfíticos, melazas,

hidrolizados de madera y de residuos celulósicos, hidrocarburos,

residuos de almidón, suero de leche, mieles cítricas, etc.



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CAPÍTULO III

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

3.1 GENERALIDADES.

Se define como vinazos o mostos, a los residuos líquidos

provenientes de la destilación en la producción de alcohol etílico por vía

fermentativa, utilizando mieles de caña (melaza).

Este residuo contiene material carbonado en forma de azúcares,

ácidos orgánicos y alcoholes, aportados originalmente por la melaza o

sintetizados durante el proceso de fermentación.

Cuando se descarga directamente la vinaza en los terrenos de

cultivo que colindan con las destilerías de alcohol, constituye un grave

problema de contaminación, lo cual ha motivado diversos estudios con

vistas a su tratamiento. Una de estas formas lo constituye su utilización

par ala producción de levadura forrajera, lo cual consigue el doble

propósito de disminuir notablemente el carácter polutivo de estos

residuos y además aportar un producto útil capaz de mejorar el balance

económico de la destilería.

3.2 COMPOSICIÓN DE LOS MOSTOS (VINAZAS).

La condición propia de la vinaza de constituir un líquido residual

de la producción de alcohol, hace que la composición de este material

varíe de acuerdo con las condiciones del proceso de cada planta



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destilera, tales como concentración de trabajo, grado alcohólico

alcanzado, sistema y eficiencia de destilación y a las características de

la melaza la cual ya de por sí constituye un residuo en la producción de

azúcar.

La tabla Nº 6 presenta los resultados de la composición química

de la vinaza de la Destilería de Laredo.

TABLA Nº 6: RANGO DE COMPOSICIÓN DE LOS MOSTOS (VINAZAS)

DE DESTILERÍA

Brix del refractómetro 4.5 – 6.6

pH 3.1 – 5.4

Óxido de Calcio, % CaO 0.51

Acidez, mg H2SO4/100 g de vinaza 279 – 489

Grado alcohólico 0

Azúcares reductores, % 0.34 – 0.55

Sacarosa, % 0

Sólidos totales, g/100 ml 5.0 – 8.5

Cenizas totales, g/100ml 1.5 – 3.2

Sólidos em suspensión, g/100 ml 1.7 – 2.5

DBO5 (20º), mg/lt 18000 25000

Acidez volátil, g/100 ml 0.185 – 0.365

Acido láctico, g/100 ml 0.312 – 0.401

NT, g/100 ml 0.11 – 0.25

P2O5/T, g/100 ml 0.017 – 0.091

Mg/T, g/100 ml 0.11 – 0.15



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3.3 CARACTERÍSTICAS DEL PROCESO

En lo fundamental no existen diferencias en el proceso de

producción de levadura a partir de melaza o de vinaza, manteniéndose

iguales unidades del proceso. Se hace necesario, al igual que cuando se

utiliza melaza, una suplementación de nitrógeno y fósforo; y la

regulación del pH demandará la adición de ácido, ya que al contrario de

la fermentación de melaza el pH tiende a aumentar a causa de la

separación de los ácidos orgánicos utilizados como sustratos.

3.3.1 Experiencias con vinazas

El estudio de la factibilidad de la utilización de la vinaza

para la producción de la levadura (Candida utilis), se han

centralizado en las características de la fermentación. Las

experiencias con vinazas previamente clarificadas o no, en este

trabajo, tiende a dar preferencia a estos últimos a causa

fundamentalmente de un mayor rendimiento y menor consumo de

neutralizantes. Los rendimientos alcanzados se encuentran entre

15-18% sobre el contenido de materia orgánica total original del

mosto, utilizándose tiempos de residencias similares.

Los rendimientos aportados para ambos tipos de mosto

muestran variabilidad de acuerdo con sus características

originales. En las figuras Nº 2 y Nº 3 se aprecia esta variación

entre estos tipos de vinazas diferentes.



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FIGURA Nº 2: RENDIMIENTO vs. VELOCIDAD DE DILUCIÓN EN

VINAZAS NO CLARIFICADAS

FIGURA Nº 3 : RENDIMIENTO vs. VELOCIDAD DE DILUCIÓN EN

VINAZAS CLARIFICADAS

0

3

6

9

12

15

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

VELOCIDAD DE DILUCIÓN (1/h)

REN

DIM

IEN

TO (k

g/m

2)

0

3

6

9

12

15

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

VELOCIDAD DE DILUCIÓN (1/h)

REN

DIM

IEN

TO (k

g / m

2)



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3.3.2 Experiencias con mezclas vinaza – melaza

Una de las variantes practicadas en la producción de

levadura forrajera, es de suplementar con melaza, las vinazas

que hay para fermentar. Esto ofrece en general, las siguientes

ventajas:

- Mejora el aprovechamiento del volumen de los fermentadores

y de otros equipos.

- Ahorra neutralizantes en comparación con el uso de mostos

solamente.

Los rendimientos que se pueden apreciar para estas

mezclas dependen fundamentalmente, del suplemento de

melaza. En los estudios realizados por Sillinger, se utilizaron

mezclas vinaza – melaza en relaciones tales que la melaza

aportada entre 80 y 90% de la materia orgánica total. Los

resultados alcanzados se muestran en la figura Nº 4.



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FIGURA Nº 4 : RENDIMIENTO vs. VELOCIDAD DE DILUCIÓN EN

MEZCLAS VINAZA – MELAZA

Se puede observar, igualmente, el aumento de la

productividad volumétrica del fermentador, expresado en gramos

por litro por hora, cuando se utilizan estas mezclas y que se

muestran en la figura Nº 5.

10

15

20

25

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

RENDIMIENTO (%)

VELO

CIDA

D DE

DIL

UCIÓ

N (1

/h)

MEZCLA 80:20 MEZCLA 90:10



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FIGURA Nº 5 : COMPORTAMIENTO DE LA PRODUCTIVIDAD vs.

VELOCIDAD DE DILUCIÓN EN MEZCLAS VINAZA - MELAZA

De los elementos básicos que hay que considerar en la

elección del tiempo de residencia en el fermentador, son el

rendimiento y la productividad alcanzable. Los puntos máximos

de ambas variables no coinciden para un tiempo de retensión

determinado, como muestra la figura Nº 6. Por lo tanto, se hace

necesario establecer un compromiso entre ambos, basándose en

situaciones económicas, así como en otros factores técnicos tales

como la estabilidad del sistema y otros.

0

1

2

3

4

5

6

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

PRODUCTIVIDAD (g/l . h)

VELO

CID

AD D

E D

ILU

CIÓ

N (1

/h)

MEZCLA 90 : 10 MEZCLA 80:20



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FIGURA Nº 6 : VELOCIDAD DE DILUCIÓN vs. RENDIMIENTO Y

PRODUCTIVIDAD EN MEZCLAS VINAZA – MELAZA

La ventaja que coincide en trabajar en mezclas vinaza-

melaza, es que hay un aumento apreciable en cuanto se refiere

en ahorrar un neutralizante (ácido sulfúrico), se puede apreciar en

la figura Nº 7, la correlación en cuanto al consumo de ácido

sulfúrico con la velocidad de dilución, manteniéndose como

parámetros los distintos sustratos.

4.7

4.8

4.9

5

5.1

5.2

5.3

5.4

0.4 0.42 0.43 0.44 0.45 0.46 0.48 0.5

RENDIMIENTO (%)

VELO

CIDA

D DE

DIL

UCIÓ

N (1

/ h)

1 : RENDIMIENTO 2 : PRODUCTIVIDAD



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FIGURA Nº 7 : CONSUMO DE ÁCIDO SULFÚRICO vs. VELOCIDAD DE

DILUCIÓN EN MEZCLAS VINAZA - MELAZA

050

100150200250300350400450500

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

GRAMOS DE AC. SULFURICO/Kg DE LEVADURA

VELO

CID

AD D

E D

ILU

CIÓ

N (1

/h)

MEZCLA 80:20 MEZCLA 90:10



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CAPÍTULO IV

CONSIDERACIONES BÁSICAS IMPORTANTES

4.1 FERMENTACIÓN

4.1.1 Generalidades

Esta es la operación principal del proceso; la calidad del

producto, así como la eficiencia de la asimilación del sustrato

dependerá, fundamentalmente, del curso exitoso de esta

operación. El proceso de de producción de levadura forrajera es

aeróbico y exotérmico, por lo tanto se hace necesario e

importante suministrar grandes cantidades de aire, así como de

disponer un sistema de evacuación del calor, para mantener

temperaturas adecuadas para el proceso.

