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CÓDIGO DEL PROYECTO: Palabras clave: maíz, alcohol etílico

I. Generalidades:

I.1.Título.

- Evaluación de la obtención de bioetanol a partir del almidón de maíz

I.2.Personal Investigador.

- Autor: Parraguez Mendoza Lucia Rosaura

I.3.Tipo de Investigación.1.3.1 De acuerdo al fin que persigue-Aplicada1.3.2. De acuerdo al Diseño de Investigación-Experimental.

I.4.Área de Investigación

- Ingeniería y Tecnología

I.5.Línea de Investigación

- Química Analítica

I.6.Localidad e Institución donde se desarrolla el proyecto.

- Institución para trabajo de laboratorio:- Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo – FIQIA Laboratorio de Analítica.

I.7.Duración estimada del proyecto.

- 4 meses

I.8.Fecha de inicio.

- 10-07-2014

I.9.Fecha de término.

- 10-10-2014

2

RESÚMEN

La necesidad mundial en la producción de biocombustibles, ha llevado a

explorar nuevas estrategias de proceso y a usar materias primas alternativas

con el objetivo de optimizar la producción. Siendo el etanol uno de los

biocombustibles mas novedosos de la actualidad.

Sin embargo, han sido y son muchos los limitantes que se han presentado en

torno a la obtención de etanol a partir de este tipo de materiales, debido a su

estructura lignocelulosa de compleja degradación. Por ello, han surgido

diversidad de trabajos e investigaciones, que abarcan distintas problemáticas y

proponen alternativas de solución y aportes enormes que poco a poco han

abierto el camino hacia la explotación de la biomasa lignocelulósica para este

fin.

Este proyecto muestra la alternativa de usar el almidón de maíz para la

producción de etanol, tratando en un principio la materia prima y sometiéndola

a hidrólisis acida, calentamiento e hidrólisis básica y luego ser sometida a

fermentación con ayuda de la levadura Saccharomyces cerevisiae, para luego

ser destilada y determinar los grados alcohólicos en cada una de las muestras,

el cual en la mayoría se aproxima a 20.

En este proyecto se concluye que la cantidad de grados alcohólicos son

estrechamente diferentes en las muestras, ya que se ve afectada ligeramente

por la concentración de almidón que hay en cada uno

3

ABSTRACT

The global need for the production of biofuels, has led to explore new strategies

process and use alternative raw materials in order to optimize production.

Nowadays the ethanol is the biofuels more newfangled.

However, there have been many limits around the production of ethanol due to

this kind of materials have a structure of lignocellulose with a complex

degradation. Therefore, diversity of research works have emerged and

research, covering various issues and propose alternative of solutions, so these

have gradually opened the way to the exploitation of lignocellulosic biomass for

this purpose.

This project show an interesting alternative for the use of the maize starch for

the production of ethanol, which is submitted to crushing, acid hydrolysis,

warming and basic hydrolysis and then to a fermentation with Saccharomyces

cerevisie, after that it is submitted to a distilled and determined the degrees

alcoholics, about 20 degrees.

The conclusion of this project is that degrees alcoholics are minimally different

in the samples, because are affected by the concentration of starch in each

one.

4

INTRODUCCION

En la actualidad la generación de alternativas energéticas distintas a las ya

convencionales obtenidas principalmente de la explotación del petróleo, ha

conllevado al uso de materias primas naturales dando lugar a los llamados

biocombustibles dentro de los cuáles destaca el bioetanol. Ello ha surgido a

raíz de la necesidad de proteger el medio ambiente, preservar los recursos

tanto renovables como no renovables y maximizar el potencial de uso de

productos agrícolas, y en especial de los subproductos que estos generan al

someterlos a distintos procesos agroindustriales, cuya disposición final es un

gran problema ambiental. De estos subproductos ó residuos en su mayoría

corresponden a biomasa lignocelulosica rica en polímeros de celulosa y

hemicelulosa entre 75-80%, los cuales pese a su dificultosa degradación, es

posible mediante procesos químicos, físicos y/ó biológicos desdoblarlos a

azucares monosacáridos para su posterior conversión a etanol. Las apuestas

en investigación están dirigidas al estudio e incursión de pre tratamientos

viables tanto en proceso como económicamente para este tipo de materias

primas, y el uso de microorganismos, hongos y/o bacterias modificadas,

combinadas, etc., para la potencialización de estas en la fermentación de

azucares y posterior obtención de bioetanol.

5

II. ASPECTOS DE LA INVESTIGACIÓN

REALIDAD PROBLEMÁTICA

2.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Debido al agotamiento progresivo de los combustibles fósiles, en

los últimos años se ha generado una gran preocupación por parte

de los países de todo el mundo por buscar nuevas fuentes de

energía, pero hasta el momento no se ha desarrollado una fuente

de energía que reemplace por completo a los combustibles fósiles,

debido a que poseen un gran potencial energético. Sin embargo, se

han desarrollado innumerables estudios a lo largo de estas cuatro

últimas décadas y en la literatura científica se reporta que una

potencial fuente nueva energía es la biomasa, que supone la

obtención de combustibles desde fuentes vivas (plantas,

microorganismos, incluso algunos residuos de animales), como el

etanol o alcohol etílico, producido a partir de la fermentación de los

azucares que se encuentran en los productos vegetales (cereales,

caña de azúcar, remolacha, maíz entre otros). Este combustible

debidamente procesado poco a poco comienza a penetrar como

combustible en el mercado internacional.

El alcohol no es un producto como cualquier otro, ha formado parte

de la civilización humana durante miles de años. El alcohol etílico

no sólo es el producto químico orgánico sintético más antiguo

empleado por el hombre, sino también uno de los más importantes.

6

La producción de alcohol se da generalmente a partir de la melaza

de la caña de azúcar, sin embargo debido al agotamiento

progresivo de los combustibles fósiles, en los últimos años se ha

generado una gran preocupación por parte de los países de todo el

mundo por buscar nuevas fuentes de energía, pero hasta el

momento no se ha desarrollado una fuente de energía que

reemplace por completo a los combustibles fósiles, debido a que

poseen un gran potencial energético.

En la últimas cuatro décadas se han desarrollado innumerables

estudios y en la literatura científica se reporta que una potencial

fuente nueva energía es la biomasa, que supone la obtención de

combustibles desde fuentes vivas (plantas, microorganismos,

incluso algunos residuos de animales), como el etanol o alcohol

etílico, producido a partir de la fermentación de los azucares que se

encuentran en los productos vegetales (cereales, caña de azúcar,

remolacha, maíz entre otros).

Como se sabe, la fermentación alcohólica (denominada también

como fermentación del etanol o incluso fermentación etílica) es un

proceso biológico en plena ausencia del oxígeno, originado por la

actividad de algunos microorganismos que procesan los hidratos

de carbono (por regla general azúcares, como por ejemplo la

glucosa, la fructosa, la sacarosa, el almidón, etc.) para obtener

como productos finales: un alcohol en forma de etanol.

7

Como se menciona la fermentación alcohólica se puede dar

utilizando el almidón, que es un polisacárido de reserva alimenticia

predominante en las plantas, constituido por amilosa y

amilopectina. El almidón es la sustancia con la que las plantas

almacenan su alimento en raíces (yuca), tubérculos (patata), frutas

y semillas (cereales).

2.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

¿Se podrá obtener bioetanol a partir de la hidrólisis de almidón de

maíz y la fermentación con Saccharomycescereviseae?

2.3. JUSTIFICACION E IMPORTANCIA DEL ESTUDIO

En este trabajo de investigación se presentará en forma clara, la

posibilidad de obtener otro producto del maíz como es el etanol,

por esta razón el proyecto es de mucha importancia ya que se

daría a conocer una tecnología adecuada para la producción.

