UNIVERSIDAD TÉCNICA ESTATAL DE QUEVEDO FACULTAD DE CIENCIAS PECUARIAS INGENIERÍA EN LOS ALIMENTOS TEMA DEL PROYECTO INTEGRADOR: Elaboración de Vodka a partir de almidón de arroz (Oryza sativa) y esquematización de algoritmos cada uno de los procesos industriales. INTEGRANTES: Alvarado Vásquez Kerly Gaibor Ramón Arelis Guillén Mazapanta Vanessa Haón Gaybort Ivania Marcaya Peréz Johana Vásquez Cortez Luis CURSO: VII Módulo de Ingeniería en Alimentos “B” COORDINADORA DE PI: Ing. Rossy Rodríguez Castro Msc. MOCACHE – ECUADOR 2019 Índice I. INTRODUCCIÓN El vodka, es la bebida alcohólica obtenida mediante la disolución con agua de alcohol etílico rectificado proveniente de productos naturales. Se puede destilar de cualquier planta rica en almidón, tradicionalmente de grano como centeno (generalmente considerado superior a otros tipos de vodka) o trigo, pero también de patata y melaza (Pozo & Benavides, 2008) . El cultivo del arroz, Oryza sativa L., comenzó hace casi 10.000 años, en muchas regiones húmedas de Asia tropical y subtropical. Este cultivo es el alimento básico para más de la mitad de la población mundial. A nivel mundial, ocupa el segundo lugar después del trigo con respecto a superficie cosechada. El arroz proporciona más calorías por hectárea que cualquiera de los otros cereales cultivados (Acevedo, Castrillo, & Uira, 2006). El género Oryza tiene más de 24 especies silvestres que crecen en regiones inundadas, semi-sombreadas y bosques en el sureste Asiático, Austria, África, Sur y Centro América (Acevedo, Castrillo, & Uira, 2006). Es necesario controlar diariamente el pH y ºBrix del mosto para comprobar que el proceso siga su curso normal y que los azúcares presentes siguen una correcta transformación a alcohol. Una vez obtenidas las características deseadas, tanto cualitativas como cuantitativas se procede a una destilación y última filtración para obtener como producto final el vodka. Al momento de la adecuación del mosto es necesario contralar los ºBrix del mismo (20ºBrix, máximo 25ºBrix), pues si aumentan o disminuyen de este rango las levaduras no crecen y se inhiben, eliminando por completo el proceso fermentativo (Alqueres & Praca, 2008). Los grados alcohólicos del Vodka se encuentran entre 40% y 70%, esto depende de la pureza y calidad de este producto, al igual depende de las veces que éste ha sido destilado, el vodka común y más comercial se lo destila dos veces, pero existen aquellos que han sido destilados hasta nueve veces y posterior a esto se filtra el licor para eliminar cualquier tipo de impurezas presentes en el líquido (Carmona, 2008). El objetivo del presente trabajo es elaborar una bebida alcohólica destilada (Vodka) a partir de almidón del arroz (Oryza sativa) para evaluar el rendimiento y las características organolépticas. 1.1.OBJETIVOS 1 1.1.1. Objetivo General Elaborar una bebida alcohólica destilada (vodka) a partir de la hidrolisis de los almidones de arroz (Oryza sativa) para evaluar el rendimiento industrial. 1.1.2. Objetivos Específicos Elaborar vodka a partir de la materia prima de almidón de arroz para obtener bebida alcohólica. Realizar un balance de materia en cada una de las etapas de fabricación del vodka de arroz mediante flujogramas para determinar los valores de entrada y salida de los ingredientes y procesos unitarios. Simular el proceso mediante los cambios de masa en la industrialización de la elaboración del vodka a base de arroz para determinar el rendimiento final. Indicar las etapas de escalado en los procesos respectivos para la elaboración del vodka y costos de producción. 1.2.PROBLEMATIZACIÓN 2 1.2.1. Diagnóstico del problema El vodka es reconocida como una bebida que ha venido elaborándose tradicionalmente con el almidón de diferentes cereales, al colocar infusión de uva en la elaboración del vodka se producirá un cambio agradable en el olor y sabor de la bebida alcohólica. 1.2.2. Formulación del problema ¿Qué efecto tendrá con la adicción de naranja al jarabe obtenido de arroz en las características sensoriales para el proceso de obtención del vodka? 1.2.3. Sistematización del problema • ¿Cuál será la cantidad exacta de la infusión naranja de para qué el vodka presente las características sensoriales? • ¿Qué concentraciones debe agregarse de ácido cítrico, levadura, urea y azúcar? • ¿Cuál será el pH indicado para la fermentación del mosto? 1.3.JUSTIFICACIÓN 3 La presente investigación se enfocará en estudiar los cambios, que se darán en la elaboración de vodka a base de harina de arroz con añadidura de naranja con un proceso tecnológico e innovador, para brindar nuevas opciones y alternativas al mercado. Así, profundizar los conocimientos teóricos y prácticos sobre el proceso de elaboración del vodka, la importancia de esta investigación radica en demostrar la utilidad de la harina de arroz para obtener un producto, ya que el vodka siempre fue elaborado a partir de otros cereales. 