La reacción empírica que puede representar la formación

de levadura es la siguiente, de acuerdo con Harrison.

12 11 22 3 2

2

2

200 10.4 102.5 100 sec

( 9.5 ) 145.2

77.2 353 .

g C O H g NH g O g Materia a

levadura incluye g materia inorgánica g CO

g H O H Kcal

Lo cual escrito en una formulación molar balanceada sería:

12 11 22 3 2 3.72 1.952 0.612 2

2

2

0.585 0.612 3.203 3.3

4.289

0.11 /

C O H NH O C O N CO

H O

H Kcal mm O



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Sin embargo, el balance presentado, respecto

principalmente, a la conversión de azúcar en masa biológica

(50%), puede ser sustancialmente afectado por las condiciones

en que se efectúe la fermentación, así como por las

características de la cepa utilizada. Siendo la conversión de

azúcar a levadura el factor de mayor importancia en la economía

de su producción a partir de mieles, se ha prestado mayor

atención a los factores que influyen sobre ella.

4.1.2 Efectos en el rendimiento.

En la figura Nº 8, se muestra la influencia de la

temperatura y del pH del cultivo con el rendimiento de levadura y

del pH del cultivo con el rendimiento de levadura sobre la materia

prima suministrada, después de varias experiencias.

FIGURA Nº 8 : RENDIMIENTO DE LEVADURA vs. TEMPERATURA Y Ph

42

44

46

48

50

52

54

3.25 3.5 3.75 4 4.25 4.5 4.75 5 5.25 5.5

pH

REN

DIM

IEN

TO (%

)

Y vs. Ph Y vs. T



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Se observan valores de rendimientos de aproximadamente

50% entre los 29 y 33 grados centígrados y de un valor del pH de

4 a 5 respectivamente. Para valores superiores de 5 en el pH, al

rendimiento disminuye probablemente a causa de las dificultades

de mantenerse sin contaminación el cultivo por largos periodos de

prueba. Una de las consecuencias fisiológicas de temperatura

sobre el microorganismo es la alteración del coeficiente

respiratorio, lo cual limita su capacidad de aerobiosis.

Otros factores fundamentales de gran influencia son la

velocidad de dilución de trabajo del fermentador y la

suplementación del fósforo necesario para la fermentación.

4.1.3 Índices de fermentación.

La propagación principal se realiza en un fermentador de

gran capacidad, que está equipado con sistemas de agitación y

aeración, control de nivel, pH, espuma, sistema de enfriamiento,

dosificadores de alimentación, etc. de acuerdo con la forma de

obtener la agitación y aeración, los fermentadores se pueden

clasificar en:

a) Fermentadores agitados mecánicamente.

b) Fermentadores agitados por aeración.

Ambos tipos han encontrado utilización en la producción de

levadura.



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La capacidad de un fermentador de producir levadura

eficientemente, es la característica primordial que debe

considerar su diseño. A continuación damos a conocer los índices

que caracterizan esta habilidad:

4.1.3.1 Consumo específico de energía.

Se define como aquella energía (KW/h) que es necesaria

para producir 1 kg de levadura seca. Esta energía comprende la

utilizada para la aeración y agitación.

Los fermentadores competitivos para la producción de

levadura a partir de vinaza-melaza, oscilan entre los valores de

0.4 a 0.5 KW/h por kilogramo de levadura seca.

4.1.3.2 Coeficiente bioquímico de transferencia de oxígeno.

Es el oxígeno que puede ser utilizado par funciones del

metabolismo por cada KW/h, suministrado en agitación-aeración.

El valor normal es de 2.0 a 2.5 kg de oxígeno/KW.h.

4.1.3.3 Consumo específico de aire.

Es el volumen de aire medido en condiciones de

temperatura (0ºC) y presión (1 atmósfera), que se necesita para

producir 1 kg de levadura seca. Para sistemas agitados

mecánicamente es de 11 Nm3 a 15 Nm3 por kg de levadura seca,

que corresponde a una utilización de oxígeno suministrado de



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22% a 30%. Para sistemas aereados solamente, el índice es de

30 a 40 Nm3 que corresponde a una utilización de 10% a 15% de

oxígeno contenido.

4.1.3.4 Razón de transferencia de oxígeno.

Es la capacidad máxima de transferencia de oxígeno por

unidad de tiempo y volumen, medido y expresado usualmente en

milimoles de O2 por litro – hora.

4.1.3.5 Productividad volumétrica.

Representa el incremento de levadura por unidad de

volumen de fermentación y por unidad de tiempo. Para la

producción, a partir de vinaza-melaza las cifras para sistemas de

alta concentración se encuentra entre 2 a 2.8 kg de levadura seca

por m3.h y para baja concentración de 1.5 a 2 kg de levadura

seca por m3.h.

4.2 SALES NUTRIENTES.

Es necesaria la suplementación del medio de fermentación con

nitrógeno y fósforo, porque el contenido de ellos en la vinaza no es

suficiente para el desarrollo del microorganismo. Se requiere el

nitrógeno fundamentalmente, como alimento básico en la formación de

los aminoácidos, que son constituyentes básicos de la proteína; y el

fósforo, como elemento esencial en los compuestos de alta energía

necesaria para el metabolismo.



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El suministro de estos alimentos se realiza mediante la adición de

soluciones de sales, entre las que se utilizan con más frecuencia:

Sulfato de amonio, urea, agua amoniacal, fosfato diamónico o ácido

fosfórico. La selección de ellos se condiciona de manera principal, por

sus características de manipulación y sus ventajas económicas. Es

costumbre aprovechar el carácter ácido o alcalino de estas soluciones

para ejercer una acción estabilizadora del pH en la fermentación (por

ejemplo sulfato de amonio y urea) y, así, evitar o minimizar el uso de

neutralizantes ajenos al proceso.

La dosificación de ellos se realiza mediante el balance de

nitrógeno y fósforo, entre el necesario para la formación de levadura y el

aportado en forma asimilable por la melaza. La tabla Nº 7 muestra a

modo ilustrativo, las cantidades que se suplementan para la obtención

de 100g de levadura seca, tomando como base la utilización de 356g de

melaza, lo que representa al 45% en rendimiento sobre los reductores

totales.

FIGURA Nº 7 : SUPLEMENTOS MÍNIMOS EN NITRÓGENO Y FÓSFORO

PARA LEVADURA DE MELAZA

Componente Contenido en

100 de levadura seca (gr)

Asimilable suministrado por 365g de melaza

(gr)

Déficit (gr)

NITRÓGENO 8.5 0.71 7.79

FÓSFORO 3.0 0.28 2.72



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38

Otros elementos tales como Mg, K, Ca, son necesarios para la

levadura, pero la melaza los aporta en forma suficiente.

4.3 ESTERILIZACIÓN DE LA SOLUCIÓN VINAZA – MELAZA

Esta operación es uno de los pasos fundamentales en la

producción de levadura, persigue la eliminación de microorganismos

propios de la flora de la vinaza y que son perjudiciales para el buen

desarrollo de la fermentación aeróbica. El valor que alcanzan éstos, es

de alrededor de 103 microorganismos por gramo de vinaza; al

eliminarlos se consigue un mejor control del proceso de fermentación,

aumentando los rendimientos y elevando la calidad del producto final.