Los recursos no renovables (combustibles fósiles) en el país día a

día se están agotando debido a la gran demanda que estos

generan a nivel mundial por las diferentes aplicaciones y usos que

estos tienen en procesos industriales. Este proyecto se hace

necesario para la búsqueda de alternativas energéticas viables con

el fin de disminuir el consumo de los combustibles fósiles debido a

la contaminación que estos generan y con el tiempo poder llegar a

remplazarlos. Por otra parte generaría desarrollo en las

investigaciones del país cerrando poco a poco la brecha

8

tecnológica con los países industrializados de Suramérica como

Brasil.

La Ingeniería Química como ciencia está a la expectativa de

nuevas investigaciones, teorías o procesos de fabricación las

cuales conforman una ciencia más competitiva frente al ámbito

laboral ya que el papel del ingeniero químico en la industria es

fundamental en el desarrollo de muchos procesos. Mediante la

obtención de etanol a nivel de laboratorio se desarrollaran los

pasos adecuados para realizar el proceso en mayores

proporciones.

La ejecución de este proyecto puede acarrear ciertos beneficios

tanto para los agricultores como para la industria. Para el agricultor

ya que así podrá incrementar la producción de maíz y venderla en

su totalidad a la industria, ya no sólo quedarse en la producción

artesanal de almidón de maíz sino avanzar un paso más que es la

obtención de alcohol etílico.

Los beneficios que podría tener la industria son desarrollar nuevos

productos, como es el ya mencionado combustible entre otros los

cuales serían atractivos para el consumidor y abriría nuevos

mercados implantando nuevas líneas de producción y a la vez

promoviendo la creación de una fuente de trabajo.

9

2.4. OBJETIVOS

2.4.1.-GENERAL.

Evaluar la obtención bioetanol a partir del almidón de almidón

mediante hidrolisis y posterior fermentación.

2.4.2.-ESPECIFICO.

Diseñar una tecnología adecuada para la obtención debioetanol

Realizar la fermentación del hidrolizado obtenido, mediante la

utilización de la levadura Saccharomycescerevisiae

III.- MARCO TEÓRICO

3.1.-ANTECEDENTES DE INVESTIGACIÓN

EVALUACIÓN DE LA OBTENCIÓN DE BIOETANOL A PARTIR

DEL ALMIDÓN DE ÑAME (DIOSCOREA ROTUNDATA,

DIOSCOREA ALATA Y DIOSCOREA TRÍFIDA) MEDIANTE LA

HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA Y POSTERIOR FERMENTACIÓN.

José Luis Murgas Torres, Miguel Ángel Vásquez Monterrosa.

Cartagena 2012.

Hoy en día la búsqueda de energías alternativas y su utilización

se ha convertido en una de las principales preocupaciones y

desafíos para la humanidad. De seguir así, con el consumo

desaforado de los combustibles fósiles, el futuro de la humanidad

y del planeta se prevé desastroso debido al acelerado ritmo de

10

contaminación y al gran impacto que se ha generando en la capa

de ozono por su combustión. Por lo planteado anteriormente esta

investigación tiene como finalidad realizar la evaluación de la

obtención de etanol a partir de tres variedades de ñame como

sustrato,mediante el proceso de hidrólisis enzimática y posterior

fermentación, teniendo en cuenta las propiedades que posee este

tubérculo y sualta producción en las zonas regionales, con lo que

se busca darle un valor agregado al uso de este producto

agrícola.

De acuerdo a lo planteado anteriormente, en el primer capítulo del

proyecto se realizó el planteamiento y la formulación del

problema, en donde se destaca la importancia de evaluar un

nuevo sustrato (ñame) para la obtención de etanol y utilizarlo

como alcohol carburante y así minimizar las emisiones de gases

en la atmósfera reduciendo así el impacto ambiental, también se

proponen los OBJETIVOS los cuales deben ser alcanzables para

que la investigación sea valedera. En el segundo y tercer capítulo,

se recopilaron las investigaciones realizadas previamente a esta

investigación, las bases teóricas que fundamentan la investigación

y se planteo la metodología empleada para la obtención de los

resultados, además se establece las fuentes de información

utilizadas y la descripción de las variables implicadas en el

proceso.

En el capítulo 5 y 6 se encuentran las conclusiones y

recomendaciones que se pudieron extraer del proyecto, que

11

servirán como punto de referencia a futuros investigadores que

decidan indagar o explorar en este campo o que deseen llevar a

cabo el proceso a escala piloto o industrial.

“USO DEL ALMIDÓN DE YUCA PARA LA OBTENCIÓN DE

ALCOHOL ETÍLICO”

Arévalo Moncayo Alejandra Marilyn, Ambato – Ecuador 2011.

El presente trabajo de investigación describe la tecnología

utilizada para la obtención de alcohol etílico a partir del almidón de

yuca, así como también las variables para poder determinar con

que tratamiento se logra obtener mayor cantidad de alcohol etílico

después de la fermentación. Las variables estudiadas fueron: el

porcentaje de almidón en la suspensión (20% y 25%) y el tiempo

de hidrólisis con alfa amilasa (1h y 1.5h); se seleccionó estas dos

variables porque afectan directamente a la cantidad de azúcares

formados (°Brix), los cuales son utilizados por las levaduras, para

convertirlos en alcohol etílico y gas carbónico. Los factores de

estudio son grados alcohólicos, °Brix y pH.

La obtención de alcohol etílico consistió en tres etapas. La

primera fue la obtención de almidón de yuca, consiguiendo un

rendimiento del almidón de 16.51%. En la segunda etapa con el

almidón obtenido se preparó una suspensión para someterla a

hidrólisis con alfa amilasa y glucoamilasa, para convertir el

almidón en glucosa. En la tercera etapa se desarrolla la

12

fermentación, durante 34 días; todos los tratamientos

permanecieron en fermentación el mismo tiempo, para así poder

apreciar las variaciones que se produce por el diferente

porcentaje de almidón y tiempo de hidrólisis.

Mediante el análisis estadístico de los resultados se determinó

que el mejor tratamiento corresponde a la utilización de una

suspensión de almidón al 25% y un tiempo de hidrólisis con alfa

amilasa de 1.5h (a1b1) con los cuales se obtuvo el mayor grado

alcohólico 12.5%. Otros resultados relevantes son los del pH y

°Brix; durante la fermentación existen ligeros cambios del pH, los

datos de pH se encuentran alrededor de 6.5, en cuanto a los

resultados de los °Brix van descendiendo hasta valores entre 14 y

21.5 °Brix.

“ESTUDIO EXPERIMENTAL DE OBTENCIÓN DE BIOETANOL

A PARTIR DE RESIDUOS AGRÍCOLAS DE BANANO

ORGÁNICO EN PIURA”

Junneyder Escalante Calderón, Hilda Fuentes Aquije. Piura,

2013.

Los materiales lignocelulósicos son considerados aptos para la

producción de etanol de segunda generación. En la región Piura

se generan 5 400 000 toneladas/año de residuos agrícolas de

banano orgánico (hojas, pseudotallos y raquis). En la presente

13

tesis se ha realizado un estudio experimental que ha permitido

obtener etanol a partir de dichos residuos.

La secuencia de procesos para la obtención de etanol a nivel de

laboratorio, fue la siguiente: pretratamiento, deslignificación,

hidrólisis enzimática, fermentación y destilación.