1.4.HIPÓTESIS Ho: En la elaboración de vodka a partir de harina de arroz no afectara a la adición de la naranja. H1: En la elaboración de vodka a partir de harina de arroz afectara a la adición de la naranja. II. MARCO TEÓRICO 4 2.1.EL VODKA La vodka o 'wodka', es la bebida alcohólica nacional de Rusia y Polonia. Su significado es el de 'agüita', una forma delicada y diminutiva de llamar al agua. Originariamente la producción de esta bebida era a partir de los productos de agricultura locales más baratos y abundantes como el trigo, maíz, papas, caña de azúcar o la combinación de cualquiera de estos. El proceso consistía en una filtración simple y rápida del fermento de estos vegetales usando un filtro a base de carbón vegetal, en lugar de un proceso caro y prolongado de destilación. El líquido purificado era después reducido, sin añejarse, hasta ser potabilizado mediante la adición de agua destilada para luego embotellarlo. El resultado de este ciclo de elaboración era y sigue siendo un producto incoloro y sin olores con una graduación alcohólica elevada. Los vodkas producidos en Rusia contenían 40% de alcohol y los de Polonia alcanzaban los 45º de graduación alcohólica. Actualmente la graduación típica es de 40ºGL (Pozo & Benavides, 2008). 2.1.1. Tipos de vodka Vodka de Centeno.-Se caracteriza por el aroma suave y el sabor ligeramente dulce. Vodka de Melaza.-Es el almíbar que se extrae al refinar el azúcar. Los vodkas que provienen de este ingrediente tienen aromas limpios y puros y se sienten un poco más dulces al paladar que los obtenidos de cerales. Vodka de Papa.-Es una materia prima que resulta difícil de trabajar: pues resulta más complejo descomponer y liberar ciertos productos químicos durante la fermentación. Vodka de Trigo.-Se puede destilar de los granos de trigo. Vodka con saborizantes.-Al tradicional puro se le agrega sabores como vainilla, coco, naranja, limón, hierbas y plantas 2.2.Componentes principales de las Bebidas Alcohólicas Una bebida alcohólica consta de tres componente principales como son el agua, alcohol y azúcar detallado a lo siguiente (Plaza & Sung, 2011). 2.2.1. El Agua El agua es un cuerpo formado por la combinación de un volumen de oxígeno y dos de hidrógeno, cuya fórmula química es H2O. Es líquida, inodora, insípida e incolora, disuelve muchas sustancias. Habitualmente la encontramos en estado líquido, aunque 5 dependiendo de las condiciones de presión y temperatura, es usual hallarla en estado sólido o gaseoso (Plaza & Sung, 2011) Para la elaboración de bebidas alcohólicas el agua es el elemento que entra en mayor proporción para su composición. El agua en la fabricación de Bebidas Alcohólicas La calidad del agua es un factor muy importante en la fabricación de bebidas alcohólicas, para evitar posterior enturbiamientos. El agua debe ser inodora, transparente e incolora y solo debe estar muy poca sustancia orgánica, ante todo no debe contener amoníaco ni ácido nitroso y a ser posible solo reducidas cantidades de compuestos clorados. Una buena agua potable no es siempre absolutamente indicada para la fabricación. Para este fin se necesita principalmente un agua muy blanda, para tener la garantía que posteriormente no se enturbiará el producto acabado; estos enturbiamientos suelen formarse más tarde o más temprano por la precipitación de los compuestos de calcio y magnesio, carbonatos, sulfatos, etc. 2.2.2. Alcohol Se entenderá por alcohol ordinario o etílico el producto de la destilación de un líquido cualquiera que haya sufrido previamente la fermentación alcohólica. El alcohol tiene la propiedad de reaccionar con los ácidos dando más o menos según y con el tiempo unos cuerpos llamados esteres, esteres salinos o cuerpos olorosos que son combinaciones de los ácidos con los alcoholes. El alcohol puede mezclarse con cualquier proporción; con agua, al mezclar ambos líquidos se produce aumento o elevación de temperatura. Si se mezcla alcohol con nieve se verá que se funde rápidamente, pero como el alcohol desprendido es insuficiente para determinar esta fusión la nieve separa calor de los cuerpos cercanos, la temperatura puede rebajarse y producir un frío de 37°. Clases de alcohol Entre las clases de alcoholes describimos los siguientes: Alcohol de primera calidad.-Con aproximadamente 96% en volumen; generalmente se fábrica con patatas, melaza y cereales. El alcohol de primera calidad es claro como el agua y tiene un elevado grado de pureza, de modo que se puede emplear muy bien para la fabricación de bebidas alcohólicas simples y muchos licores. Es la clase de alcohol más empleada en la actualidad para la fabricación de bebidas espirituosas. 6 Alcohol filtrado extrafino.-Es un alcohol de primera calidad que después de su filtraje sobre carbón activo, se ha destilado nuevamente para eliminar con ello el aldehído que se ha formado en el tratamiento con carbón, ofreciendo así su mayor grado de pureza con respecto a su olor y sabor. Alcohol absoluto.