Es usual hacer esta operación, en una esterilizadora (autoclave)

que esté equipada para llevar un control de la temperatura, presión,

tiempo; generalmente se realiza por un tiempo de 20 min. como mínimo,

a una presión de 15 lb-f y a una temperatura de 121ºC.

4.4 RECUPERACIÓN DE LA LEVADURA.

El método más general consiste en separar las células (levadura)

del medio, por la acción de una centrífuga, obteniéndose, de esta forma,

una suspensión concentrada conocida como crema de levadura y un

líquido residual relativamente libre de levaduras denominado claros o

romanaza.



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Se ha realizado una revisión de los factores participantes en la

separación por centrifugación. Es usual en realizar la operación en dos

etapas haciendo un lavado intermedio.

Al material fermentado, antes de proceder a su centrifugación, se

le deberá eliminar el aire y los gases que contienen, porque de lo

contrario la eficiencia en la separación será baja. Esta acción se puede

lograr permitiéndole un tiempo razonable de reposo, de forma que

puedan escapar los gases, haciéndoles pasar una corriente de aire

moderada que ayuda a arrastrarlos. Es posible el empleo de otros

métodos como la desgasificación al vacío en columnas, aplicación de

antiespumantes o la acción de impacto mecánico de rociadores sobre el

material que corre a través de una lámina.

La crema ya lavada y proveniente de la segunda separación

posee una concentración aproximada de 15 a 17% sobre base seca,

posteriormente, se envía a la unidad de concentración y secado. Los

claros o romanaza provenientes de la centrifugación, constituyen los

efluentes principales en esta producción, por su caudal, pH casi neutro y

por su carga orgánica. Una de las formas de disminuir el volumen de

éstos, así como de aminorar el consumo de agua es mediante la

recirculación de parte de ellos a la fermentación. Sin embargo, esto

presenta limitaciones, pues un exceso de éstos puede actuar como

inhibidores del crecimiento. La aplicación de la recirculación de la

romanaza, sólo procede para sistemas de bajas concentraciones.



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40

La tabla Nº 8 muestra las características, en composición, de la

romanaza procedente de una fermentación con un contenido original de

8 a 10g por litro de levadura.

TABLA Nº 8 : CARACTERÍSTICAS DE LOS CLAROS EN SEPARACIÓN

DE LEVADURA

pH 4 – 5 Sólidos totales fijos 4000 a 8000 mg/l

BDO 3000 a 5000 mg/l Sólidos totales en

suspensión

170 a 330 mg/l

COD 1000 a 15000 mg/l Sólidos fijos en

suspensión

90 a 324 mg/l

Sólidos totales 13000 a 14000 mg/l Reductores totales 1000 a 1500 mg/l

4.5 CONCENTRACIÓN Y SECADO

Entre las propiedades que se desean del producto final (levadura

forrajera), se encuentran: Ser altamente soluble, poseer un valor

nutricional elevado, estar libres de células viables y encontrarse en

condiciones favorables de conservación. El logro de estas propiedades

ha sido motivo de estudios, y últimamente sobre todo, a aquellos que

están dirigidos a elevar la digestibilidad; para tal fin se destruye o debilita

la pared celular, así también como el de obtener una disminución del

contenido de ácidos nucleicos, cuyo valor oscila entre 8 a 12% en la

levadura.

La forma más practicada ampliamente, en la actualidad, consiste

en someter a la crema a un proceso de evaporación al vacío a



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temperaturas entre 60 y 70ºC y en equipos en que el tiempo de

calentamiento sea corto. Con esto se consigue una disminución notable

de la viabilidad, así como la de actuar sobre la pared celular. El tren de

evaporación está formado usualmente: Precalentador, termolizador y

evaporador; entregando al sistema de secado una crema con 22 a 24%

de levadura seca.

El secado también contribuye, por su acción térmica, a alterar la

pared celular, así como a la muerte de las células, llevándose a cabo

mediante secadores de tambor o por atomización, cuya elección

obedece a criterios económicos. El secador de tambor ofrece un efecto

térmico más energético sobre la levadura, utilizándose presiones de

vapor de hasta 7 atm y presenta un índice de 50 a 70 kg de agua

evaporada por m2 de superficie secada. En el secador pro atomización

el líquido es rociado en finísimas gotas que son puestas en contacto con

gases calientes en el interior de una cámara; el polvo es recolectado por

medio de un sistema de ciclones. El uso directo de los gases de

combustión ha mejorado la eficiencia térmica, lo cual unido a su grado

de automatización, confiabilidad y apariencia del producto final, hace del

secador por atomización un equipo muy adecuado para este fin. Se

utilizan altas temperaturas (300ºC) en la entrada de los gases que le

permiten salir a 80 ó 90ºC.



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4.5.1 La levadura y pared celular

La caña como planta, no se caracteriza por tener un alto

contenido de proteínas, de ahí que la obtención de éstas a partir

de ella o de sus residuos agrícolas o industriales es sólo factible

mediante la fermentación de los carbohidratos que contiene, si no

se tienen en cuenta los métodos de extracción o precipitación que

no se justifiquen en los productos de la caña.

De todos los procesos conocidos de fermentación para la

obtención de biomasa rica en proteínas, a partir de materias

primas relacionadas con la caña de azúcar, la producción de

levadura, es el más ampliamente conocido.

4.5.2 Trabajos investigativos.

Se han propuesto diferentes métodos para hacer estallar o

romper la pared celular, resumiéndose en cuatro grupos:

4.5.2.1 Autolisis

Este método plantea una autodegradación de la pared

celular por enzimas del propio organismo microscópico. Las dos

variantes más importantes dentro de este método son la

termólisis, que se efectúa a altas temperaturas, y la plasmólisis,

que trabaja a temperaturas moderadas, y donde se utiliza

generalmente, cloruro de sodio para romper la pared celular

mediante el aumento de la presión osmótica.



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4.5.2.2 Método Mecánico.

Estos métodos han sido empleados, básicamente, a

pequeña escala. Existen una gama de equipos que generan altas

presiones en la superficie de la célula.

Estos tipos de tratamientos tienen la ventaja de no dañar

los componentes más sensibles del citoplasma, pero presentan la

desventaja de requerir equipos muy sofisticados que, en buena

medida, no se aplican a gran escala.

4.5.2.3 Método Químico.

En esta versión se utilizan tratamientos químicos con

solventes o agentes oxidantes. En este método siempre destruye,

en mayor o menor medida, determinados componentes

citoplasmáticos.

4.5.2.4 Tratamiento Enzimático.

La degradación de la membrana o pared celular, es

buscada en este tipo de método, por la adición de enzima, de tipo

proteolítico o del tipo de la mannasa, que digieren los compuestos

que le dan resistencia mecánica a la misma. Esta técnica ha

tenido aplicación sólo a nivel investigativo y su implantación en la

industria, no parece realizable, a corto plazo para la obtención de

productos forrajeros a causa de su alto costo y de sus

requerimientos técnicos de control.



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Un segundo aspecto que limita la utilización de levadura en

la dieta de animales (y aún más de humanos), es su contenido

relativamente alto de ácidos nucleicos.

En los animales superiores, el paso de estos ácidos,

ocasiona una paulatina deposición en los tejidos blandos

produciendo trastornos metabólicos.

Se han desarrollado técnicas físicas, químicas y

enzimáticas para disminuir el contenido de estos ácidos nucleicos

en la levadura, bien degradándolos o separándolos. Los métodos

de separación son complicados y sólo se justifica cuando se

quiere obtener los ácidos nucleicos como producto. Para fines

forrajeros lo más conveniente es degradarlos en el seno del

material.

Se han realizado trabajos con un método llamado HEAT-

SHOCK que consiste en hacer pasar la levadura en suspensión

(10 g/l) a través de un capilar, manteniendo una temperatura de

168ºC, durante un tiempo de 1 a 3 seg. después la crema se

incuba a 52.5ºC, obteniéndose células con menos del 2% de

ácidos nucleicos.