Los pretratamientos utilizados fueron: SteamExplosion(SE) y

Liquid Hot Water(LHW). La mayor degradación de la hemicelulosa

correspondió a una variación de pH de 2,5, en ensayos de LHW

con pseudotallo húmedo; mientras que con el pretratamiento SE

solo alcanzó una variación de pH de 1,5. La hidrólisis enzimática

se realizó con enzimas celulolíticasCellicCtec 2

(Novozymes),alcanzando un rendimiento del 29%. El proceso de

fermentación se estabilizó al quinto día, sin haberse podido

determinar la cantidad de glucosa presente.

Se consiguió un destilado de 92% de pureza en peso y un

rendimiento etílico de 0,078 g de etanol/g de biomasa.

En conclusión, es técnicamente factible la producción de etanol a

partir de estos residuos, sinembargo, es necesario abordar con

mayor profundidad las condiciones óptimas para cada proceso

con el fin de implementar dicha tecnología a nivel industrial.

14

“PRODUCCIÓN DE BIOETANOL”

Rómulo Aycachi Inga, Lambayeque 2009

Los Biocombustibles no son buenos o malos por sí mismos, sino,

básicamenteva a depender de cómo se lleven a cabo las políticas

y regulaciones dadas parapoder ver si son favorables

o desfavorables.

El Bioetanol no podrá sustituir totalmente a los combustibles

fósiles, pero sícomplementarlos en forma de mezclas con el fin de

reducir la dependenciarespecto del petróleo.

Los principales objetivos de la producción de Bioetanol son:

preparar mezclascon gasolina (E5, E10, E85) y aditivos como el

ETBE (que reemplacen a losMTBE).

De todas las materias primas utilizadas actualmente para producir

Bioetanol, lacaña de azúcar es la que tiene el rendimiento más

bajo por tonelada, pero tieneun alto rendimiento agrícola.

La energía requerida para obtener maíz en el proceso agrícola es

11 vecesmayor que la necesaria para cultivar la caña y producir

etanol de su jugo.

La yuca, el sorgo dulce y la remolacha tienen un alto rendimiento

de alcohol porhectárea, pero su producción agrícola es muy baja

para el propósito industrial.

La materia prima más prometedora es la de emplearía materiales

celulósico ylignocelulósicos, ya que son materias primas baratas y

15

relativamente fáciles deconseguir, además que no competiría con

los terrenos para cultivo alimentario,ya que la mayoría son

materiales de desecho agrícola o industrial; el reto

estáendesarrollar tecnologías que abaraten los procesos de

extracción de azúcarespresentes en estos compuestos o de

desarrollar microorganismos modificadosque puedan

metabolizarlos directamente.

Otros materiales que podrían ser competitivas en un futuro

cercano serian losdesechos industriales tales como las melazas

(de la industria azucarera) y lossueros de leche (de las industrias

lácteas); esto siempre y cuando se logrenmejorar algunos

aspectos claves en su producción.

Todas las materias primas generan coproductos de un

significativo valoragregado, que pueden ser destinados con éxito

para la alimentación del ganado,por su contenido energético.

El microorganismo con mayor capacidad para producir etanol es

Z. mobilis. Conayuda de la Ingeniería Genética, se podrá lograr en

esta bacteria, una mayorgama de fuentes de carbono

fermentables.

En el Perú, ante la falta de claridades en la información, la

promoción de losBiocombustibles se presenta apurada y

desordenada, lo que representa un granriesgo para la seguridad

alimentaria y el ambiente. Siendo este un problemacomplejo, se

debe promover la investigación y una toma de

16

decisionestransparente y que de cuenta de las distintas

dimensiones e impactos que tieneeste tema, ya que la falta de

coordinación, la escasez de criterios y el apuro porsu promoción

configuran un escenario en que las decisiones no se toman

deacuerdo a evaluaciones integrales, sino de manera errática y

basada enobjetivos de corto plazo sin pensar en el futuro.

3.2.-BASE TEÓRICA

3.2.1.- BIOETANOL

El etanol es un combustible que puede producirse a partir de un gran

número de plantas, con una variación, según el producto agrícola, del

rendimiento entre el combustible consumido y el generado en dicho

proceso. Este etanol, conocido como bioetanol, está sujeto a una fuerte

polémica: para unos se perfila como un recurso

energéticopotencialmente sostenible que puede ofrecer ventajas

medioambientales y económicas a largo plazo en contraposición a

los combustibles fósiles, mientras que para otros es el responsable de

grandes deforestaciones y del aumento del precio de los alimentos, al

suplantar selvas y terrenos agrícolas para su producción,1 dudando

además de su rentabilidad energética.

El bioetanol tiene las mismas características y composición química que

el etanol ya que se trata del mismo compuesto. La diferencia radica en

su proceso de producción. El bioetanol ha de ser obtenido

desde biomasa, no pudiendo obtenerse del petróleo.

17

Debido al aumento de las medidas tomadas para controlar las emisiones

totales de gases con efecto invernadero, la utilización de este alcohol

como combustible para el trasporte por carretera está creciendo muy

rápido. Un análisis del ciclo de vida completo de este producto como

combustible muestra como las emisiones generadas en el proceso de

producción del combustible y las de operación son compensadas por las

fijadas en el cultivo durante su crecimiento.

Aún están pendientes estudios claros acerca de las emisiones de este

combustible en la operación. Es posible que contaminantes orgánicos

como el benceno o algunos aldehidos aumenten, por lo que es necesario

estudiar su impacto en la salud humana.

El etanol se obtiene fácilmente del azúcar o del almidón en cosechas

de maíz y caña de azúcar, entre otros. Sin embargo, los actuales

métodos de producción de bio-etanol utilizan una cantidad significativa

de energía en comparación con la energía obtenida del combustible

producido. Por esta razón, no es posible sustituir enteramente el

consumo actual de combustibles fósiles por bio-etanol.

3.2.2.- PRODUCCIÓN DE BIOETANOL

El proceso se inicia con la molienda de la caña de azúcar en un trapiche,

para luego separar el jugo azucarado de la fibra. El jugo se procesa para

obtener azúcares y alcoholes. La fibra, llamada bagazo, se utiliza como

combustible en calderas que producen vapor con el que se mueven las

turbinas y la usina eléctrica del ingenio.

18

Etapas del proceso

Dilución: Es la adición del agua para ajustar la cantidad de azúcar en la

mezcla o (en última instancia) la cantidad de alcohol en el producto. Es

necesaria porque la levadura, usada más adelante en el proceso de

fermentación, puede morir debido a una concentración demasiado

grande del alcohol.

Conversión: La conversión es el proceso de convertir el

almidón/celulosa en azúcares fermentables. Puede ser lograda por el

uso de la malta, extractos de enzimas contenidas en la malta, o por el

tratamiento del almidón (o de la celulosa) con el ácido en un proceso de

hidrólisis ácida.

Fermentación: La fermentación alcohólica es un proceso anaeróbico

realizado por las levaduras, básicamente. De la fermentación alcohólica

se obtienen un gran número de productos, entre ellos el alcohol.

Destilación o Deshidratación: La destilación es la operación de

separar, mediante calor, los  diferentes componentes líquidos de una

mezcla (etanol/agua). Una forma de destilación, conocida desde la

antigüedad, es la obtención de alcohol aplicando calor a una mezcla

fermentada.

Nuestro sistema de deshidratación utiliza ciclo hexano el cual forma

mezclas ternarias con el alcohol y el agua, que al vaporizar y condensar

se produce una separación de fases: a) Fase “liviana” compuesta por un

94.7 % de ciclo hexano – 5.1% alcohol etílico – 0,2% agua b) Fase

“pesada” compuesta por: 63 % etanol – 17% de agua – 20% ciclo

19

hexano La fase “pesada” es la que se retira del proceso de la columna

de deshidratación para separar en otra columna (recuperadora) el agua

del resto de alcohol y ciclo hexano, volviendo estos dos últimos a la

columna deshidratadora, eliminando el agua por la parte inferior de la

columna recuperadora.

