EVALUACION DE OBTENCIÓN DE ETANOL A TRAVÉS DE CONCHAS DE PIÑA EN PLANTA PROCESADORA DE PULPA DE FRUTAS

 

EVALUACION DE OBTENCIÓN DE ETANOL A TRAVÉS DE CONCHAS DE PIÑA EN PLANTA PROCESADORA DE PULPA DE FRUTAS

Por: Carlos A. Ruiz

 

Universidad Nacional Experimental Politécnica “Antonio José de Sucre”

Vice- Rectorado Barquisimeto, Lara, Venezuela

Departamento de Ingeniería Química

 

ABTRACTO: En la actualidad las procesadoras de pulpas de frutas generan desechos en cantidad cuya disposición termina en vertederos afectando el medio ambiente y otra parte como alimentos para animales. En la búsqueda de generar propuesta para disminuir la disposición final de estos desechos se plantea aprovechar los recursos reutilizando las (conchas) que se obtienen en la elaboración de concentrado de piña en la Empresa Lácteos los Andes C.A., ubicada en Bobare Estado Lara. Para la obtención de etanol, aunque la concha de piña como tal no posee alcohol, pero a través del proceso de fermentación se puede generar, el porcentaje va a depender de cuanto se fermente y la disponibilidad de carbohidratos que posea la concha para el estudio se evaluó y se estandarizó las condiciones óptimas del proceso para la obtención del rendimiento de etanol.

 

Introducción

En la actualidad el etanol puede producirse a través de cualquier materia prima biológica que contenga azucares o materiales que puedan fácilmente convertirse en azucares simples como el almidón o la celulosa.

La caña de azúcar es la materia predominante para la obtención de etanol, de igual forma los granos de maíz, trigo y sorgo y cebada son otras fuentes en común. Globalmente mas del 60% del etanol elaborado anualmente se deriva del azúcar, siendo Brasil el mayor productor del mundo tanto de azúcar como de etanol. 

Puede sostenerse que como materia prima de esta industria mientras que el hemisferio norte se utiliza preferentemente los cereales, en el sur predomina la caña de azúcar según Vergagni (2004),   

Las plantas procesadoras generan cada día mas cantidad de residuos cuya disposición final termina en botaderos a cielo abierto o cuerpos de agua constituyendo un problema para la salud pública y ambiental, el crecimiento de estos residuos sólidos ha hecho necesario la implementación de desarrollo tecnológico e industrial de proyectos que revaloricen estos residuos y lo transformarlos en materia prima y así minimizar el impacto que genera la incorrecta disposición final que se le da.

En la planta procesadora de frutas a estudiar actualmente procesa diversidad de frutas como fresa, mango, piña, naranja, cambur, tamarindo, guayaba y limón. Por lo cual, la cantidad de desechos que se generan a diario son elevados, por tal motivo, se presenta como proyecto piloto hacer un uso distinto a los desechos de frutas, tomando como principal los residuos de las conchas de piña, debido a que en el momento de la evaluación se estuvo produciendo concentrado de piña dado a la temporada de zafra en la región.

Primeramente, se evalúa el procedimiento para la obtención de etanol mediante las conchas de piña y determinar el rendimiento para luego estandarizar la metodo.

Metodología

•  Realizar una investigación de campo, evaluando las etapas necesarias de un proceso productivo de la obtención de etanol a través de conchas de pina.
•  Revisar las Normas COVENIN y CODEX sobre los parámetros físico-químicos del producto a elaborar.
•  Recolección de residuos de conchas de piña en la planta procesadora de frutas.
• Se determina en laboratorio contenido de humedad y índice de acidez.
• Se realiza un pretratamiento a la materia prima (concha de piña)
• Extracción de azúcares fermentables presentes en el desecho de fruta mediante extracción solido líquido. 
• Filtración de jugo
•  Evaluación del grado °Brix del filtrado.
•  Concentrar el filtrado si es necesario para ajustar el Brix del filtrado.