Otros autores plantean una desintegración mecánica, para

luego incubarlos a 50ºC durante 20 min.



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4.6 CARACTERÍSTICAS DEL PRODUCTO FINAL

La tabla Nº 9 que a continuación se muestra, nos da las

características y la composición de la levadura forrajera obtenida

experimentalmente a partir de la vinaza.

TABLA Nº 9 : COMPOSICIÓN GENERAL Y CARACTERIZACIÓN DE LA

LEVADURA FORRAJERA DE VINAZA

Humedad (%)

Proteína bruta (%)

Proteína real (Berstein) (%)

Cenizas (%)

Fósforo (%)

Grasas y lipoides (%)

Carbohidratos totales (%)

Calor y apariencia

Densidad de bulto

Granulometría

Ángulo de reposo

5 a 8

45 a 53

37 a 45

7 a 10

3.0 a 5.0

1.0 a 1.5

20 a 30

Polvo ligeramente pardo

420 kg/m3

Malla 200 a malla 400

Aprox. 45º



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CAPÍTULO V

PRELIMINARES PARA LA PARTE EXPERIMENTAL

DEL PROCESO

En esta parte del proceso, se tiene que realizar antes que todo, una

serie de operaciones que tiene por finalidad dar el alcance necesario para

poder llevar a cabo el proceso. Se hará que la Candida utilis aumente en

cantidad, de tal forma que pueda asimilar con gran eficiencia a la vinaza, de

igual forma se preparará las proporciones del medio nutriente que es la

vinaza-melaza.

5.1 SELECCIÓN DE LA CEPA PARA EL PROCESO.

Se entiende por cepa, a un cultivo puro de microorganismos

debidamente tipificados. En los laboratorios microbiológicos de la

U.N.M.S.M., se llegó a aislar a la levadura Candida utilis, de la flora

microbiana de la materia prima utilizada para este proceso, que es la

vinaza de destilerías de alcohol. Todos estos ensayos de la selección de

la mejor levadura presentes en la vinaza, escapa de los conocimientos

adquiridos en nuestra carrera profesional, por lo que para llevar a cabo

este proceso nos auxiliamos de la microbiología, proporcionándonos la

cepa de levadura ya seleccionada al igual que todos sus datos de las

mejores condiciones de vida y del mejor medio en las cuales éstas

pueden permanecer sin que pierdan su contenido proteico.



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5.1.1 Medio de vida más adecuado para la levadura Candida utilis

Los elementos que proporcionan las mejores condiciones

de vida se muestran a continuación:

- Agar 2.0 g

- Pectona 1.0 g

- Glucosa 2.0 g

- Extracto de levadura 0.5 g

Todos estos componentes son datos dados por el

Laboratorio de Microbiología de la U.N.M.S.M., los cuales se

disuelven en 100 ml de agua destilada esterilizada.

Para disolver estos componentes, se lleva toda la solución

a fuego moderado de alrededor de los 80ºC hasta que

desaparezcan los grumos por completo, inmediatamente retirar el

recipiente (erlenmeyer de 300 ml) del fuego. Esterilizar y luego

dejar en reposo hasta que enfríe, tomando esta solución una

consistencia gelatinosa y de color pardo.

Esta solución se encuentra a un pH de 4.5, que es el mejor

grado de acidez que la levadura Candida utilis puede soportar

para vivir.



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5.1.2 Condiciones de vida de la levadura C.U.

Las mejores condiciones de vida de esta levadura en el

medio denominado SABURAUD, se muestran a continuación:

- Temperatura óptima de reproducción 30 a 33ºC

- Temperatura óptima de preservación 3 a 5ºC

- pH óptimo

5.2 REPRODUCCIÓN DE LA CEPA, EN PLACAS PETRI.

Es una técnica muy importante, que consiste en crear un cultivo

(es el preparado que se parte de una cepa para obtener inóculos) o

colonias de levaduras, con el fin de obtener mayor cantidad de levadura

para que sea utilizada con la materia prima.

5.2.1 Repique de la cepa pura a las placas petri.

El saburaud, que está en estado gel en el erlenmeyer de 300 ml,

se lleva entonces a fuego moderado hasta que cambie a estado

líquido, se deja enfriar unos minutos, para luego verter el

contenido en cuatro placas petri que están previamente

esterilizados, hasta un cuarto de su capacidad cada una. Las

cuatro placas se dejan enfriar unos 20 min hasta que cambie

nuevamente a estado gel. El resto del saburaud que sobra en el

erlenmeyer de 300 ml, se tapa herméticamente con algodón y se

guarda para ser utilizada en otro repique.



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5.2.1.1 Preparación de la solución salina.

Se prepara esta solución con el fin de diluir a la cepa que

está en estado puro y también de limpiarla de algunas impurezas,

manteniéndose en esta solución un tiempo más largo, y así

permitiendo un mejor trabajo para el repique a las placas petri.

La solución salina se prepara con los siguientes

componentes: Se adicionan, a 100 ml de agua destilada y

esterilizada, 0,85 g de NaCl (sal común); se agita para disolver la

sal, para luego toda la solución esterilizarla.

La solución salina esterilizada y fría, se vierte en 05 frascos

pequeños y esterilizados, la cantidad de 5 a 6 ml cada uno, el

resto se tapa herméticamente y se guarda.

Para poder seguir con esta operación es necesario tener

un alambre de micrón sujetada pro un asa de madera; se utiliza

este instrumento (micrón) porque a simple fuego lento del

mechero el alambre se pone al rojo vivo, haciendo que los

microorganismos que están adheridos mueran , entonces la punta

del instrumento (que tiene la forma de una cuchara en miniatura)

ya estéril por el fuego, esté apta para poderla meter en el tubo de

ensayo que contiene a la cepa pura, sin correr el riesgo de

contaminarla.



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Los tubos de ensayo se deben destapar con mucho

cuidado pasándolas primero por fuego su abertura para que no se

contamine. Luego con el alambre de micrón tibio, se introduce al

tubo de ensayo teniendo cuidado de no topar sus paredes, luego

se extrae un poco de cepa y se lo lleva a un frasco pequeño

conteniendo solución salina logrando que se diluya toda la

muestra en este medio, se tapan, el tubo de ensayo y el frasquito.

Luego se hacen lo mismo con los cuatro frascos pequeños que

sobran, logrando de antemano que cada frasco esté bien turbio

por la presencia de levadura pura.

Las soluciones turbias que están en los cinco frascos

pequeños se vierten con mucho cuidado equitativamente en las

cuatro placas petri que están con saburaud al estado gel,

teniendo nuevamente cuidado cuando se traspasan los

contenidos, pasándolos antes y después de cada operación por

el fuego. A cada placa petri se les da movimientos circulares

suaves sobre una superficie plana y lisa, con el fin de que la

solución turbia se expanda por toda la superficie del saburaud.

Se guardan las placas en un ambiente que no esté

expuesto a mucha contaminación, a una temperatura de 31ºC,

por tres días (72 horas) para que halla una mejor propagación de

la cepa de levadura Candida utilis. Al finalizar este tiempo la

levadura ya está lista para su utilización y reproducción en el



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seno de la materia prima, proceso que veremos en los capítulos

posteriores.

5.3 PREPARACIÓN DE LA MATERIA PRIMA : VINAZA

En la preparación del sustrato adecuado para poder utilizar con

bastante eficiencia a la levadura Candida utilis, se tiene que tener en

cuenta los suplementos necesarios, éstos permiten que el medio de

propagación contenga a los elementos primordiales, básicos, nutritivos y

sobre todo obligatorios que contribuyan a la mejor nutrición de la

levadura, ayudando a que su reproducción se lleve a cabo sin

deficiencias, obteniéndose altos rendimientos.