En todo sistema de destilación, priva la diferencia de puntos de

ebullición, los cuales se ubicarán de mayor a menor desde la base de la

columna hasta el tope o cabeza de la misma. Por ello, el agua termina

eliminada por la parte inferior de la columna recuperadora (p.e. 100 °C),

yendo a la cabeza de la misma el alcohol (78,3 °C) y el ciclo hexano (81

°C), en tanto las mezclas ternarias adquieren p.e. mucho más bajos en

el orden de 63 °C que se ubicarían en el tope de la columna

deshidratadora, permitiendo de esa manera llevar a cabo la extracción

del agua del alcohol obtenido por destilación convencional azeotrópica,

quedando el alcohol anhidro como el producto de mayor punto de

ebullición siendo retirado de la columna deshidratadora por la base de la

misma.

3.2.3.- MAÍZ

El maíz es una gramínea oriunda de las América, pero antes que este

alimento adquiera fama mundial y presencia gastronómica, hace unos

ocho mil años, el maíz ya era domesticado en América y gozaba de una

significativa presencia en las antiguas culturas de nuestro continente,

entre ellas las más importantes: Inca, Maya y Azteca. Se sabe que estas

20

tres culturas, con muchos rasgos de similitud, establecieron su economía

y alimentación en base al maíz, siendo éste uno de los motivos

principales por la que se le incluyó como elemento presente en la

mayoría de sus ritos y festividades.

Producción

La producción mundial de estas semillas alcanzó los 883 millones de

toneladas en el año 2011 y prácticamente lo mismo el año anterior.

Comparando con los 704 millones de toneladas de trigo o los 723

millones de arroz, se comprende la importancia básica a nivel mundial

del maíz, no sólo económicamente sino a todos los niveles. Estos datos

pueden consultarse en las estadísticas de la FAO (Food and

AgriculturalOrganization, una división de la O.N.U.).

Sin embargo, hay que considerar que el consumo humano en todo el

mundo es bastante inferior al del trigo, no por su calidad como cereal

sino porque el maíz es un alimento fundamental de los animales,

especialmente, porcinos, y también es básico en la producción de aceite

comestible y hasta etanol. De hecho, el llamado CornBelt en los Estados

Unidos es la región de producción de carne más importante del mundo,

conjuntamente con el sureste del Brasil, cuya ganadería de cerda es la

más importante del mundo por el valor de su exportación y está

fundamentada en la rica producción de maíz brasileña, como alimento

para el ganado.

Estados Unidos es el mayor productor con el 30% de la producción total

mundial, seguidos por China con más del 20%. La productividad puede

21

ser significativamente superior en ciertas regiones del mundo, así

en 2009 el rinde en Iowa fue de 11.614 kg/ha. Así también en 2002 el

potencial genético de rinde se sigue incrementando como en los últimos

35 años".

TABLA Nº1: PRODUCCIÓN MUNDIAL DE MAÍZ, 2011

Principales productores de maíz (2011)

(miles de toneladas)

 Estados Unidos 313.918

 China 192.904

 Brasil 55.660

 Argentina 23.800

 India 21.570

 Indonesia 17.729

 México 17.635

 Francia 15.703

 Sudáfrica 10.360

 Nigeria 9.180

Fuente: FAOStat

VARIEDADES DEL MAIZ PERUANO

22

El Perú cuenta con 35 variedades de maíz, más que ningún otro país del

mundo, incluyendo entre ellas las imponentes mazorcas de la sierra, las

cuales, además del tamaño de sus granos, destacan por su

incomparable sabor. Por ello, a diferencia de otras regiones de América,

el Perú se distingue por el consumo del maíz cocido en su mazorca,

además del molido en el batán. En el Perú, comer el choclo, cocido o

tostado, es una costumbre ancestral y precolombina. Los campesinos

reservan el maíz, según su variedad, para ocasiones y platos especiales,

tanto que en época de cosecha, el maíz recién cocido, lo ofrecen “las

caseras” con salsa picante y queso del lugar. El maíz hervido en mote es

distinto al utilizado tostado en cancha, al utilizado para la chicha o para

las humitas. Otras variedades son, en cambio, adecuadas para las

mazamorras o las sopas.

3.2.4.- ALMIDÓN

El almidón es un producto de reserva alimenticia predominante en las

plantas. El almidón es sintetizado y almacenado en plastidios, ya sea de

manera temporal en cloroplastos o a largo plazo en amiloplastos

densamente ubicados en órganos de almacenamiento como raíces o

semillas. Químicamente el almidón es un polisacárido que resulta de la

polimerización de moléculas de glucosa. El almidón se obtiene

exclusivamente de los vegetales que lo sintetizan a partir del dióxido de

carbono que toman de la atmósfera y del agua que toman del suelo.

Durante este proceso la energía solar se transforma y se almacena en

23

forma de glucosa. El almidón está formado por dos tipos de

polisacáridos muy similares, la amilosa y la amilopectina. En casos como

el de los cereales, el almidón puede contener componentes menores

tales como lípidos. La composición de amilosa y amilopectina es el factor

principal que le confiere las propiedades funcionales al almidón. Estos

polímeros de glucosa se encuentran en proporciones diferentes

dependiendo de la fuente de obtención del almidón y de diversas

variables ambientales. La amilosa es el producto de la condensación de

D-glucopiranosas por medio de enlaces glucosídicosα(1,4). El polímero

resultante está formado por cadenas lineales largas de 200-2500

unidades. La amilosa es un α-D-(1,4)-glucano cuya unidad repetitiva es

la α-maltosa. La amilosa tiene la facilidad de adquirir una conformación

tridimensional helicoidal, en la que cada vuelta de hélice consta de seis

moléculas de glucosa. El interior de la hélice contiene sólo átomos de

hidrógeno, y es por tanto lipofílico, mientras que los grupos hidroxilo

están situados en el exterior de la hélice. La mayoría de los almidones

contienen alrededor de 25% de amilosa. La amilopectina se diferencia

de la amilosa en que contiene ramificaciones adicionales que le dan una

estructura molecular similar a la arquitectura de un árbol; las ramas

están unidas al tronco central (semejante a la amilosa) por enlaces α-D-

(1,6), localizadas cada 15-25 unidades lineales de glucosa (Fig. 2). La

amilopectina constituye alrededor del 75% de los almidones más

comunes. Algunos almidones están constituidos exclusivamente por

amilopectina y son conocidos como céreos (Smith et ál., 1997). El

almidón se presenta como un conjunto de gránulos o partículas, estos

24

gránulos son relativamente densos e insolubles en agua fría, aunque

pueden dar lugar a suspensiones cuando se dispersan en el agua.Error:

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Figura 1. Estructura química de la amilosa y amilopectina.