Proceso de fermentación

•   Mezclar el filtrado, los nutrientes como sulfatos, fosfato y sales nitrogenadas y las levaduras
•   Tomar mediciones de temperatura
• Ajustar pH de ser necesario en un rango de 4 a 5
• Dejar fermentar la mezcla por alrededor de 24 horas. 

Destilación

• Determinar la densidad de la mezcla
• Tomar una muestra de la mezcla y destilarla
• Cuantificar el grado alcohólico del destilado.
•  Determinar el rendimiento de la fermentación  
•  Determinar el rendimiento teórico de alcohol
• Determinar el rendimiento del proceso.

Obtención de humedad

    Para la obtención de humedad de la concha de piña se utiliza la Norma Covenein 1553-80, con el objeto de conocer la actividad microbiana. El contenido de humedad se expresa en porcentaje y se calcula mediante la siguiente formula.

 

Ecuación 1

Humedad= ((A-B)/A)*100

 

Donde:

A= Peso de la muestra original, en gramos.

B= Peso de la muestra seca, en gramos.

 

    Para este tipo de proceso es importante tomar en cuenta el pH dado a que es un factor limitante y que se de controlar en el proceso de fermentación debido a que las levaduras pueden ser afectado por este. Para determinar el índice de acidez reportado como ácido sulfúrico LA NORMA COVENIN 1787-81 nos indica como poder expresar el contenido de acidez en la muestra que se expresa en porcentaje en masa de ácido sulfúrico (H2SO4) y se calcula mediante la siguiente formula:

Ecuación 2

A= (V*N*0.049*V1*100)/(V2*M)

 

Donde:

A= Porcentaje de acidez, expresado como acido sulfúrico.

V= Volumen de solución de NaOH empleado en la titulación.

N= Normalidad del NaOH.

V1= Volumen de alcohol neutralizado a la muestra

V2= Volumen de alícuota tomada para la titulación.

M= Masa de la muestra

Factor equivalente del ácido H2SO4 = 0,049

 

Determinación de rendimiento en la fermentación

Ecuación 3

     g azúcar = (g azucar*Vmosto*Pmosto)/(100g mosto)

 

Donde:

G azúcar i= °Brix iniciales antes del proceso de fermentación.

Vol Mosto= Volumen total del Mosto.

P mosto= Densidad del mosto

 

Para determinar el rendimiento se tiene que:

Ecuación 4

ml de etano teórico = ((g az f)*(51,10 g etanol)/100g Az)*Pmosto

Para la ecuación 4, se toma en cuenta que por cada 100 gramos de azúcar expresados en glucosa corresponde a 51,11 gramos de alcohol etílico a una temperatura patrón de 20°C.

Ecuación 5

ml de etanol experimental = (°GL*Vmosto)/100ml)*Pmosto

 

Ecuación 6 

Rendimiento = (g de etanol experimental/gr de etanol teorico)*100

 

Discusión de Resultados

    Primeramente, se realizó un pretratamiento a los desechos de concha de piña que se obtuvo en la planta procesadora de frutas. Para ello se siguió la metodología propuesta se caracteriza la muestra obtenida y luego se procedió al proceso de fermentación.

    Para la fermentación se requirió la separación por medio de extracción líquido solido del azúcar presente en las conchas de piña. Esto se realizó por medio de un recipiente metálico se colocó 8 kg de desecho de piña con 16 litros de agua y se procedió a cocinar hasta hervir. Luego se filtró la muestra y se registró los grados dando como resultado 8,6 ° Brix del filtrado.

    Para el proceso de fermentación se procedió a mezclar el filtrado con la levadura, sales de amonio y calcio correspondiente. Se tomaron muestras de temperatura procurando que la mezcla se mantuviera entre 30 a 32°C y el pH entre 4 a 5, se deja la mezcla fermentar por alrededor de 24 horas para luego destilar y obtener el grado alcohólico y de esta manera poder determinar el rendimiento por medio de las ecuaciones planteadas.