Es necesario, que la vinaza contenga un poco más de Azúcares

Reductores (AR), con la finalidad de que las reacciones levadura –

sustrato se inicien o se activen, también se adicionará suplementos que

enriquezcan al sustrato; más adelante se especificará cuales y cuanto

se tiene que agregar.

Las mieles y la melaza son buenos aportadores de AR, es así ue

para este caso se utilizará la melaza por ser más barata y de más fácil

adquisición. Al utilizarla para nuestro propósito se tomó en cuenta

ciertas características que éstas poseen, y que son necesarias saberlas

para la producción de levadura forrajera. La tabla Nº 10 nos

proporcionan estos datos según el Instituto Peruano del Azúcar.



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TABLA Nº 10 : CONTROL QUÍMICO DE UNA MUESTRA DE MELAZA

ANÁLISIS MELAZA

Grado alcohólico, GL 0

Brix Hidrométrico, 20ºC 79.41

Polarización, 20ºC 29.84

Pureza Aparente, % 37.528

Sacarosa, % 34.14

Pureza Real, % 42.99

pH 4.0

Acidez, mg Ácido/100 g melaza 1.593

Óxido de Calcio, % 1.4

Reductores, % 50.0

Lodos, % 8.3

Las experiencias realizadas en el presente trabajo, se realizaron

el Laboratorio de la Planta de Destilería de Alcohol de Laredo, por lo

tanto los datos recopilados están dentro de los rangos de la tabla

anterior, y son utilizados en este proceso.

De un modo general se tendrá presente las siguientes

consideraciones de la melaza y la vinaza para el presente trabajo:



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VINAZA MELAZA

- ºBrix 6.0 80.0

- Azúcares Reductores (AR) 0.50% 50.0%

- Densidad (g/ml) 1.1 1.41

- pH 3.1 4.0

- Temperatura 31ºC 31ºC

La levadura Candida utilis pura, necesita como mínimo 3% de AR

(según muestra el saburaud) para poder multiplicarse o mantenerse con

vida, pero cuando ya se utiliza la materia prima, es necesario agregar

melaza de tal forma que la mezcla vinaza-melaza contenga 5.7% de AR,

y así la levadura en reproducción pueda asimilar con mayor eficiencia a

los nutrientes y obtener en la producción de biomasa mayores

rendimientos.

El porcentaje de AR final de 5.7%, fue resultado de haber

probado experimentalmente muchas veces, llegando a la conclusión de

que con esta cantidad de azúcares se obtiene mayores rendimientos;

por otro lado también influyó el factor económico ya que la melaza es un

insumo para producir alcohol y en la actualidad ofrece gran demanda y

dinero.

La técnica utilizada para poder llevar un control del gasto de los

AR en la fermentación, es llamada: “Método de Eynon Lane” (14,

pág.E1), que se muestra con detalle en el apéndice. Esta técnica



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recomienda hacer el control de los AR cada 60 min, comenzando desde

que se inicia la fermentación aeróbica, hasta cuando finaliza la misma.

5.3.1 ºBrix y razón de la mezcla vinaza-melaza.

En la mezcla vinaza – melaza se tiene que tener constante

un ºBrix de 14.0 y una razón de proporción de vinaza a melaza de

11:1; en cuanto se refiere a volumen. Los cálculos se muestran

en el apéndice.

Ahora sabiendo las proporciones, ºBrix y la razón de la

mezcla vinaza-melaza, se tiene que tener mucho cuidado en su

preparación, de tal manera que para procesos continuos de

fermentación aeróbica, se debe mantener constantemente todos

estos parámetros durante las 24 horas del día.

Por otro lado, cuando se esté trabajando en proceso batch,

al principio de cada corrida se tiene que tener estos valores muy

bien determinados, con la finalidad de que la fermentación se

efectúe correctamente en ese tiempo; esperando iniciar

nuevamente otra corrida.

5.4 ADITIVOS NECESARIOS PARA LA MEZCLA VINAZA-MELAZA

(SUSTRATO).

Para asegurar un desarrollo adecuado de la levadura Candida

utilis, los nutrientes o aditivos que se adicionan deben manejarse entre

límites bien determinados para asegurar una generación de levadura



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máxima, en la práctica se han considerado las cantidades que ofrecen

mayores y mejores resultados en cuanto al rendimiento y calidad de

producto respectivamente. A continuación mostramos los elementos

necesarios, así como las cantidades que se tiene que agregar en 1 litro

de sustrato:

- Melaza 118.44 g/l

- Fosfato diamónico 0.94 g/l

- Sulfato de amonio 4.72 g/l

- Urea 9.30 g/l

- Ácido sulfúrico 0.42 g/l

Experimentalmente estas cantidades nos dan, en nuestro

proceso, rendimientos del orden del 53%, teniendo en cuenta una

consideración muy importante: Se debe alimentar al fermentador con

pequeñas cantidades de nutrientes, de tal forma que la levadura activa

(en proceso de reproducción), se encuentre en exceso frente a los

azúcares, nitrógeno y sales minerales.

Así también, esta consideración asegura una asimilación rápida

en beneficio de la formación del nuevo material celular. Al proceder de

esta forma, la transformación del sustrato, en especial los AR, en alcohol

y CO2 será reducida a un mínimo. En caso contrario de que la adición de

azúcar sea mayor de lo que la masa celular puede asimilar, el exceso

será fermentado repercutiendo desfavorablemente al proceso.



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5.5 AERACIÓN DEL SUSTRATO.

Es necesario que el medio de propagación de la levadura

Candida utilis, contenga bastante oxígeno para asegurar una buena

fermentación aeróbica, logrando que el aire suministrado se disperse en

forma homogénea por todos los espacios donde es necesario el

oxígeno.

Se debe de tener muy en cuenta, que el aire que entra al

fermentador, deba de ser completamente estéril o por lo menos deba de

contener impurezas que ayuden a infectar al medio donde se está

propagando la levadura; para contrarrestar tal efecto, es indispensable

colocar a la salida del compresor un filtro de algodón embebido con

bactericida, para evitar el paso de los microorganismos dañinos para el

sustrato.

Según la bibliografía dice que por cada kg de proteína unicelular

generada, es necesario precisar de 16m3 de aire.

En este proceso experimental, el aire se inyectó en el medio

activo, mediante un distribuidor de aire de forma de espiral, situado al

fondo del fermentador. Se tiene que tratar en lo posible que la burbuja

de aire, sea lo más fina posible para mejorar y facilitar el paso del

oxígeno hacia el sustrato activo, logrando que el aire tenga un grado de

dispersión alto.



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Para nuestro trabajo se utilizó 0.17 g de aire por minuto y de un

modo continuo durante el periodo de fermentación de 10 horas por

corrida; se tiene que revisar a cada hora el caudal de aire, porque al

aumentarse esta cantidad provocaría la formación de espuma, que al no

ser controlada en forma adecuada y rápida, causaría una reducción de

un gran volumen del fermentador; este problema puede ser controlada

por la acción de algún antiespumante.

5.6 SISTEMA DE AGITACIÓN.

En este trabajo experimental por cuestiones económicas, de uso

como medio de agitación, el mismo aire que se usa para proporcionar

oxígeno al sustrato. De tal forma que en el medio activo se encuentren

en estrecha relación los nutrientes con la levadura en reproducción, así

también se logra con la agitación uniforme, disipar el calor de las

reacciones que se llevan a cabo dentro del fermentador, por ser éstas

exotérmicas, creando un medio propicio por obtener rendimientos altos.

5.7 CONTROL DE LA TEMPERATURA.

La temperatura que da mejores resultados para este proceso, se

determinó según las bases teóricas dadas anteriormente y comprobados

experimentalmente con toda rigurosidad en este proceso; el resultado

está dentro de un rango de 29ºC y 33ºC, los rendimientos son mayores.