LA BIOSÍNTESIS DE ALMIDÓN EN PLANTAS

La fuente principal para la biosíntesis de almidón es la sacarosa. La

mayor parte de la sacarosa citosólica es convertida a hexosas

fosfatos, las cuales son transportadas al amiloplasto por un

translocador cuya naturaleza química aún se discute y puede variar

según la especie vegetal. La glucosa-6-fosfato así formada es

convertida a glucosa-1-fosfato por la enzima fosfoglucomutasa. El

paso crucial en la biosíntesis de almidón en el amiloplasto es llevado

a cabo por la ADP-glucosa pirofosforilasa (AGPasa), la cual cataliza la

25

síntesis de ADP glucosa a partir de glucosa-1-fosfato usando ATP y

liberando pirofosfato como subproducto. La ADP-glucosa es

transferida a los extremos no reductores de moléculas de almidón

presentes en el plastidio mediante las enzimas almidón sintasas,

principalmente GBSS (del inglés Granule BoundStarchSynthase),

extendiendo de manera lineal el polímero. Por otra parte, las

ramificaciones del almidón son producidas por la enzima ramificante

del almidón, SBE (del inglés StarchBranchingEnzyme) y por las

sintasas solubles, SSS (del inglés Soluble StarchSynthase). Error:

Reference source not found

Figura 2. Esquema de la ruta de biosíntesis de almidón en una

célula vegetal. Encerradas en un círculo se muestran las principales

enzimas de la biosíntesis de almidón). SS: StarchSynthase (GBSSI),

SBE: StarchBranchingEnzyme.

26

La relativa simplicidad de la ruta bioquímica determinada por los

pocos pasos enzimáticos que ella involucra, contrasta con la

complejidad de los genes que codifican para las enzimas implicadas.

La AGPasa es una enzima heterotetrámerica compuesta por dos

unidades pequeñas y dos grandes. La subunidad pequeña posee la

actividad catalítica, mientras que la grande está encargada de la

regulación de la actividad de la enzima. Dicha regulación está

determinada por el estado fisiológico de la célula. En presencia de

altas concentraciones de 3-fosfoglicerato -un producto directo de la

fotosíntesis-, la actividad de la AGPasa es inducida. Cuando el fosfato

inorgánico, -subproducto de la síntesis de almidón y molécula

necesaria para ser intercambiada por glucosa-6-fosfato del citosol- es

el que predomina, la actividad de esta enzima es reprimida. Se han

encontrado isoformas de la AGPasa diferencialmente distribuidas en

el citosol o en plastidios, o a nivel de hojas, raíces o tallos (Ball y

Morell, 2003). Para el almidónsintasas existen por lo menos cuatro

isoenzimas, las cuales pueden ser subdivididas en dos grupos según

su localización. Las enzimas que están unidas fuertemente al gránulo

de almidón son denominadas GBSS, mientras que las SSS son

solubles y se encuentran en el estroma de los amiloplastos o en los

cloroplastos. La actividad de cada una de estas isoenzimas es

complementaria más no sobrelapante. Principalmente la GBSS es

responsable de la síntesis de amilosa, mientras que la SSS sintetiza

amilopectina. En la reacción de ramificación están involucradas dos

tipos de enzimas ramificantes, diferenciándose en que las del tipo I

27

tienen una actividad moderada de ramificación, mientras las del tipo II

producen amilopectina altamente ramificada.

3.2.5.- PROCESO DEL ALMIDÓN PARA LA OBTENCIÓN DE

ALCOHOL

3.2.5.1.- PRETRATAMIENTO

Etapa indispensable para el procesamiento de biomasa

lignocelulosica que complementa la hidrolisis enzimática y posibilita la

obtención de altos rendimientos. Se hace necesario principalmente

porque la lignina en las paredes celulares de la planta forma unas

barreras contra en ataque enzimático. Un pretratamiento ideal es

reducir el contenido de lignina, disminuir la cristalinidad de la celulosa

e incrementar el área superficial

A continuación la descripción de diferentes alternativas de

pretratamiento:

3.2.5.1.1.- Pretratamiento mecánico

a. Trituraciónmecánica: Molienda para reducción de partícula del

tamaño de mallainferior a 40, tiene un efecto mínimo en los

rendimientos de la hidrolisis, asícomo la tasa de hidrolisis de la

biomasa.

b. Ultrasonido: Es una técnica empleada para extraer lignina y

hemicelulosa, en Yu et al. (2009), emplearon este método a 25ºC y

28

diferentes períodos de tiempo entre 10 a 60 min., encontrando que el

mejor tiempo de residencia fue de 30 min.; sin embargo, su efecto

sobre la biomasa es muy superficial comparado con métodos como el

pretratamiento con H2O2.

3.2.5.1.2.- Pretratamiento térmico.

En este tipo de pretratamiento la materia prima es calentada en un

rango de 150 a 180ºC, donde la hemicelulosa y seguida a ella la

lignina son solubilizadas. Temperaturas superiores a 180 ºC solubiliza

la hemicelulosa. Durante los procesos térmicos una parte de la

hemicelulosa es hidrolizada y forma ácidos, estos son asumidos como

catalizadores para hidrolizar la hemicelulosa.

a. Explosión por vapor: La materia prima se somete a temperaturas

entre 160-260ºC, mediante la inyección directa de vapor saturado, por

un intervalo de tiempo entre 1 y 10 minutos. Seguidamente se lleva el

producto a una rápida descompresión hasta presión atmosférica.

Como resultado se obtiene biomasa con alteraciones físicas

(desagregación y ruptura de las fibras), y químicas (despolimerización

y rotura de enlaces) y una celulosa más accesible a la hidrólisis

enzimática. Las variables a controlar en este tipo de procedimiento

son la temperatura, el tiempo de residencia, el tamaño de partícula, y

la humedad.

b. Agua líquida a alta temperatura (LHW): En este proceso se

somete la biomasa al efecto de agua caliente a una temperatura entre

170 – 230ºC por un tiempo de 46 min. El objetivo de este

29

pretratamiento es solubilizar principalmente la hemicelulosa de la

celulosa para hacerla más accesible y evitar la formación de

inhibidores. Para evitar la formación de inhibidores, el pH debe

mantenerse entre el 4 y 7 durante el pretratamiento. Mantener el pH

entre 4 y 7 minimiza la formación de monosacáridos y, por lo tanto,

también la formación de productos de degradación que puede seguir

catalizando la hidrólisis del material celulósico durante el

pretratamiento.

3.2.5.1.3.- Pre-tratamientos físico-químicos.

a. Proceso de explosión de fibra con amoniaco (AFEX): El

pretratamiento con amoníaco se realiza con cargas de amoniaco en

torno a 1:1 (amoníaco kg/kg peso biomasa seca) a temperaturas que

van desde la temperatura ambiente con una duración de 10 a 60 días,

a temperaturas de hasta 120 ºC, con una duración de varios minutos.

También se da un aumento de seis veces la hidrolisis enzimática y un

rendimiento de 2,5 veces el rendimiento a etanol después de este

pretratamiento.

b. Explosión con CO2: Se lleva a cabo con alta presión y altas

temperaturas de hasta 200 .C, con una duración de varios minutos.

Este pretratamiento produce líquidos que pueden ser ácidos, estos

ácidos hidrolizan especialmente la hemicelulosa. El CO2 también se

aplica como CO2 supercrítico (35 .C, 73 bares), este incrementa el

rendimiento de glucosa en 50-70% de bagazo, el 14% de pino

30

amarillo y el 70% de álamo. Esto es probablemente causado por el

aumento del tamaño de poros.

3.2.5.1.4.- Pretratamiento químico.

a. Hidrolisis acida: Es un proceso químico que emplea catalizadores

ácidos para transformar las cadenas de polisacáridos que forman la

biomasa (hemicelulosa y celulosa) en sus monómeros elementales.

Este tipo de hidrolisis utiliza diferentes clases de ácidos: sulfuroso,

clorhídrico, sulfúrico, fosfórico, nítrico y fórmico (Galbe y Zacchi,

2002). Siendo solamente usados a nivel industrial los ácidos

clorhídrico y sulfúrico. Los métodos industriales de hidrolisis acida se

agrupan en dos tipos: los que emplean ácidos concentrados (10-

30%), trabajan a bajas temperaturas (170-190.C) y mayor tiempo de

residencia; y los que utilizan ácidos diluidos (1-5%), a temperaturas

más altas (160-240.C), y tiempo de reacción de 6-12 segundos.