Parámetros iniciales

 

Tabla N°1

DESECHO DE FRUTA	TEMERATURA	pH	LEVADURA	Sales
PIÑA	30-32 °c	4-5	20 g/l	0,5%

 

Caracterización de la muestra de concha de piña

Tabla N°2

DESECHO FRUTA	HUMEDAD %	ACIDEZ
PIÑA	86	0,57

 

A la mezcla fermentada se le determino los °Brix como se muestra en la siguiente taba:

Tabla N°3

DESECHO DE FRUTA	°BRIX DESPUES DE LA FERMENTACION
PIÑA	4,8

                                                                                   

    Se puede observar que el valor obtenido de °Brix de la muestra fermentada fue de 4,8 dando a entender que 3 gramos de azúcar por 100 gramos de solución se fermentaron a las condiciones de temperatura y pH con que trabajo.

Luego del proceso de fermentación y destilado se obtuvieron los siguientes resultados:

Tabla N°4

DESECHO FRUTA	VOL FERMENTADO	p (DENSIDAD)	°Gl
PIÑA	3500	1.01125	4,3

 

    Con los valores obtenidos en la tabla N° 4, se determina el rendimiento y para ello se hace uso de las ecuaciones 3, 4, 5 y 6 obteniendo los siguientes resultados:

Tabla N°5

DESECHO FRUTA	g azuf	ml de etanol teórico (ml)	ml de etanol experimental (ml)	Rendimiento (%)
PIÑA	315,43	163,100	150,5	92,27

 

    Se obtuvo que para el rendimiento del mosto de piña o mezcla fermentada se obtuvo un rendimiento de 92,27%.

Conclusión

    Se logra la estandarización del procedimiento para la obtención de etanol por medio del proceso de fermentación y destilación de los desechos de conchas de piña.

    Durante el proceso de caracterización y fermentación de los desechos de piña se obtuvieron los valores de humedad 86, acidez 0,57. El proceso la fermentación se obtuvo resultados conformes logrando trabajar con una temperatura de 30 °C y un pH de 4 – 5.   

    Se logra la obtención del rendimiento por medio del proceso de fermentación y destilación del desecho de conchas de piña   dando como resultado 92,27%.

    Con los resultados obtenidos y el levantamiento de información para el proceso de obtención de etanol a través de desechos que se generan en la obtención de pulpa de frutas se plantea realizar el mismo procedimiento con los demás desechos de frutas y determinar el rendimiento de cada uno. 

 

Referencia

•          Alberto G. 2013., Escuela Superior de Ingenieria Química E Industrias Extractivas,  Obtencion de licor mediante la destilación de fermentado de piña y pera. 

•         Aurora, E., Barrera, E. “Obtención de bioetanol a partir de los residuos fermentables de mango y determinación de parámetros óptimos de destilación” – Rev. Ingeniería: Ciencia, Tecnología e Innovación VOL 2/N° 2, ISSN: 2313-1926/ Diciembre 2015. Obtención de bioetanol a partir de los residuos fermentables de mango y determinación de parámetros óptimos de destilación.

·         Carlos Ricardo Delgado Villafuerte1, Carlos Andree Villafuerte Vélez1, Flor María Cardenas Guillen1, Gary Michael Loor Párraga1 Obtención de etanol a partir de residuos frutales del centro de abasto del cantón bolívar [consulta en línea: 2017, Junio 25].

·         Judith A., Diego G., fundación universidad de América facultad de ingenierías programa de ingeniería quimica Bogotá 2016., Evaluación de la producción de etanol a partir de residuos orgánicos y sus diferentes mezclas, generados en la empresa de alimentos sas s.a.s.

·         Lesly Tejeda B., Wilfredo Marimón, Mauricio Medina., 2014 por la Universidad de Antioquia Evaluación del potencial de las cáscaras de frutas en la obtención de bioetanol-

·         Verganigni, G. (2004). La industria del etanol a partir de maíz ¿es factible su desarrollo en argentina. Estudio de Investigación V&A desarrollo de empresarios [Consulta en línea: 2017, Julio]

 

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