En la experiencia realizada para la obtención de levadura forrajera, se

tuvo que poner al fermentador en actividad, en una estufa con regulador

termostático para conservar y controlar la temperatura a 31ºC; la causa



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principal de esta acción es que al momento de inyectar oxígeno al

sistema, el aire viene ingresando al fermentador muy frío, produciendo

que la temperatura descienda hasta aproximadamente 15ºC, por lo que

es necesario incrementar el calor con la estufa automática.

5.8 CONTROL DEL Ph

Igualmente para tener un mejor medio de propagación de la

levadura con respecto al pH, se tiene que experimentar con varios

rangos – también dados por la bibliografía-, pero después de numerosos

y exhaustivos controles, se determina que el mejor rango es de 4.0 a 4.5

de pH, asegurando que el proceso tenga un mejor rendimiento.

5.9 CONTROL DE LA VIABILIDAD DE LA LEVADURA

Este control es muy importante, porque nos proporciona datos, un

poco más precisos del avance de re producción de la levadura Candida

utilis. Se realizó con ayuda de la Cámara de Neubauer en un

microscopio que aumenta el tamaño de la célula (levadura) 400 veces.

5.9.1 Técnica de Conteo

Para poder entender esta técnica, debemos tener primero

el área de la región que nos servirá para nuestro propósito: Toda

la cuadrícula que posee la cámara de Neubauer mide 9 mm2 y

proporciona una escala adecuada para medir el tamaño de

objetos pequeños, también tiene una profundidad de 0.1 mm.,

como muestra la figura Nº 9.



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FIGURA Nº 9 : CÁMARA DE NEUBAUER



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Para nuestro propósito sólo utilizaremos la cuadrícula

central que contiene 25 cuadritos, la cual contienen cada una 16

cuadritos más pequeños; pero para el conteo solamente se

contarán 5 cuadritos marcados con “R” como indica la figura

anterior. La cuadrícula central tiene las siguientes medidas, 1mm

x 1mm x 0.1mm. teniendo un volumen de 0.1mm3 = 1 x 100-4 ml.

Hay que tener en cuenta que solamente se contarán las

células que toquen los límites superior e izquierdo de las

cuadrículas “R”, anótese la cantidad hallada en cada uno de de

estos; la diferencia entre la cifra mayor y menor no deberá

exceder de 20. Para mayor precisión se deberá hacer un doble

recuento utilizando una pipeta diferente para cada uno de ellos.

El resultado sólo tendrá validez cuando se emplee para el

conteo las siguientes proporciones que a continuación se

muestra:

a) Se prepara una muestra que contenga la proporción de 1 : 9;

el uno corresponde a la muestra examen pura (en estado de

fermentación) y el 9 corresponde al agua destilada y

esterilizada.

b) Luego se prepara una segunda muestra que tenga las

proporciones de 1 : 1; uno corresponde a la muestra anterior y

el otro al azul de metileno al 0.01%.



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c) La muestra 1 : 1 ya se puede contar en la cámara de

Neubauer, considerando la técnica dada anteriormente.

FÓRMULA RESUMEN

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1

1 10 /i

I

R x Células vivas ml muestra examen



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CAPÍTULO VI

6.1 EJECUCIÓN DEL PROCESO

En esta parte del trabajo, se hará todo lo relacionado a la puesta en

marcha del proceso, teniendo en cuenta todos los detalles vistos y

estudiados en los capítulos anteriores, así también se harán la construcción

de cuadros, gráficos, reacciones posibles para este proceso.

Podemos precisar con exactitud cuanto y cuando debemos de realizar

determinada operación.



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6.2 OBTENCIÓN DEL INOCULO DE LEVADURA

Se entiende por inóculo al volumen adecuado de sustrato con

cultivo de levadura, obtenida en el laboratorio para ser llevado al

fermentador. Es un ciclo de reproducción microbiana, que se inicia

con un cultivo específico y puro (Candida utilis). En esta parte de la

producción se deben seguir ciertas secuencias, que son:

1) En tres frascos de vidrio (de suero), se preparan 200 ml cada uno

con materia prima vinaza-melaza al 5.7% de AR, 14ºBrix, 4.5 de

pH y a 31ºC de temperatura. Estos tres frascos se tapan con

algodón y se les esteriliza en un autoclave por un tiempo de 20

minutos, 121ºC y 15 lb-f de presión.

2) Con las placas petri que han estado por un tiempo de 3 días,

conteniendo a la cepa en reproducción (cap. VI, 6.2), se les

agrega a cada una 8 ml de solución salina esterilizada, cuidando

siempre de no contaminarla al momento de verter la solución.

luego con el alambre de Micrón esterilizado se remueve

suavemente la superficie que ha crecido de levadura dentro de las

placas.

3) La solución de levadura removida (24ml aproximadamente), se les

vierten en un frasco de suero que contiene a la materia prima

esterilizada (200 ml), se tapa con algodón esterilizado.



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4) El frasco de suero se deja 48 horas en incubación a 31ºC, este

paso es muy importante porque permite que la levadura –como

todo ser vivo- se acondicione a un nuevo medio de reproducción,

que en este caso es la vinaza, y así, hacer que el microorganismo

se encuentre en un medio favorable para su reproducción.

6.3 MULTIPLICACIÓN DE LA LEVADURA.

Es la parte más importante de la producción, ya que se hace

una serie de análisis y pruebas, con la finalidad de constatar el

progreso o retardo de la fermentación; también se construirá algunos

cuadros y gráficas que nos muestran como es que se desarrolla la

producción de levadura forrajera.

6.3.1 Transferencia del inóculo activo al fermentador.

Para este caso se usó como fermentador, un frasco de

vidrio de 3 Lt de capacidad, provisto de un tapón hermético de

jebe que tiene las aberturas necesarias para la alimentación,

aire, sustrato, y, en la parte inferior un dispositivo para sacar

las muestras necesarias para el análisis.

Luego de que han pasado las 48 horas de incubación

del inóculo, viene lo que es la producción en sí de la levadura

forrajera; en la secuencia siguiente:

1) Se vierte al fermentador 1 litro de sustrato vinaza-melaza

esterilizada, con 5.7 de AR en la proporción de 11:1 y 3.5



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de pH, teniendo mucho cuidado de no contaminar la

solución.

2) Luego se transfiere al fermentador, el contenido de un

frasco de suero que es el inóculo activo y que a estado en

incubación 48 horas; aproximadamente el 20% del volumen

total de la mezcla vinaza-melaza que entra al fermentador,

corresponde el cultivo activo que se tiene que preparar en el

laboratorio y que es agregada en esta etapa. En esta parte

se toma un conteo de cuanta levadura contiene el

fermentador al iniciarse el proceso, usando la técnica dada

anteriormente. Los resultados se muestran en la tabla Nº

11.

TABLA Nº 11 : CONTEO DE LEVADURA

Levaduras vivas 6.4 x 105

Levaduras muertas 1.4 x 105

Viabilidad 82.1%

Este conteo se realiza cada hora hasta que se complete

la fermentación.

3) Inmediatamente se introduce el aire estéril, haciendo que

éste, proporcione también movimiento, de igual manera se

agrega urea, fosfato diamónico, sulfato de amonio; todo el

fermentador se coloca a una estufa para mantenerla a una



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temperatura de 31ºC, porque el aire ingresante enfría el

medio a fermentar. También el pH estará a 3.5 al iniciar el

proceso.

Las cantidades de elementos necesarios y principales que

ingresan al fermentador se hallan según la reacción

principal. En el apéndice se muestra la forma matemática

para hallar tales cantidades.

REACCIÓN PRINCIPAL

Glucosa Oxígeno Urea Biomasa Agua

6 12 6 2 2 4 3 11 2 2 2

180 60.19 26.57 95.4 143.55 27.81

C H O O CON H C H NO CO H O

g g g g g g

Esta reacción se basa en un rendimiento del orden

de los 53.0% sobre los AR, y de igual forma tiene una

conversión del orden del 98%.