-Es un producto casi anhidro, obtenido por un procedimiento especial y con materias deshidratantes. En la práctica no tiene ningunaimportancia para el especialista en bebidas alcohólicas. 2.2.3. El Azúcar Otra de las materias importantes para la industria de bebidas alcohólicas y licores es el azúcar. Se entiende por azúcar, al azúcar de caña o sacarosa, tanto si se obtiene de la caña de azúcar, o de la remolacha azucarera. Se necesita del azúcar para la fabricación de alcoholes, aguardientes dulces y en pequeñas cantidades también para otras bebidas alcohólicas. La dulcina, sacarina y otros edulcorantes sintéticos están prohibidos para fabricación de bebidas alcohólicas. Los porcentajes de azúcares contenidos en los diferentes elaborados son: Tabla 1. Porcentajes de azúcares en diferentes bebidas alcohólicas Licores superfinos 40 a 60 por 100 Licores finos 30 a 40 por 100 Licores semifinos 22 a 30 por 100 Licores ordinarios 12 a 20 por 100 Aguardientes dulces 12 a17 por 100 Otros aguardientes 2 a10 por 100 Vinos aromáticos y aperitivos 2 a 10 por 100 Fuente: (Plaza & Sung, 2011) En la elaboración de licores, el porcentaje de azúcar se incorpora a la mezcla total en forma de jarabe simple. 2.3.Proceso de elaboración del Vodka 7 El proceso de elaboración del vodka parte de la utilización de un líquido que se obtiene fermentando de arroz y agua. Se prepara el jugo del arroz con agua. Se calienta para convertir su fécula en azúcar y dar lugar a un líquido espeso llamado mosto (Allende, 2014). 2.3.1. Destilación Tras la destilación y la rectificación, el vodka se reduce a la graduación requerida, añadiéndole agua para luego filtrar y purificar, momento en que se eliminan los elementos aromáticos, para lograr esa bebida sin sabor. Para ello, se emplea carbón vegetal; en Rusia siempre se ha utilizado madera de abedul para producirlo (Allende, 2014). Cuando secalienta el carbón, da el aspecto de una esponja. Se introduce en los filtros y luego se bombea el vodka. La filtración mediante carbón vegetal debe controlarse, porque cuando el material se satura con las impurezas, pierde sus cualidades absorbentes. 2.3.2. Fermentar el alcohol Para propiciar una fermentación buena y eficiente, el líquido debe mantenerse en una habitación a una temperatura de entre 27 y 29 °C (80 a 85 °F). Otra opción para las zonas frías es emplear un cinturón calefactor. La levadura de destilería se fermentará de una forma limpia y producirá una gran cantidad de alcohol (etanol) y relativamente pocos compuestos indeseados, como los alcoholes que no sean el etanol. La cantidad de levadura que debas usar dependerá de la marca en particular o del tipo de levadura. Es posible que se hayan incluido nutrientes en el paquete junto con la levadura. Se necesitan nutrientes para la levadura en los casos en los que el medio que se fermente, como las soluciones de azúcar, contenga pocos nutrientes. Sin embargo, si estos se usan junto con medios ricos en nutrientes, como los que estén hechos a base de granos, también pueden mejorar la fermentación. 2.3.3. Añadir los toques finales Filtra el vodka con carbón. Pasa el líquido destilado a través de un filtro de carbón activado, los cuales están disponibles en las tiendas de suministros para preparar licor en casa. Esto te permite eliminar los sabores y aromas volátiles no deseados. Asimismo, puedes purificar el líquido destilado modificando el filtro de carbón. 8 Diluye el vodka hasta obtener la concentración deseada. Añade agua purificada al líquido destilado hasta obtener el porcentaje deseado de alcohol. Mide este porcentaje varias veces a lo largo de este proceso mediante un alcohómetro hasta que alcances la concentración que desees. Embotella el vodka. Llena las botellas mediante un proceso de llenado por gravedad y tápalas con un corcho o una tapa. Elabora etiquetas personalizadas para las botellas si deseas. Es posible que algunas máquinas llenadoras por gravedad consistan de una cubeta embotelladora de una capacidad de 29 litros (7,5 galones) con una espita, una tubería de vinilo y un llenador de botellas de plástico simple con resorte. También puedes usar llenadores de botellas de vino que tengan varios pitorros. 2.3.4. Porcentaje de alcohol en vodka Estas bebidas tienen un porcentaje de alcohol que está en el rango de 35 % al 45 %. Por ejemplo, el Smirnoff producido en Rusia tiene 37,5 %; el absolut, de Suecia, tiene 40 %; el Stolichnaya de Rusia, el Khortytsa de Ucrania y el Russian Estándar Platinum de Rusia tienen 40 %; otras marcas de esta bebida alcohólica son el Finlandia, el Ciroc producido en Francia, el Oso Negro de México y Evolution vodka de Polonia (Téllez, 2012). 