La principal reacción que ocurre durante el pretratamiento acido es la

hidrolisis de hemicelulosa, especialmente xilano como glucomanano.

La hemicelulosa puede ser sometida a reacciones hidrolíticas

produciendo monómeros, como furfural, HMF y otros productos.

Durante el pretratamiento acido la lignina es rápidamente condensada

y precipitada en ambientes ácidos.

b. Oxidación húmeda: Un pretratamiento oxidativo consiste en la

adición de un compuesto oxidante, como el peróxido de hidrogeno o

ácido peracetico a la biomasa, que está sumergida en el agua.

Durante el pretratamiento oxidativo puede tener lugar reacciones

31

como sustitución electrofilica, el desplazamiento de cadenas laterales,

rompimientos de vínculos de alquil, aril, éter o de núcleos aromáticos.

c. Tratamientos con ozono: El ozono ha sido utilizado para degradar

la lignina y la hemicelulosa. Se lleva a cabo a condiciones de presión

y temperatura ambientales. La degradación es esencialmente limitada

a atacar la lignina y hemicelulosaaunque la celulosa es afectada.

d. Hidrolisis con álcalis: Se lleva a cabo con NaOH diluido donde se

sumerge elmateriallignocelulosico, a 60.C por 24 horas, produciendo

un hinchamiento dela biomasa, teniendo lugar reacciones como

solvatación y saponificación. Estoprovoca un estado de inflamación

de la biomasa, lo que la hace másaccesiblepara enzimas y bacterias.

Disoluciones de álcalis fuertes dan lugar a hidrolisisalcalina,

degradación y descomposición de polisacáridos y rompimiento de

radicalesfinales. La pérdida de polisacáridos es causada

principalmente por el rompimiento de radicales finales y reacciones

hidrolíticas.

e. Tratamiento con solventes orgánicos: En el proceso, un

compuesto orgánicooacuoso se mezcla con un ácidoinorgánico (HCl o

H2SO4), este se utiliza pararomper el interior de la lignina y puentes

de hemicelulosa. Se emplean disolventes orgánicos como metanol,

etanol, acetona, etilenglicol, trietilenglicolyalcoholtetrahidrofurfurilico.

Ácidosorgánicos como oxálico, acetilsalicílicoysalicílicotambién puede

ser utilizados como catalizadores en el proceso. A

32

temperaturasaltas(por encima de 185 °C), el uso de catalizadores es

innecesario para la deslignificacion.

3.2.5.2.- FERMENTACIÓN

La fermentación alcohólica es un proceso biológico de fermentación

en plena ausencia de aire, originado por la actividad de algunos

microorganismos que procesan los hidratos de carbono (por regla

general azucares: como pueden ser por ejemplo la glucosa, la

fructosa, la sacarosa, el almidón, etc.) para obtener como productos

finales: un alcohol en forma de etanol, dióxido de carbono en forma de

gas y unas moléculas de ATP que consumen los propios

microorganismos en su metabolismo celular energéticoanaeróbico.

3.2.5.2.2.- Fermentación de hexosas

Las hexosas son monosacáridos (glúcidos simples) formados por una

cadena de seis átomos de carbono. Su fórmula general es C6H12O6.

Su principal función es producir energía. Un gramo de cualquier

hexosa produce unas 4 kilocalorías de energía. Las más importantes

desde el punto de vista biológico son: glucosa, galactosa y fructosa.

3.2.5.2.3.- Fermentación de pentosas

La interconversion de la pentosa y la hexosa sin oxidacion-reduccion

tiene lugar por la vía de la pentosa-fosfato. Esta vía permite la síntesis

de la hexosa por bacterias que crecen sobre la pentosa, y también

permite la síntesis de otros dos azucares, la seudoheptulosa-7-fosfato

33

y la eritrosa-4-fosfato. Esta última es una precursora en la biosíntesis

de los aminoácidos aromáticos. La fracción de pentosas en la

hemicelulosa consiste principalmente de xilosas, pero depende del

origen de la materia prima ya que la fracción de arabinosa puede ser

importante. Han sido estudiados diferentes microorganismos para

fermentación, entre ellos bacterias, levaduras y hongos (naturales y

recombinados).

Clases de microorganismos levadura, bacterias y hongos

Las investigaciones desarrolladas sobre este tema se han dirigido a la

solución de distintas problemáticas. Por un lado se encuentra la

capacidad natural de acción del microorganismo empleado (velocidad

de procesamiento, temperatura óptima de trabajo, tipos de substrato a

emplear, entre otros factores), y el análisis de los inconvenientes que

genera en la biomasa y en las etapas posteriores del proceso el tipo

de pre-tratamiento dado a la biomasa y específicamente a su

estructura. Por lo cual han recurrido a diferentes técnicas de

mejoramiento de cepas (etanolgenicas, termotolerantes, etc.), y al uso

de distintas clases de microorganismos como bacterias, levaduras y

hongos.

Bacterias empleadas en la fermentación.

Se han empleado bacterias de los génerosClostridium (sporogenes,

indolicus, sphnoides, saccharobutyricum,

ThermohydrosulfuricumyThermocellum), que degradan grandes

cantidades de celulosa yotrospolisacáridos. Otras bacterias

34

empleadas son: Zimomonasmobilis, Erwiniaamilovora,

Spirochetaaurantia, Streptococuslactis, Spirocheta litorales y

Spirochetastenostrepta, con resultados satisfactorios en cuanto a

productividad. Igualmente,se han empleado bacterias modificadas

genéticamente para la degradación tanto dehexosas como de

pentosas, y con caracteristicas de resistencia. Al respecto

Patrouilleauet al. (2007, pag. 24) senalan las ventajas de emplear “la

cepa bacteriana de laespecieEscherischiacoli, desarrollada y

patentizada por la Universidad de Florida(EUA), que fermenta ambos

tipos de azucares; introducción de operones que codifican enzimas

para la asimilacion de xilosa y de la ruta de las pentosas fosfato

enZymomonamobilis.

Levaduras empleadas en la fermentación.

Aunque más lentas en la ejecución del proceso de fermentación, las

levaduras son los microorganismos de mayor uso en la producción de

etanol, debido a su productividad, baja producción de inhibidoresy

facilidad de separacióndespués de la fermentación. En dichos

procesos seemplean levaduras de los génerosCándida

(seudotropicalis), Saccharomyces (ceresviceae,ellipsoideus,

anamensisi, carlsbergensis) y Kluyveromycesmarxianus y fragilis, que

además de altas eficiencias, son capaces de trabajar

atemperaturassuperiores a los 40°C. Otras son Candidabytyrii,

Pichiastipitis, Schizosaccharomycespombe y

Pichiamembranaefaciens.

35

Al igual que con las bacterias se han desarrollado investigaciones en

las cuales se han modificado de alguna forma las especies originales

de levadura. Una de dichas investigacionesdio lugar al desarrollo, en

la Universidad Nacional de Colombia (2007), de una cepa de la

especie Kluyveromycesmarxianus, obtenida por mutagénesisquímicay

posterior selección, capaz de fermentar la glucosa con buenos

rendimientos, yotra ha sido citada por Patrouilleauet al. (2007, Pag.

24), quien senala “la introducción de plásmidos con genes de xilosa

reductasa y xilitol deshidrogenasa de P. stipitisenSaccharomycesspp.

Para la co-fermentacion eficiente de glucosa y xilosa”.