Se tiene que tener en cuenta la siguiente apreciación:

El acondicionamiento de la levadura en los 200 ml de

vinaza-melaza (inóculo), se consumen totalmente los AR

presentes, pro consiguiente no se tendrá en cuenta para los

cálculos posteriores.

A continuación mostramos las cantidades que se usó

experimentalmente, y que ingresaron al fermentador en un



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proceso Batch de 10 horas por corrida en 1 litro de sustrato

vinaza-melaza:

ELEMENTO g/l de vinaza-melaza

- Aire 100.27

- Urea 9.30

- Fosfato diamónico 0.94

- Sulfato amónico 4.72

- Ácido sulfúrico 0.42 o 0.36cc

6.3.2 Control permanente de la evolución del proceso.

En este punto se hace un seguimiento de cómo esta

evolucionando el proceso de fermentación; realizándose los

siguientes controles en un intervalo de 1 hora, hasta que

finalice el proceso batch. La tabla Nº 12 nos proporciona los

datos obtenidos experimentalmente, y de las cuales se

construyen las figuras correspondientes:



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TABLA Nº 12 : DATOS OBTENIDOS EXPERIMENTALMENTE EN EL

PROCESO DE OBTENCIÓN DE LEVADURA FORRAJERA

TIEMPO (h)

TEMPERATURA (ºC)

pH CÉLULAS

VIVAS (106)

AZÚCARES REDUCTORES

(g / l)

PRODUCTIVIDAD (g / l.h)

0 26 3.5 0.64 64.258 0.09

1 30 3.5 1.88 62.112 0.26

2 32 3.7 2.43 57.872 1.60

3 31 4.2 4.29 52.000 3.99

4 31 4.5 4.68 41.000 8.04

5 31 4.6 4.68 12.000 7.41

6 32 4.9 4.48 6.667 5.13

7 31 5.3 4.22 4.952 3.69

8 30 5.8 4.00 4.952 2.33

9 32 6.2 3.93 3.524 1.27

10 31 6.5 3.81 1.285 0.23



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1. TEMPERATURA

Debe registrarse cada hora, por lo que se tendrá cuidado de

poner la estufa a 31ºC con el fin de tener un historial

permanente, como se muestra en la figura Nº 10. En esta

figura se observa que la temperatura se mantiene constante

en un rango de 30 a 32ºC, valores que hay que mantener

para el mejor comportamiento de la levadura.

FIGURA Nº 10 : TEMPERATURA vs. TIEMPO

2021222324252627282930313233

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

TIEMPO (h)

TEM

PER

ATU

RZ

(ºC

)



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2. pH:

Por lo menos una vez cada hora, se realiza con la cinta

indicadora de pH y se hace con la finalidad de observar con

rigurosidad la caída de la acidez de la mezcla. La figura Nº

11 muestra el comportamiento del pH con respecto al

tiempo. Obsérvese que el valor del pH llega a 6.5, lo que

nos indica que la mezcla al cabo de 10 horas sea

prácticamente neutra, favoreciendo de esta manera que la

romanaza que ha sido separada del producto por

centrifugación sirva para los regadíos.

FIGURA Nº 11 : CONTROL DEL pH vs. TIEMPO

00.5

11.5

22.5

33.5

44.5

55.5

66.5

7

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

TIEMPO (h)

pH



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3. CONTROL DE LAS CÉLULAS VIVAS.

Es muy importante porque nos indica el aumento de las

células en el fermentador. Se debe realizar cada hora hasta

el final de la operación y se realiza en el microscopio y con

ayuda de la cámara de Neubauer. En la figura Nº 12 vemos

el avance de la reproducción de las células por 1 ml de

sustrato, en la cual se observa que entre la cuarta y la

quinta hora las células vivas alcanza su mayor

reproducción, luego descienden no muy considerablemente

hasta el término del proceso.

FIGURA Nº 12 : CONTROL DE LAS CÉLULAS VIVAS vs TIEMPO

00.5

11.5

22.5

33.5

44.5

5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

TIEMPO (h)

MIL

LON

ES D

E C

ELU

LAS

VIVA

S / m

l



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4. CONTROL DE LOS AR.

Es un control químico que se efectúa cada hora y sobre los

azúcares reductores; se emplea el método de “Eynon Lane”

mostrada en el apéndice. Sirve para tener un seguimiento

de cuánto es que se está consumiendo de azúcar en una

corrida. La figura Nº 13 muestra este comportamiento a

través del tiempo, se observa claramente la disminución de

los AR a lo largo del tiempo de fermentación.

FIGURA Nº 13 : CONTROL DE LOS AR vs. TIEMPO

05

10152025303540455055606570

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

TIEMPO (h)

AZU

CZR

ES R

EDU

CTO

RES

(g/l)



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5. CONTROL DE LA PRODUCTIVIDAD.

Es de vital importancia realizar este paso, porque nos indica

el comportamiento del proceso si va en aumento o

disminución; se realiza cada hora. La figura Nº 14 nos

muestra como se comporta el proceso, observando que a la

cuarta hora se encuentra la mayor productividad.

FIGURA Nº 14 : PRODUCTIVIDAD vs. TIEMPO

0

1

23

4

5

67

8

9

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

TIEMPO (h)

PRO

DU

CTI

VID

AD (g

/ l .

h)



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6. FLUJO DE AIRE.

Debe controlarse regularmente, en lo posible debe ajustarse

cada hora un flujo de 10.03 g por hora.

6.4 PRIMERA CENTRIFUGACIÓN Y LAVADO DEL PRODUCTO.

Cuando se ha terminado la fermentación en el sistema batch

por espacio de 10 horas, se procede a una primera centrifugación de

todo el material fermentado (1 litro de levadura inactiva), sin tener en

cuenta la velocidad de centrifugación, pero si las cantidades de crema

de levadura y de romanaza saliente en este paso.

En este punto se sacó una cantidad de romanaza de 800 a 860

ml/l de v-m, con un 10 de ºBrix y 6.5 de pH. Con estos datos, y

especialmente de la romanaza se indica que el grado de acidez baja

considerablemente y el ºBrix sube; remarcando que se ha l legado a

nuestro primer objetivo dado en este trabajo experimental, en la cual

mencionamos que los residuos o romanazas de la producción de

levadura forrajera, no contendrán un poder polutivo alto, por

consiguiente se podrá enviar estos desechos a los campos de cultivo

que colindan con las destilerías, provocando un normal desarrollo de

la vegetación en estas zonas.

El producto final o crema de levadura que ha sido centrifugado

es aproximadamente 200 a 140 ml; esta cantidad se lava con 500 ml

de agua destilada esterilizada, con la finalidad de que quede limpia de



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impurezas y facilite a que cuando el producto esté seco, tenga un

color marrón claro. Esta última operación dura alrededor de 20 min.

6.5 CENTRIFUGACIÓN DEL PRODUCTO LAVADO.

Cuando ya está bien lavado la crema de levadura en los 500 ml

de agua destilada y esterilizada, se somete a una segunda

centrifugación a una velocidad de 3,100 r.p.m por un tiempo de 3 min,

velocidad que permite separar con bastante eficiencia a la levadura

del medio.

Justo al cabo de este tiempo la nueva crema de levadura se

decanta al fondo de los tubos de ensayo, usados para este fin, y el

líquido sobrenadante es desechado junto con la romanaza.

Un litro de sustrato vinaza-melaza es capaz de producir

después de la segunda centrifugación, una crema de levadura de 140

a 200 ml.

6.6 SECADO DE LA CREMA DE LEVADURA

La cantidad obtenida de crema de levadura, se deposita en un

recipiente de vidrio resistente a altas temperaturas (puede ser un pirex

o la base de una placa petri), y luego se introduce a una estufa que

tenga regulador de temperatura (termostato).

La temperatura de secado es de 60ºC por espacio de 3 horas,

cuidando de no pasar este tiempo y temperatura porque podría



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quemar al producto. Luego se vierte el contenido del pirex, que tiene

la apariencia de una champa de barro ligoso seca, en un recipiente de

metal y se refrigera por 15 min. a 0ºC.