2.4. Arroz (Oryza sativa) Planta herbácea de la familia de las Poaceae o Gramíneas. Esta planta y su fruto en grano se cultivan y consumen en China desde hace más de 5.000 años. Es una planta anual. Se cultiva ampliamente en los cinco continentes, en regiones pantanosas de clima templado o cálido y húmedo. Es el cereal más extendido por el mundo (Moreira, 2013). Surgen continuamente nuevas variedades de arroz. Existen en el mundo más de dos mil variedades de arroz, pero sólo se cultivan unas cuantas. Podemos distinguir: Blanco de grano largo: se produce en nuestro país y es reconocido en el mercado internacional por su altísima calidad y en el que la cáscara, el salvado y el germen se eliminan durante tratamiento industrial (arroces indios basmati y patna). Blanco de grano medio: es un grano más corto y grueso que el arroz de grano largo y tiene una textura suave y tierna al ser cocido. Es la variedad más consumida en nuestro país. El más característico es el arroz bomba. Blanco de grano corto: es prácticamente redondo en su forma. 9 Arroz integral o cargo: de grano medio o largo, es más oscuro que los refinados debido a que conserva parte del salvado de la cáscara y requiere una cocción más lenta y prolongada. Arroz vaporizado: es el tipo de arroz preferido por los consumidores que requieren arroces livianos y de fácil separación. Grano redondo: es pequeño y se cuece muy deprisa. Además contiene gran cantidad de almidón que proporciona al medio en el que cuece, con lo que este adquiere una textura cremosa. Es el adecuado para aquellas recetas en las que interese aprovechar esta cualidad, como los arroces cremosos, los risottos italianos o las múltiples variaciones de arroz con leche. Arroz glutinoso: su principal característica es que los granos, tras la cocción, quedan pegados por su gran contenido en almidón. Esta cualidad lo hace imprescindible para la elaboración de algunos platos de cocina china y japonesa, como el sushi. Arroz aromático: en nuestro país se cultiva la variedad urumati de grano largo. Tiene un aroma especial que lo hace muy apetecible. Estacionalidad Se encuentra disponible durante todo el año. Porción comestible 100 gramos por cada 100 gramos de producto fresco. 2.4.1. Morfología del grano El grano de arroz, comúnmente llamado semilla, recién cosechado está formado por el fruto cariopse y por la cáscara, está última compuesta por las glumelas (palea y lema). Industrialmente se considera al arroz cáscara aquel comprendido por el conjunto de cariopse y glumelas (Figura 1). A su vez el cariopse, está formado por el embrión, el endosperma, capas de aleurona (tejido rico en proteínas), tegmen (cubierta seminal), y el pericarpio (cubierta del fruto). El pericarpio es piloso y tiene un espesor de aproximadamente 10 μm. Las capas de aleurona están compuestas por 1 a 7 capas de células de parénquima cuadrangular o rectangular, de 1-3 μm de espesor. El embrión es extremadamente pequeño, localizado en la zona ventral del cariopse. El endosperma consiste en células de parénquima que se elongan en forma radial y está compuesto por gránulos de almidón y algunos cuerpos proteicos. La representatividad de estas capas del grano es importante dado que influyen en el rendimiento industrial (Pinciroli, 2010). 10 Figura 1. Partes constitutivas del grano de arroz 2.4.2. Características generales del arroz La planta de arroz posee tallos muy ramificados y puede medir entre 0,6 y 1,8 metros de altura. Los tallos terminan en una inflorescencia, una panícula de 20 a 30 cm de largo. Cada panícula se compone de entre 50 y 300 flores o espiguillas, a partir de las cuales se formarán los granos: el fruto obtenido es un cariopsis. El grano de arroz es un fruto de la planta del arroz (Oryza sativa L.), herbácea anual de la familia de las gramíneas. Es uno de los cereales más extendidos por el mundo. Se cultiva ampliamente en los cinco continentes, en regiones pantanosas de clima templado o cálido y húmedo. Tiene una forma ovoide, aplanada, su color varia de amarillo a café translucido (Rodríguez Almarza, 2007). Su clasificación científica indica que pertenece al reino: Plantae, división: Magnoliophyta, clase: Liliopsida, orden: Poales, familia: Poaceae, género: Oryza, especie: O. sativa, nombre binomial: Oryza sativa L. 2.4.3. Valoración nutricional El arroz es rico en almidón que se compone de amilosa y amilopectina, siendo la proporción de cada una la que determina las características culinarias del producto. A mayor proporción de amilopectina, más viscosos y pegajosos estarán los granos entre sí. Tiene un pequeño aporte de proteínas (7%), y contiene cantidades notables de niacina o vitamina B3 y vitamina B6. Sin embargo, en la práctica, con su refinamiento y pulido, se pierde hasta el 50% de su contenido en minerales y el 85 % de las vitaminas del grupo B (Moreira, 2013). 