3.2.5.3.- DESTILACIÓN

La destilación es un proceso de separación por diferencia en los

puntos de ebullición de los componentes de una mezcla, que al ser

sometidos al calor, los compuestos más volátiles comoel alcohol se

evaporan y se concentran en fase de vapor.

Algunos tipos de destilación:

a. Destilación simple

En este tipo de destilación se produce la vaporización de un material

por la aplicación de calor; el método es empleado en la industria de

capacidad moderada y pequeña, para llevar acabo separaciones

parciales de los componentes más volátiles de mezclas de líquidos

miscibles.

36

Normalmente, la mezcla líquida es cargada en lotes a un recipiente y

sometida a ebullición.

Los vapores que se desprenden continuamente, se condensan y se

recolectan sin que tenga lugar ninguna condensación parcial ni

retorno al recipiente en donde se lleva a cabo el calentamiento y

ebullición de la mezcla.

La primera porción del destilado será la más rica en el componente

más volátil y conforme continúa la destilación, el producto evaporado

se va empobreciendo. Por lo tanto, el destilado puede recolectarse en

varios lotes separados, llamados fracciones, obteniéndose así una

serie de productos destilados de diferente grado de pureza

b. Destilación fraccionada

Una columna de fraccionamiento consta de un tubo de vidrio de gran

superficie interna que facilita el intercambio de calor entre el vapor

ascendente (más caliente) y el condensado descendente (más frío).

Con ello, aparecen a lo largo de la columna multitud de

vaporizaciones y condensaciones (equilibrios líquido-vapor),

resultando que, a medida que se asciende en la columna, el vapor es

cada vez más rico en uno de los componentes, mientras que el

residuo se enriquece en el otro.

Con una columna suficientemente larga, los productos de la

destilación fraccionada (destilado y residuo) pueden ser componentes

puros o un componente puro y un azeótropo, según que la mezcla

sea ideal o no ideal

37

3.3.- HIPÓTESIS

Estableciendo los parámetros fisicoquímicos y bilógicos será

posible obtener etanol.

3.4.- VARIABLES

Variable independiente:

% de almidón en la suspensión

Variable dependiente:

Concentración de etanol obtenido

3.5.- DEFINICIÓN DE TÉRMINOS.

ÁCIDO CLORHÍDRICO:es una disolución acuosa del gas cloruro de

hidrógeno (HCl). Es muy corrosivo y ácido. Se emplea comúnmente

como reactivo químico y se trata de un ácido fuerte que se disocia

completamente en disolución acuosa. Una disolución concentrada de

ácido clorhídrico tiene un pH inferior a 1; una disolución de HCl 0,1 M

da un pH de 1.

ANAEROBIO: Se aplica al organismo que vive y se desarrolla en

ausencia del oxígeno. Proceso que se desarrolla con ausencia total

de oxígeno, como la fermentación.

BIOCOMBUSTIBLE: cualquier combustible sólido, liquido o gaseoso

producido a partir de materia orgánica. Se produce directamente a

partir de plantas o indirectamente de desechos industriales,

comerciales, domésticos o agrícolas.

38

BIOETANOL:El bioetanol se produce por la fermentación de los

azúcares contenidos en la materia orgánica de las plantas. En este

proceso se obtiene el alcohol hidratado, con un contenido aproximado

del 5% de agua, que tras ser deshidratado se puede utilizar como

combustible. El bioetanol mezclado con la gasolina produce un

biocombustible de alto poder energético con características muy

similares a la gasolina pero con una importante reducción de las

emisiones contaminantes en los motores tradicionales de combustión.

El etanol se usa en mezclas con la gasolina en concentraciones del 5

o el 10%, E5 y E10 respectivamente, que no requieren modificaciones

en los motores actuales.

COMBUSTIBLES FOSILES: sustancias ricas en energía que se han

formado a partir de plantas y microorganismo enterrados durante

mucho tiempo, los combustibles fósiles, que incluyen el petróleo, el

carbón y el gas natural, proporcionan la mayor parte de la energía que

mueven a la sociedad moderna.

DESTILACIÓN: método de separación de mezclas que se basa en el

aprovechamiento de las diferencias de composición de las mezclas

liquidas y de vapor originadas por la vaporización parcial de una

mezcla liquida o por la condensación parcial de una mezcla vapor.

FERMENTACIÓN: cambios químicos en las sustancias orgánicas por

la acción de las enzimas.

GLUCOSA: azúcar monosacáridos de formula C6H12O6 se

encuentra en la miel y en el jugo de numerosas frutas. Se produce la

hidrólisis de numerosos glucósidos naturales.

39

GRADOS BRIX:sirven para determinar el cociente total de sacarosa o

sal disuelta en un líquido; es una medida de la concentración de

azúcar en una disolución. Una solución de 25 °Bx contiene 25 g de

azúcar (sacarosa) por 100 g de líquido. Dicho de otro modo, en 125 g

de solución hay 25 g de sacarosa y 100 g de agua.

HIDRÓLISIS: tipo de reacción química en que una molécula de agua

reacciona, con una molécula de una sustancia A-B en la que A y B

representan átomos o grupos de átomos. En la reacción, la molécula

de agua se descompone n los fragmentos H+ y OH-, y la molécula AB

se descompone en A+ y B-. Luego estos fragmentos se unen

proporcionando los productos finales AOH y BH.

HIDRÓXIDO DE SODIO:Sustancia incolora o blanca (en trozos),

higroscópica que se comercializa en trozos, escamas o granos.

Llamada también sosa cáustica o soda cáustica.

El hidróxido de sodio (sosa cáustica o soda cáustica) se disuelve en

agua desprendiendo calor, la disolución acuosa se denomina lejía de

sosa.

LEVADURAS:Se denomina levadura a cualquiera de los diversos

hongos microscópicos unicelulares que son importantes por su

capacidad para realizar la descomposición mediante fermentación de

diversos cuerpos orgánicos, principalmente los azúcares o hidratos de

carbono, produciendo distintas sustancias.

MAÍZ:es una especie de gramínea anual originaria de América e

introducida en Europa en el siglo XVII. Actualmente, es el cereal con

40

el mayor volumen de producción a nivel mundial, superando incluso al

trigo y al arroz

pH: es el logaritmo negativo de la concentración de los iones de

hidrogeno. Es una escala numérica utilizada para medir la acidez y

basicidad de una sustancia.

Saccharomyces cerevisiae: Esta levadura tiene la facultad de crecer

en forma anaerobia1 realizando fermentación alcohólica.2 Por esta

razón se emplea en muchos procesos de fermentación industrial, de

forma similar a la levadura química, por ejemplo en la producción de

cerveza, vino, hidromiel, aguol, pan, antibióticos, etc.

IV.-MARCO METODOLÓGICO

DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN

4.1.- DISEÑO DE LA CONTRASTACIÓN DE HIPÓTESIS

Diseño factorial 3x3 para la evaluación de dos factores: factor A

correspondiente a la peso de maíz A correspondiente a la cantidad de

mililitros de agua en cada muestra. El diseño factorial utilizado originó

nueve tratamientos, cada uno de ellos con tres repeticiones totalizando

27 unidades experimentales.

