LA ACETIFICACIÓN ¿CÓMO ARMAR UN FERMENTADOR? El vinagre es una bebida que contiene ácido acético en una concentración de 5-6% y resulta de una fermentación alcohólica seguida de una fermentación acética durante la cual el etanol es oxidado a ácido acético, en una reacción exotérmica, por un agente biológico. Los procesos de fabricación de vinagre se realizan tanto de manera discontinua, como de manera semicontinua. En el primer caso, al alcanzar las características de acidez deseadas, se retira todo el vinagre producido y se comienza de nuevo. En el segundo, al llegar a una determinada acidez, se retira parte del producto y se agrega una cantidad equivalente de materia prima. El proceso lento (francés o d’Orléans) es el método más antiguo de fabricación de vinagre. En un barril de roble de 200 litros, se coloca el vino hasta ocupar tres cuartos de la capacidad. En la superficie, en contacto simultáneo con el aire y el vino, se forma una película gelatinosa de Acetobacter, que es llamada la madre del vinagre. Un soporte cuadriculado de madera le impide hundirse en el líquido (figura de al lado). La acetificación ocurre en la superficie, con aireación natural. El proceso es lento, exige espacio y tiene una productividad muy baja. Sin embargo, brinda los mejores vinagres. Tubo para adicionar vino Barril de roble Entrada de aire Madre del vinagre Caldo Canilla para la retirada del vinagre BIBLIOGRAFÍA MALAJOVICH, M.A.M. de. Vinos y vinagres. Biotecnología y vida cotidiana. Manual de trabajos prácticos de Biotecnología. Buenos Aires, Argenbio, 2008. En http://www.porquebiotecnologia.com.ar/ ZANCANARO JR., O. Vinagres. In: Aquarone, E. et al. Biotecnologia Industrial Vol 4. Biotecnologia na produção de alimentos. São Paulo, Editora Edgar Blücher Ltda., 2001. Guía 35 María Antonia Malajovich / Guías de actividades Biotecnología: enseñanza y divulgación http://www.bteduc.bio.br LA ACETIFICACIÓN / PRODUCCIÓN DE VINAGRE (PROCESO LENTO) ACTIVIDAD PRÁCTICA En el proceso francés, la acetificación ocurre en la superficie del caldo, dentro de barriles de roble y con aireación natural. El proceso es lento, exige espacio y tiene una productividad muy baja, pero brinda los mejores vinagres. OBJETIVO Producir vinagre mediante el proceso francés (lento). MATERIALES Una caja de plástico, 1 balsa de telgopor y línea de nailon, 1 paño de algodón, cinta o elástico de algodón, material para la titulación como se detalla en la Guía 32 (Fermentación acética: cómo titular el ácido acético), vino (graduación alcohólica 120 GL a 140 GL) y vinagre fuerte (acidez 7% a 8%), preparado como se indica en la Guía 31 (Cómo obtener vinagre fuerte) en cantidad suficiente. PROCEDIMIENTO 1. Preparar el caldo mezclando vino y vinagre fuerte (proporción 1:3) y medir la acidez inicial (Ai), como se indica en la Guía 32 (Fermentación acética: titulación del ácido acético). 2. Armar el fermentador, colocar la balsa y cerrarlo con un paño, ajustando bien, para evitar la entrada de insectos. Balsa o jangada Vista superior Vista lateral 3. Medir semanalmente la acidez hasta que quede estable (Acidez final: Af). Guía 35 María Antonia Malajovich / Guías de actividades Biotecnología: enseñanza y divulgación http://www.bteduc.bio.br LA ACETIFICACIÓN / PRODUCCIÓN DE VINAGRE (PROCESO LENTO) 4. Analizar los resultados: a. Calcular el volumen de etanol en 100 ml de caldo, al inicio de la producción. b. La masa específica de etanol es de 0,78 g/ml. Calcular cuántos gramos de etanol (Ei) había en 100 ml de caldo, al inicio de la producción. Se calcula que 1 g de etanol puede originar 1,304 g de ácido acético. Justificar esta afirmación, sabiendo que la ecuación de la fermentación acética es: CH3CH2OH + O2 CH3COOH + H2O c. Calcular el rendimiento del proceso, que expresa la relación entre la cantidad de ácido acético obtenido y la cantidad de ácido acético esperado. Su valor se calcula mediante la fórmula R% = 100 (Af – Ai) / (Ei x 1,304) Guía 35 María Antonia Malajovich / Guías de actividades Biotecnología: enseñanza y divulgación http://www.bteduc.bio.br LA ACETIFICACIÓN / PRODUCCIÓN DE VINAGRE (PROCESO LENTO) NUESTRO COMENTARIO El caldo se compone de vino y vinagre fuerte, que es un vinagre con bacterias vivas. Si la cantidad del vinagre fuerte disponible es poca, se puede completar con un poco de vinagre comercial. Una regla debe ser respetada: el caldo debe tener 5-8% de graduación alcohólica y 2-3% de acidez. Concentraciones más altas de etanol son tóxicas para la flora bacteriana que aún no está adaptada al medio, y concentraciones bajas de acidez favorecen las contaminaciones. Rendimiento y productividad El rendimiento esperado de la fermentación acética puede ser calculado a partir de la relación estequiométrica según la cual 40 g de etanol pueden ser transformados en 60 g de ácido acético, o sea que 1 g de etanol genera 1,304 g de ácido acético. C2H5OH + O2 CH3COOH + H2O 40 g 60 g En la industria, se considera aceptable la transformación de 1 g de etanol en 1 g de ácido acético, correspondiendo a un rendimiento de 76,7%, valor que expresa el porcentaje entre el ácido acético formado y el ácido acético que podría haberse obtenido. En la práctica, calculamos el rendimiento como en el ejemplo siguiente. Ejemplo: Colocamos en el fermentador 750 ml de vino y 750 ml de una mezcla de vinagre y vinagre fuerte obteniendo una acidez inicial de 3%. Si la graduación alcohólica del vino fuera de 120 GL; podemos decir que introducimos 12 x 750/100 = 90 m de etanol. Dado que la masa específica del etanol es 0,78 g/ml, este volumen corresponde a 70,2 g de etanol. Siendo el volumen total del fermentador igual a 1.500 ml, calculamos el % de etanol (m/v) inicial según la fórmula: Ei % = 70,2g x 100 ml / 1.500 ml Ei % = 4,7% Cinco semanas después, al medir nuevamente la acidez, encontramos un valor de Af= 7% Calculamos el rendimiento, aplicando la fórmula: R% = 100 (Af – Ai) / (Ei x 1,304) R=100(7-3)/4,7 x1,304 R = 65,3% La productividad es expresa como la cantidad de ácido acético formado, en gramos/litro x hora, En este caso, la diferencia entre Af y Ai es de 4%, o sea, en 100 ml de caldo se formaron 4 g de ácido acético. Considerando el volumen total de caldo, la cantidad de ácido acético formado es de 4g x 1.500ml / 100ml =60, que corresponden a una producción de 60g /1,5l= 40g/l Por consiguiente, la productividad del fermentador a lo largo de 5 semanas, u 840 horas, fue de 0,0476 g/l.h Guía 35 María Antonia Malajovich / Guías de actividades Biotecnología: enseñanza y divulgación http://www.bteduc.bio.br LA ACETIFICACIÓN / PRODUCCIÓN DE VINAGRE (PROCESO LENTO) Problemas posibles Algunas veces, después de conseguir su valor máximo y estabilizarse, la acidez comienza a disminuir. Esto ocurre porque, al desaparecer el etanol del medio, algunas bacterias acéticas (Gluconobacter) pasan a utilizar el ácido acético como nutriente. Tanto el procesamiento del vinagre como el agregado periódico de vino resuelven el problema. El exceso de nutrientes y la poca acidez favorecen el crecimiento de Acetobacter xylinum, una especie que produce grandes cantidad de madre del vinagre, llegando a obstruir los ductos del fermentador rápido. También puede ocurrir el crecimiento de la población de bacterias lácticas, que dan al vinagre un olor extraño y bastante desagradable. No tiene solución; se tira todo a la basura y se comienza nuevamente. ¿CÓMO MONTAR UN PROYECTO? Una vez estabilizado el fermentador, tres caminos son posibles: o Adicionar vino al fermentador, esperando un aumento de la producción. o Procesar, embotellar y pasteurizar el vinagre formado en el fermentador, representando un sistema de producción discontinua, en batch. o Retirar parte del vinagre (no más del 10%) y agregar en el fermentador una cantidad equivalente de vino, representando un proceso de producción semicontinuo. Llega un momento que la zooglea se espesa demasiado, y debe ser retirada. Guía 35 María Antonia Malajovich / Guías de actividades Biotecnología: enseñanza y divulgación http://www.bteduc.bio.br