11 2.4.4. Composición química del grano de arroz El contenido de proteína del arroz es diferente según la fracción de molino que se considere como podemos observar en la Tabla 2. El mayor contenido proteico corresponde al embrión pero su tamaño es muy pequeño. El grano de arroz es la mayor fuente proteica en los países consumidores de este cereal aportando el 60% de la proteína total de la dieta en Asia. Se conocen variedades de arroz salvaje en China y Estados Unidos con 12,0 y 15,2% de proteína en grano integral (Pinciroli, 2010). Tabla 2. Composición aproximada del grano de arroz y sus fracciones. Cáscara Salvado Embrión 7,3-8,3 2,3-3,2 13,2-17,3 17,7-23,9 2,1-3,3 0,4-0,6 0,4-0,7 17-22,9 19,3-23,8 8,4-12,1 0,7-1,2 0,3-0,6 40,1-53,4 9,5-13,2 2,8-4,1 Ceniza 3,4-6 1,2-1,8 0,4-0,9 15,3-24,4 9,2-11,5 6,8-10,1 Almidón 62,1 77,2 90,2 1,8 16,1 2,4 Fibra 19,1 4,5 2,7 77,3 27,6-33,3 - Arroz Grano Grano cáscara integral pulido Proteína 6,7-8,3 8,3-9,6 Lípidos 2,1-2,7 Fibra cruda dietética Fuente: (Pinciroli, 2010) 2.5.Las levaduras Levadura es el nombre genérico dado a un grupo de hongos Ascomicetes pertenecientes al orden endomicetales. Las levaduras son micro hongos que se encuentran generalmente en forma de células únicas y que se reproducen mediante gemación. Algunas levaduras están formadas únicamente por células individuales y a veces cadenas cortas, mientras que otras se encuentran con un cierto rango de formas celulares, incluyendo diversos tipos de filamentos. Una característica de la población en crecimiento de las células de levaduras es la presencia de yemas, producidas cuando la célula se divide. La célula hija comienza siendo una pequeña yema, que va creciendo hasta que alcanza un tamaño similar al de la madre y entonces se separa. Para la reproducción sexual forman ascas. La membrana celular consta de polisacáridos y muy poca quitina. Tienen glucógeno como sustancia de reserva y contienen también numerosas vitaminas. Provocan la fermentación alcohólica de las masas de harina y de los líquidos azucarados, y muchas de ellas se utilizan para obtener bebidas y elaborar pan y otros productos. 12 La levadura es un anaerobio facultativo: transformando azúcar a la misma velocidad, la levadura aeróbica produce dióxido de carbono, agua y una producción relativamente alta de nueva levadura, mientras que la levadura crecida anaerobicamente tiene una velocidad relativamente lenta de crecimiento, que ahora se acopla a una alta conversión de azúcar en alcohol y dióxido de carbono. (MARIANA, 2008). 2.5.1. Clasificación de las Levaduras Existen en la naturaleza numerosas especies de levadura, pero las de mayor interés industrial en el campo de las bebidas alcohólicas corresponden al género Saccharomyces; este género comprende 30 especies y 3 variedades que se distinguen por su acción fermentativa y su capacidad de asimilación de diversos azúcares. La levadura de mayor importancia en la industria de bebidas fermentadas es: 2.5.1.1.Saccharomyces cereviseae Según Gonzalez S. (1978) “Esta especie es típica de fermentación alta de la industria cervecera, sus colonias son blandas, húmedas y color crema. Fermentan la galactosa, la sacarosa, la maltosa y la rafinosa y no utilizan nitritos”. Según Jorgesen L. “Ésta es la levadura específica para la fermentación alcohólica las células son de forma redondas ovales u oviformes los límites de temperatura para la formación de células se encuentra entre 3 y 40 °C. El óptimo de temperatura para su desarrollo se encuentra alrededor de 30°C” La levadura específica para la fermentación contiene un 75% de agua y un 25% de sustancia seca, la sustancia seca tiene la siguiente composición promedio: Ceniza 8% Carbohidratos 43% Proteínas 48% Grasa 2% III. METODOLOGÍA 3.1.Localización. El Proyecto Integrador de Saberes se desarrolló en el Taller de Carne de la Facultad de Ciencia Pecuarias de la Universidad Técnica Estatal de Quevedo, ubicada en el km 7 de la Vía Quevedo – El Empalme Cantón Mocache - Provincia de Los Ríos, entre las 13 coordenadas geográficas de 01º 06’ de latitud Sur y 79º 29’ de longitud Oeste, a una altitud de 120 msnm con una temperatura media de 25.8°C. 3.1.1. Condiciones agroclimáticas. Condiciones agro climáticas del campus “La María” UTEQ, Mocache 2017. Tabla 3. Condiciones de agroclimática. Parámetros Promedio Temperatura °C 25.47 Humedad relativa, % 85.84 Precipitación, anual. Mm 2223.78 Heliofanía, horas/ luz /año 898.77 Evaporación, promedio anual (%) 78.30 Zona ecológica Topografía bh – T Ligeramente Ondulada Fuente: Departamento Agro meteorológico del INIAP. Estación Experimental Tropical Pichilingue 2017. 3.2.Tipo de investigación. La presente investigación es de tipo experimental; porque es un estudio que prueba la relación causa efecto entre las variables propuestas, además se utiliza un proceso de control en el que se sigue actualmente en la elaboración de Vodka de arroz en la industria para determinar las características Físicos -Químicos. 