41

Tabla N° 2: cuadro de contrastación de hipótesis

Donde

A1: 100 gr de maíz

A2: 125 gr de maíz

A3: 150 gr de maíz

M1: 1L de agua destilada

M2: 1.5 L de agua destilada

M3: 2L de agua destilada

4.2.- POBLACIÓN Y MUESTRA

La Población: 1 kg de maíz

La Muestra: 700 ml de almidón de maíz ya fermentado para

destilar y realizar los análisis

42

M1 M2 M3

A1 A1 M1 A1M2 A1 M3

A2 A2 M1 A2 M2 A2 M3

A3 A3 M1 A3 M2 A3 M3

4.3.- MATERIALES Y MÉTODOS

4.3.1 MATERIALES:

INSUMOS

3 Kg. de Maíz

Levadura (Saccharomycescerevisiae)

REACTIVOS

Ácido clorhídrico 20%

Hidróxido de sodio 40%

Agua destilada

INSTRUMENTOS Y EQUIPOS

Colador

Envases esterilizados

Matraces

Pipetas 10 ml y 2 ml

Probetas

Autoclave

Licuadora

Peachimetro

Brixómetro

Equipo destilación

43

4.2.2: Técnicas:

Para el presente trabajo de investigación se utilizó la técnica de la

Observación.

4.2.3. Instrumentos

Para el presente trabajo de investigación se utilizó los siguientes

instrumentos: Libreta de anotaciones, cámara fotográfica/filmadora

4.4.- DISEÑO DE PROCESO EXPERIMENTAL

PRE TRATAMIENTO

1. Se compra y lava el maíz

2. Se desgrana y se pesa

3. Se licua cada kilo con agua destilada (2 litros, 1.5 litro y 1litros )

4. Después pasa por un colador o tamiz y se separa el bagazo del

almidón

5. Se deja reposar por un día y se vierte de tal manera que solo

quede el almidón y desechos

HIDROLISIS

1. Se mide el pH y se agrega HCl al 20% hasta obtener un pH de 1

2. Se llevan al autoclave a una presión de 15 a 20 psi por espacio

de 1 hora 45 minutos

44

3. Pasado el tiempo indicado, se retira de la autoclave y se enfría

hasta 40°C y se le agrega hidróxido de sodio al 40% hasta

obtener un pH de 4 a 6.

FERMENTACIÓN

1. A esta solución se le agrega 10 gr de levadura y 2 gr de cloruro

de Amonio.

2. Se vierte en vasos de precipitado y se somete a aeración,

mediante una bomba por espacio de 30 minutos

3. Se coloca en matraces y estos son tapados y conectados a un

recipiente con agua, mediante una manguera.

4. Se deja en un lugar fresco hasta que la fermentación se

complete entre 3 a 4 días.

DESTILACIÓN

1. Pasado el tiempo de fermentación, se cuela el producto

fermentado par pode eliminar los sólidos

V.- RESULTADOS Y DISCUSIÓN

5.1.- RESULTADOS:

5.1.1.- PRESENTACIÒN DE DATOS

De las 9 muestras realizadas tomamos tres para analizarlas

detalladamente las cuales presentarán concentraciones de 10%, 12.5%

y 15%.

45

TABLA N° 3: PH DURANTE LA HIDROLISIS ÁCIDA HCL AL 20%

ml de HCl 10% 12.5% 15%

0 6,8 7,11 7,04

5 6,4 6,47 6,56

9 4,03 4,23 4,7

13 3,42 3,49 3,6

21 2,3 2,33 2,4

28 1,03 1,23 1,4

FUENTE: EL AUTOR

TABLA N° 4: PH DURANTE LA HIDROLISIS BÁSICA NAOH AL 40%

ml de HCl 10% 12.5% 15%

0 1 1,18 1,33

0,5 1,5 1,57 1,62

1 2,03 2,14 2,21

1,5 2,75 2,9 2,97

2 3,56 3,69 3,75

2,5 4,8 5 5,04

FUENTE: EL AUTOR

TABLA N° 5: GRADOS BRIX DURANTE LA FERMENTACIÓN

46

Horas 10% 12.5% 15%

0 15 16,3 17

12 12,6 13 14,3

24 10 10,6 11,2

48 4,6 4,8 5,3

72 0,9 1 1,4

FUENTE: EL AUTOR

TABLA N° 6: GRADOS ALCOHÒLICOS DESPUÉS DE LA

DESTILACIÓN

10% 12.5% 15%

Grados

Alcohólicos 19.5 19. 20

5.1.2.- ANÁLISIS ESTADÍSTICOS DE LOS DATOS

47

Para el análisis estadístico de los datos se realizó con ayuda del

programa Microsoft Excel versión 2010. Y realizando el análisis

estadístico se llegó a lo siguiente:

Con un 95% de confiabilidad se afirma que sea cual sea el número de

ensayos; los grados alcohólicos en la muestra es el mismo.

Con un 95% de confiabilidad se afirma que sea cual sea la

concentración de maíz en la muestra;la cantidad alcoholobtenida es

diferente.

GRÁFICA N° 1: PH DURANTE LA HIDROLISIS ÁCIDA HCL AL 20%

0 5 10 15 20 25 300

1

2

3

4

5

6

7

8

10%12.50%15%

ml de HCl

pH

48

GRÁFICA N° 2: PH DURANTE LA HIDROLISIS BÁSICA NAOH AL

40%

0 0.5 1 1.5 2 2.5 30

1

2

3

4

5

6

Series2Series4Series6

ml de NaOH

pH

TABLA N° 3: GRADOS BRIX DURANTE LA FERMENTACIÓN

0 10 20 30 40 50 60 70 800

2

4

6

8

10

12

14

16

18

10%12.50%15%

Horas (H)

°Brix

49

V.- ASPECTO ADMINISTRATIVO

5.1.-.CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

Tiempo

Actividades

Año 2014

Julio Agosto Setiembre Octubre

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

I. Fase de Planeamiento

* Revisión bibliográfica

* Elaboración proyecto invest.

* Presentación proyecto invest.

II. Fase de ejecución

* Registro de datos

* Análisis estadísticos de datos

* Interpretar datos estadísticos

III. Fase Comunicación

* Elaboración del informe final

* Presentación del informe final

* Sustentación del informe final

50

5.2- PRESUPUESTO

Bienes

Maíz (3 Kg) S/. 2.00

Libreta de apuntes S/. 5.00

Lapicero S/. 2.00

USB (8 Gb) S/. 25.00

Envases para la toma de muestra S/. 30.00

Pasajes S/. 50.00

Alimentación S/. 40.00

Impresiones S/. 20.00

Servicios

Internet S/. 40.00

Copias S/. 25.00

Total S/. 487.00

5.3.-FINANCIAMIENTO

Todo lo relacionado a la investigación será financiado por el

investigador, solo lo que no esté a su alcance, ya que la investigación se

realizara en el laboratorio de Analítica de la Universidad Nacional Pedro

Ruiz Gallo.

VI.- REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

51

1. BROCK y MADIGAN. Michael. Biología de los Microorganismos.

Editorial Prentice Hall. 10 Edición.2004

2. DE RAFOLS, W. Aprovechamiento Industrial de los productos agrícolas.

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54

CONCLUSIONES

La hidrolisis acida y básica ayuda a desintegrar la hemicelulosa y

celulosa contenidas en el almidón

Las hidrólisis funcionan mejor a temperaturas elevadas; sino no

hay reacción

La solución agua- alcohol obtenida presenta 20 grados

alcohólicos

La levadura Saccharomyces cerevisiae es una de las mas

efectiva y mas usadas en la industria de la fermentación, ya que

permite alcanzar los mayores grados alcohólicos

Los grados alcohólicos se ven afectados por la concentración del

almidón, ya que este es el que dará origen a la glucosa para su

posterior fermentación.

El almidón de maíz resulta una buena alternativa para la

producción bioetanol, ya que resulta barato los insumos

55

ANEXOS

PRE TARATAMIENTO

56

HIDRÓLISIS

57

58

FERMENTACIÓN

59

DESTILACIÓN

60