6.7 PRODUCTO TERMINADO.

El hecho de pasarlo inmediatamente de la estufa a la nevera,

significa que en este paso la levadura rompe su pared celular

permitiendo que su contenido sea mejor digerible por los animales.

Como este proceso es a nivel de laboratorio el material o

levadura forrajera saliente de la nevera, se somete a un machacado o

pulverizado usando un mortero, dando como resultado un polvillo de

gránulos bien finos, de color pardo. Finalmente se pesa y se obtiene

33.38 g de levadura forrajera seca y bruta por litro de sustrato vinaza-

melaza, lo que representa el 53% de rendimiento sobre los AR

iniciales y sobre una base de conversión del 98%.

Posteriormente se analiza en el laboratorio las cantidades de

proteínas, humedad y cenizas. Dando de humedad 8%, cenizas 14%

y de proteínas 50% y otros 28%; luego se envasa y se comercializa.

6.8 PROCESO CONTINUO PARA LA PRODUCCIÓN DE LEVADURA

FORRAJERA.

En nuestro trabajo realizado, también se efectuó en proceso

continuo para la fermentación, tomando como consideraciones

básicas los mismos principios que para el proceso batch, es decir se



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trabajó a una temperatura de 31ºC, el pH a 4.5 y sobre todo los A.R

se deben siempre mantener a 5.7%, durante las 24 horas del día que

se trabaja.

6.8.1 Procedimiento.

Se procede del mismo modo que para el proceso batch,

hasta cuando se tiene los 200 ml de semilla, luego se vierte el

inóculo a un balón de vidrio juntamente con 100 ml más de una

mezcla de vinaza-melaza. Se le acondicionó al frasco para

poder agregar en forma de goteo más materia prima hasta

llegar a un volumen aproximado de 750 ml, manteniendo

siempre los AR en 5.7%. Luego se procederá a cosechar al

mismo volumen en que se esté agregando la materia prima.

Esta cosecha se centrifuga, se lava, se seca, se pulveriza y se

empaca del mismo modo que el otro proceso.

6.8.2 Control Físico – Químico Y Biológico

Estos controles son llevados a cabo del mismo modo

que en el proceso batch.

6.8.3 Resultados.

Los resultados obtenidos no fueron muy alentadores,

además que para mantener el pH a 4.5 se gasta bastante ácido

sulfúrico por lo que al obtener la romanaza el pH sigue en 4.5

por lo que no cumplía con nuestra expectativa y menos con



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nuestro objetivo expuesto. Además como se tiene que hacer

los análisis más continuamente que el proceso batch, es más

susceptible a la contaminación por lo que hay que estar

agregando bactericida y esto no es económico. Al construir la

tabla Nº 13, en la cual están los datos del consumo de ácido

sulfúrico a lo largo de un tiempo de 48 horas y al plasmarlos en

la figura Nº 15, podemos notar que el consumo de éste ácido

en las primeras 24 horas es elevado y en las subsiguientes se

hace casi constante en un promedio de 31 gotas cada 3 horas;

todo esto es con el fin de mantener la mezcla a un pH 4.5

TABLA Nº 13 : CONSUMO DE ÁCIDO SULFÚRICO EN SISTEMA

CONTINUO

TIEMPO

(h)

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48

CONSUMO DE H2SO4

(gotas)

0 5 8 12 15 17 21 27 37 34 36 34 30 29 31 30 31



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FIGURA Nº 15 : CONSUMO DE ÁCIDO SULFÚRICO vs. TIEMPO

05

1015202530354045

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48

TIEMPO (h)

GO

TAS

DE

AC. S

ULF

UR

ICO



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DISCUSIÓN DE RESULTADOS

- A la cuarta hora del proceso la productividad alcanzó su mayor valor, que

fue de 8.04 g / l . h, como muestra la figura Nº 14. este resultado se

obtuvo a un pH de 4.5 y a una temperatura de 31ºC, con lo que

confirmamos las condiciones óptimas de producción.

- El resultado de AR al final del proceso fue de 1.3 g/l, esta cantidad

representa el 98% de conversión sobre los AR iniciales.

- Un resultado de este proceso, se observa en la figura Nº 11, en la que el

valor del pH llega hasta 6.5, hecho que demuestra que los residuos

(romanaza) de esta producción no contienen excesiva acidez.

- Al finalizar este proceso se observó que la temperatura que ofrece

mayores resultados es aproximadamente 31ºC, mayores a ésta, la

levadura muere; y a menores temperaturas baja su actividad

reproductiva.

- El tiempo de fermentación del proceso es de 10 horas, ya que al cabo de

este tiempo los nutrientes (AR, ácidos, Ca, Mg, K, etc.) de la materia

prima ya no son suficientes para la alimentación de la levadura.

- Se obtuvo a partir de un litro de mezcla vinaza-melaza, 33.38 g de

levadura forrajera seca, que corresponde al 53% en rendimiento sobre

los AR, esta levadura finalmente es un polvillo de gránulos finos y de



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color pardo oscuro, estas características del producto coinciden con las

dadas teóricamente.

- Los análisis del producto final arrojaron como resultados: proteínas 50%,

humedad 8%, cenizas 14%, otros 28%; estos resultados se aproximan

con otros datos en la tabla Nº 9, por lo que nuestro producto está dentro

de los rangos aceptados.

- Se inició el proceso con 5.7% de AR, que corresponde a una proporción

de vinaza-melaza de 11:1, porque la levadura se encuentra en un medio

favorable para su reproducción.



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CAPÍTULO VII

CONCLUSIONES

Al término de nuestra experiencia concluimos que para llevar a cabo este

proceso es necesario tener condiciones de esterilidad rigurosas, con el

fin de evitar toda clase de contaminación que perjudicaría al normal

desarrollo de la fermentación.

Gracias a este proceso experimental concluimos que los residuos de la

fermentación alcohólica son útiles como materia prima para la

elaboración de levadura forrajera y los residuos de éstas son menos

nocivos para los campos de cultivo por contener un pH neutro.

Las condiciones de operación óptima para este proceso son de 31ºC y 10

horas de fermentación.

Se concluyó que al usar los sistemas batch y continuo, el que más

ventaja ofrece para la CAA Laredo con respecto a la economía y a la

preservación del ambiente, es el sistema batch. El sistema continuo no

ofrece las condiciones de esterilidad requeridas y además sus residuos

contienen gran cantidad de ácido.

Concluimos que nuestro producto final no es tan costoso y además por

contener un porcentaje elevado de proteínas puede competir con otros

alimentos forrajeros que existen en el mercado como la harina de

pescado.



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CAPÍTULO VIII

RECOMENDACIONES

Es necesario realizar análisis bioquímico por lo menos una vez cada hora

para llevar un mejor control del proceso de fermentación.

Como resultado de este proceso, se obtuvo un desecho con un pH

aproximado de 6.5, por tal motivo se recomienda usar sin preocupación

este efluente para los regadíos de los campos que colindan con la

destilería de la CAA Laredo.

Se recomienda mantener las características naturales del producto (color,

sabor, olor), porque de lo contrario podría cambiar su poder proteico y

vitamínico.

Recomendamos tener mucho cuidado en el peso de los elementos que

componen el Saburaud, que sirve como medio para la conservación y

propagación de la cepa, ya que su alteración podría cambiar el sistema

alimenticio de la levadura.

Para el caso en que la sustancia que se este fermentando, se contamine,

es necesario adicionar bactericida con el fin de mantener un control de

microorganismos que no favorecen a la fermentación aeróbica. Para tal

caso se recomienda dosificar la cantidad de bactericida, haciendo que

éste, no llegue a ser nocivo para la levadura.

Es recomendable adicionar a la vinaza un suplemento de melaza, porque

éste ayuda aportar, además de AR, algunos elementos esenciales (K,

Mg, Ca) para la alimentación de la levadura.



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