3.3.Métodos de Investigación En la presente investigación los métodos utilizados son los siguientes: 3.3.1. Método Analítico Los métodos utilizados para determinar la calidad y el proceso de fermentación del vodka se realizaron a diferentes parámetros físicos-químicos como el: pH, grados Brix y acidez titulable 3.3.2. Método de Balance La elaboración de vodka se realizará mediante un balance de masa por medio de un flujograma. 3.4.Procedimiento de Investigación físico química En este proyecto integrador se plantearon realizar una medición de pH, grados Brix y Acidez Titulable, mediante la elaboración del de vodka de arroz durante su proceso de fermentación. El procedimiento que se siguió para realizar las mediciones se describe a continuación: 14 3.4.1. pH Primero se encender pH-metro, luego se introduce el pH-metro en el vodka y se configura el pH-metro en el botón y esperamos de parpadear de que aparezca una raya del botón Auto y se procede a obtener los resultados del pH. 3.4.2. Grados Brix Se procedió a sacar una pequeña muestra del vodka, se encendió el brixómetro, en el siguiente paso configuramos el brixómetro y ubicamos una pequeña muestra en el lente del brixómetro. Por último el equipo deja de parpadear la luz se apaga y procedemos a tener el resultados inmediatos. 3.4.3. Determinación Acidez El método de la determinación de acidez en bebidas alcohólicas, se basa en determinar el volumen del Hidróxido de sodio (NaOH) necesario para neutralizar el ácido contenido en la alícuota que se titula, de esta manera se determina el punto final por medio del cambio del color que es producida por la presencia del indicador ácidobase que ha sido empleado. Procedimiento: Medir 15ml de la muestra a analizar Colocamos en el enlemeyer Dejar caer la solución de sosa gota a gota hasta que haya una variación de color Con los valores de los volúmenes adicionados determinamos la acidez de la solución. Cálculos: Calcular el mili equivalente del ácido tartárico y según los datos obtenidos aplicar la fórmula para conocer porcentaje de acidez. Meq del Ácido Tartárico = 0.050 %Acidez = 𝑉𝑇𝑁𝑎𝑂𝐻 ∗ 𝑁𝑎𝑂𝐻 ∗ 𝑀𝑒𝑞 Á𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑡𝑎𝑟𝑡á𝑟𝑖𝑐𝑜 ∗ 100 Vm 3.5.Protocolo de la elaboración del vodka de arroz MATERIALES Y MATERIA PRIMA 4 kg de Almidón de arroz 28 litros de agua sin cloro 240g de ácido cítrico 15 1 g/l Levadura 1 g/1 de agua con urea Olla Cuchillo Molino Tela filtrante Botella de 5 galones para la fermentación EQUIPOS Y REACTIVOS Potemciometro (pH) Balanza analítica Refractómetro Fenotaleina Hidróxido de sodio Agua destilada Vaso de precipitación Termómetro Destilador Estufa 60°C 3.5.1. Procesamiento extracción de almidón de arroz MATERIA PRIMA Para la obtención del almidón se usó como materia prima arroz (Oryza sativa). En la fermentación alcohólica del almidón obtenido del arroz se empleó la levadura 16 Saccharomyces cerevisiae, que es la levadura más explotada en la industria alimenticia y en especial para la producción de alcohol, las levaduras en el proceso de fermentación reduce los azúcares a alcohol y anhídrido carbónico (Ponce, 2011). OBTENCIÓN DEL ALMIDÓN DE ARROZ Para extraer el almidón se realiza un clasificado para eliminar la materia prima en mal estado, luego se molió el arroz para obtener harina, después se realiza un pesado utilizando una balanza digital, para posteriormente conocer el rendimiento. RECEPCIÓN Para el proceso de la elaboración de vodka se tiene 4kg de almidón de arroz MEZCLADO/ HIDRATADO Mezclar los 4kg de almidón con los 28 litros de agua, disolviendo al punto que no quede grumos. Lo que representa el 12,5% de harina y el 87,5% en agua, mezclaremos hasta que se disuelva bien la harina y pasaremos al siguiente paso. GELATINIZACIÓN Calentar a 65°C por una hora y media. Debe agitarse evitando que el almidón se asiente o se queme y dejar enfriar. Cuando la mezcla este totalmente homogénea y con su consistencia gelatinosa dejamos reposar. En este proceso vamos a conseguir la ruptura del almidón en unidades más pequeñas, es decir en azucares menores, y de esta manera generaremos azucares fermentables. Medimos °Brix y pH HIDROLISIS Ante de comenzar con la hidrolisis tipo acida tenemos que conocer la cantidad de mosto, para agregar ácido cítrico. La hidrolisis debe cumplir con 6 horas de cocción a diferentes temperaturas: Temperatura 1: Se inició con una temperatura de (35°C +-1) el que duró por un tiempo de 1 hora y media, se mantuvo mezclando sin dejar de parar. Se obtuvo un pH de 6,5 y 13.5°Brix. Temperatura 2: En esta temperatura se mantuvo a (45°C +-1) por un lapso de tiempo de 1 hora y media de la misma manera se mezclaba sin parar debido a que se puede pegar. Se obtuvo un pH de 6 y 13°Brix. Temperatura 3: Se manejó a una temperatura de (60°C+-1) por una hora en el que se obtuvo un pH de 5 y 12.5°Brix. En esta fase se agregó el ácido cítrico, en 0,75 relación a los cálculos 𝐴𝐶 = 32 ∗ ( 100 ) = 0,24𝑘𝑔 → 240 𝑔 á𝑐𝑖𝑑𝑜 . 17 Temperatura 4: Ésta temperatura fue de (75°C +-1) por una hora con un pH de 3.5 y 12 °Brix. Temperatura 5: Temperatura de (90°C +-1) por una hora en el cual se obtuvo un pH de 2.3 y 11.85 en°Brix. Tabla 4. Historia del tiempo de la Hidrolisis Historia de la temperatura Tiempo Hora Ph oBrix 1. 35 oC 1,5h 10:35 am 6,5 13.5 2. 45oC 1,5h 12:35 am 6 13 3. 60oC 1h 14:00 am 5 12.5 4. 75oC 1h 15:00 am 3.5 12 5. 90oC 1h 16:00 am 2.3 11.85 Temperatura Fuente: Autores FILTRADO Se debe realizar el filtrado con la ayuda de un lienzo para separar los sólidos presentes en el mosto. ANÁLISIS DEL MOSTO Al mosto tamizado se le debe medir los °Brix y la acidez titulada y ajustar los valores a 21 °Brix y la acidez entre 0,7-0,8% ya sea con un refractómetro o un aerómetro. El pH se lo hace utilizando potenciómetro. ACIDEZ: Se toma 10ml de muestra y se lleva a 100 mL de agua destilada se titula con NaOH de 0,1N utilizando fenotaleina como indicador, si el líquido no es muy oscuro; o si no midiendo con el pH se llega a 8,2. Los ml gastados en la titulación multiplicada por 0,064 da el porcentaje de acidez expresado con ácido cítrico. %𝐴𝑐𝑖𝑑𝑒𝑧 = (𝑉 ∗ 𝑁 ∗ 𝑓)𝑁𝑎𝑂𝐻 ∗ 𝐹 ∗ 100 𝑉𝑚 Dónde: V= Volumen gastado de sosa en la titulación N= Normalidad de la solución de la NaOH 0,1N f= Factor de normalidad F= Factor de ácido que prevalece en el jugo Vm= Volumen de muestra AMALICRACIÓN 18 El proceso en que medimos el contenido de solidos solubles del mosto donde se añade azúcar para subir los 21°Brix. Cálculos %𝐵𝑑 = 𝑊𝑗 ∗ 𝐵𝑎 + 𝑊𝑎𝑎 𝑊𝑗 + 𝑊𝑎𝑎 𝐴𝑐𝑖𝑑𝑒𝑧 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 (𝐴𝑐𝑖) 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑠𝑡𝑜 (𝑊𝑓𝑚) = 𝐴𝑐𝑖𝑑𝑒𝑧 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑎𝑑𝑜(𝐴𝑐𝑑) 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑗𝑢𝑔𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 (𝑊𝑗𝑖) Dónde: 𝑊𝑓𝑚 = Waa= Peso de azúcar añadida Ba= °Brix actual 𝐴𝑐𝑖 ∗ 𝑊𝑗𝑖 𝐴𝑐𝑑 Peso de jarabe = peso final mosto – peso jugo inicial Bd= °Brix deseado Wj= Peso del Jugo INOCULACIÓN Colocar 50 mL de mosto en un vaso de precipitación para hacer la respectiva activación de la levadura (1g/l) a una temperatura de 30°C, se añade azúcar para la activada la levadura se agrega urea a 1g/l como el nutriente. FERMENTACIÓN Procedemos a colocar en un recipiente hermético sellado, con trampa de agua para dar lugar a la fermentación a temperatura ambiente hasta obtener 5°Brix. Día Jueves Viernes Sábado Domingo Lunes Martes Miércoles DESTILACIÓN Horas 0 horas 24 horas 48 horas 72 horas 96 horas 120 horas 144 horas °Brix 21°Brix 19°Brix 18°Brix 15°Brix 14.5°Brix 14°Brix 14°Brix Agregar al mosto, alcohol de 60° y calentamos el mosto alcalizado fermentado a una temperatura que es mayor al punto de ebullición del agua. Se procede a colocar en el equipo de destilación el cual trabaja con una temperatura 65°C con una presión constante de 15 atm. EMBOTELLADO Y ETIQUETADO ALMACENAMIENTO Diagrama de flujo para la elaboración de vodka a partir de almidón de arroz {Arroz } { 4kg } 4 kg 19 𝐌𝐞𝐳𝐜𝐥𝐚𝐝𝐨 Recepción Molienda Gelatinización Hidrólisis Filtrado Amalicración Inoculación Fermentación Filtración Destilación Envasado y etiquettado Almacenamiento Ilustración 1. Diagrama de bloques para la obtención de Vodka a base de harina de Arroz IV. RESULTADO 20 V. CONCLUSIÓN Para la realización del proceso de elaboración de vodka a partir de la harina de arroz, donde se utilizó 4 kg de harina de arroz y 28 L de agua y se siguieron todos los pasos del protocolo establecido; más, sin embargo, se presentaron inconvenientes como en la fermentación que se alcanzó tan solo 14°Brix siendo 7 °Brix los deseados se obtuvo un vodka de color transparente. Se realizó el balance de materia en cada una de las etapas de fabricación del vodka de harina de arroz, donde se demuestran cantidades de entrada, salida y diferencia; además del argumento preciso para conocer cómo se extrajeron 7.5 L de vodka en la destilación. Según el proceso de elaboración de vodka se ha podido hacer el balance de materia de cada una de las entradas y salidas de las operaciones unitarias y de esta forma se calculó el rendimiento industrial. Se realizó una simulación del proceso de elaboración de vodka a partir de harina de arroz a nivel industrial mediante los cambios de masa, donde se simularon diferentes cantidades de harina y agua, para determinar cuál es más factible para la producción a gran escala. Al final del proceso se obtuvo una cantidad de vodka destilado de 7.5L con un grado alcohólico de 89° que para poder estandarizarlo y bajarlo a 40° se usaron 1,5L de agua destilada por cada litro de alcohol, teniendo en cuenta que el indicé de rendimiento del producto realizado fue de 15,40lt de vodka a 40°/kg de harina de arroz. VI. RECOMENDACIÓN 21 Se debe realizar un balance de materia en cada etapa de la fabricación del vodka con la finalidad de conocer entradas y salidas del proceso de elaboración del producto final, el mismo que es plenamente considerado para el cálculo del tamaño de los equipos del proceso empleado y, por ende, para evaluar sus costos. En la realización de vodka se debe controlar la temperatura adecuada para la sobrevivencia de la levadura teniendo una temperatura de 30-35ºC y una cantidad promedia de urea para su nutrición. Para lograr un buen resultado en la elaboración del vodka, se debe tomar en cuenta los pasos a seguir en el protocolo, como también debemos llevar un control de temperatura, °Brix y acidez, ya que ese sería la base fundamental para poder obtener un mejor rendimiento en la obtención del vodka y una mejor calidad. Al realizar la destilación tenemos que tener un conocimiento previo del funcionamiento del destilador y tener en cuanto que el mosto se debe filtrar para no tener resto en el contenedor lo que pueda ocasionar que se queme el producto. VII. ANEXOS Anexo 1. Procesos de elaboración de vodka 22 23 ORIGINAL MEJALVA IMPORTADO POR: ALVARADO VASQUEZ KERLY GAIBOR RAMÓN ARELIS GUILLÉN MASAPANTA VANESSA HAÓN GAYBORT IVANIA MARCAYA PÉREZ JOHANA VÁSQUEZ CORTEZ LUIS A CARGO DE: ING. ÁNGEL FERNANDEZ ESCOBAR INGREDIENTES: ALMIDÓN DE ARROZ AGUA LEVADURA NUTRIENTES AGUA DESTILADA ORIGINAL MEJALVA 40° 750mL Anexo 2. Cálculos de los procesos de obtención de vodka Relación de almidón de arroz / agua 𝑅= 𝐴𝑙𝑚𝑖𝑑ó𝑛 1 4 = = 𝐴𝑔𝑢𝑎 7 28 Calentamiento gelatinización 2𝐿 %𝑃. 𝐻2 𝑂 = ( ) ∗ 100 = 6,25% 32 𝐿 1 %𝐴𝑙𝑚𝑖𝑑ó𝑛 = ( ) ∗ 100 = 12,5% 8 %𝐴𝑔𝑢𝑎 = (100 − 12,5)% = 87,5% Hidrolisis 5𝐿 %𝑃. 𝐻2 𝑂 = ( ) ∗ 100 = 15,62% 32 𝐿 Glucosa 100 − 15 32 ∗ ( ) = 27,2𝑘𝑔 ∗ 0,16 = 4,35𝐾𝑔 100 32 ( ) ∗ 100 = 11,76°𝐵𝑟𝑖𝑥 27,2 Amalicración 0,75 𝐴𝐶 = 32 ∗ ( ) = 0,24𝑘𝑔 → 240𝑔 á𝑐𝑖𝑑𝑜 100 Cantidad de azúcar (21-11,76) =9,24% 9,24 2,51𝑘𝑔 27,2 ∗ ( )= = 2.57𝑘𝑔 𝑎𝑧ú𝑐𝑎𝑟 100 0,975 Kg total del mosto 27,2kg →11,76 3,2kgAz +2,57=5,77kg 2,57 29,77 Mosto +Azúcar 24 5,77 ( ) ∗ 100 = 19,38°𝐵𝑟𝑖𝑥 29,77 Cálculo para agregar levadura y nutrientes 𝐿𝑒𝑣𝑎𝑑𝑢𝑟𝑎 C6H12O6 → 2 C2H5OH+2CO2+∆𝑄 Nutrientes 180g Destilación 11L(alcohol)*0,6=6,6/0,88(alcohólicos)=7,5 7,5*0,8(eficiencia del equipo)=6L 92g 88g 6L+1,5L(C. mosto)=7,53 Litros 2080g x=1063,1/0.88=1208,07 Regla de mezclar 𝐃𝐞𝐧𝐬𝐢𝐝𝐚𝐝 Aguardiente 88 7,89kg/m3 =0,789𝑔𝑐𝑚3 40 Parte de aguardiente 40 𝑚 1208,07 𝑣=( )=( ) = 1531,28𝑚𝑙 𝜌 0,789𝑔𝑐𝑚3 Agua 0 88 Partes Se añadió de levadura 1 gr x litro 32Lt de mosto sobrante se añadió 32gr de levadura activa seca. Se añadió Urea 1 gr x litro1 =32g urea 40 48 ( ) ∗ 100 = 45,45% ; ( ) ∗ 100 = 54,55% 88 88 7 45,45% x 54,55% =8,40 litros de agua + 7=15,40 L de vodka 40° Determinación de Puntas Envasado 0,5 ( ) ∗ 100 = 6,6% 𝑃𝑢𝑛𝑡𝑎𝑠 7,5 Envase=750ml/env.= 0,750L/env 𝑒𝑛𝑣𝑎𝑠𝑒 = 48 Parte de agua 15,40 𝐿. 𝑑𝑒 𝑣𝑜𝑑𝑘𝑎 = 20 𝑒𝑛𝑣. 𝐿. 0,75 𝑒𝑛𝑣 VIII. BIBLIOGRAFÍA 25 Acevedo, M. A., Castrillo, W., & Uira, C. (2006). Origen, evolución y diversidad del arroz. Agronomía Tropical, 56(2), 151-170. Allende, G. (2014). elaboración del vodka. Obtenido de https://es.scribd.com/doc/231306691/Proceso-de-Elaboracion-Del-Vodka Alqueres, L., & Praca, J. (2008). The Brazilian power system and challenge of the Amazon Transmission. Engineering Society Transmission, 315-320. Carmona, E. (2008). En uno de sus anuncios, entre otras cosas dice: “A comienzos del siglo XVI, en todas las casas solariegas suecas se destilaba un vodka al que llamaban bränvin (vino quemado)”. La Nueva España, pág. 67. MARIANA, B. A. (2008). ELABORACIÓN DE UNA BEBIDA ALCOHÓLICA DESTILADA (Vodka). IBARRA: UNIVERSIDAD TECNICA DEL NORTE. Moreira. (2013). Cereales y Derivados. Recuperado el 13 de Junio de 2019, de Arroz Blanco: http://www.fen.org.es/mercadoFen/pdfs/arroz.pdf Pinciroli, M. (2010). Proteínass de arroz Propiedades estructural y funcionales. Buenos Aires: Centro de Investigación y Desarrollo en Tecnología de Alimentos (CIDCA). Plaza, V., & Sung, E. (2011). “DETERMINACIÓN DE ALCOHOL, ACIDEZ Y AZÚCARES EN BEBIDAS ALCOHÓLICAS MEDIANTE ESPECTROSCOPÍA INFRARROJA”. Facultad de Ciencia y Tecnología, Universidad del Azuay. Cuenca: Escuela de Ingenieria en Alimentos. Ponce, E. (2011). Papa chilena, el vodka y su influencia en la Segunda Guerra Mundial: frente ruso. Scielo, 45-52. Pozo, M., & Benavides, I. (2008). Elaboración de bebida alcohólica destilada (Vodka) a partir de tres variedades de papa (Solanum tuberosum) utilizando dos tipos de enzimas. Ibarra, Quito: Escuela de ingeniería agroindustrial. Ramirez, R. (08 de Febrero de 2009). Historia del arroz. Recuperado el 13 de Junio de 2019, de https://es.scribd.com/doc/11880507/Historia-Del-Arroz Rodríguez Almarza, M. (2007). Determinación de la Composición Química y Propiedades Físicas y Químicas del Pulido de Arroz (Oryza sativa L.). Universidad Austral de Chile, Faculta de Ciencias Pecuarias. Valdivia: Escuela De Ingeniería en Alimentos. Téllez, J. (2012). Aspectos Toxicológicos, Psicológicos y Sociales Relacionados con el Consumo de Bebidas Alcohólicas. researchgate, 69. 26