Departamento de Ingeniería Química

Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas

Facultad de Química-Farmacia

Departamento de Ingeniería Química

TRABAJO DE DIPLOMA

Propuesta tecnológica para la obtención de glucosa por hidrólisis

enzimática a partir del azúcar refino

Autor: Roger Alejandro Rodríguez Hernández

Tutor: Msc. Mariano Cortés Falcón

Santa Clara

2016

"Año 58 de la revolución"

PENSAMIENTO

Lo que hacemos es resultado directo no sólo de qué y cómo pensamos, sino también de qué

y cómo sentimos

Warren Bennis

i

DEDICATORIA

A mis padres por todo lo que me han apoyado y se han sacrificado para que me supere en la

vida.

ii

AGRADECIMIENTOS

A toda mi familia, en especial a mis padres, por el apoyo que me han brindado durante toda

la vida.

A mi tutor, por esforzarse junto a mí para la realización de esta investigación.

A Vicente Alomá por brindarme su ayuda incondicional.

A Merlin Díaz Orozco por estar a mi lado en cada momento.

A mis amigos, por los momentos que hemos compartido juntos.

A todos los profesores que a lo largo de mi vida han contribuido con mi formación.

A mis suegros por darme ánimo en la realización de este proyecto.

iii

RESUMEN

En el presente trabajo se realiza un estudio del proceso de producción de glucosa por

inversión ácida a partir de azúcar refino en la UEB “Chiquitico Fabregat“ el cual presenta

un alto índice de insumo de materia prima, la planta según diseño consume 6 t refino/t glucosa y

además genera 6 t de jarabe de fructosa, ocasionado esto por la baja conversión en la

hidrólisis. Un bajo rendimiento en cristales provocado por no alcanzar el hidrolizado el

grado de enfriamiento necesario conlleva a que el sirope de fructosa contenga un elevado

por ciento de glucosa que no logra cristalizar. La formación de productos coloreados con

presencia de cenizas y subproductos no deseados debido al empleo de ácido fosfórico a

elevadas temperaturas influyen en la calidad de la glucosa obtenida.

Se propone la sustitución de la etapa de hidrólisis ácida por la enzimática empleando como

biocatalizador el conjugado invertasa-quitosana inmovilizado en un soporte sólido de

quitina- carboximetilcelulosa, al cual se le realizó una evaluación a escala de laboratorio y

presentó mayor estabilidad funcional y operacional que su contraparte nativa en un mismo

período de trabajo, además de su posibilidad de reuso y persistencia en su actividad

enzimática con el tiempo de almacenaje. Mediante un análisis económico se demostró que

esta sustitución es factible dado que el valor de la producción obtenida mediante la

hidrólisis enzimática supera en 1,53 veces al obtenido en la ácida. Esto se debe a la

continuidad del proceso de producción y al mayor grado de conversión que se puede

obtener.

Palabras claves:

Azúcar refino, hidrólisis, enzima invertasa inmovilizada, glucosa.

iv

ABSTRACT

This work is about the study of the production process of glucose through acidic investment

from refined sugar at the milling "Chiquitico Fabregat" with a high consumption of raw

material, the milling according design get 6 t refining / t glucose and also generates 6 t

fructose syrup, due the low conversion by hydrolysis. A low yield crystals caused by the

hydrolyzate crystals doesn’t reach the degree of cooling required, therefore fructose syrup

contains a high per cent glucose fails to crystallize. The formation of colored products with

ash and byproducts due the use of phosphoric acid at high temperatures affect the quality of

the glucose obtained.

It was proposed the enzymatic hydrolysis instead of acid hydrolysis, using invertase-

chitosan enzyme as biocatalyst conjugate, uptaken on a solid support chitin-carboxymethyl,

that biocatalyst was evaluated as lab scale, being of greater functional and operational

stability than the native counterpart in the same time of work, also was evalauted it the high

capacity of reuse, enzyme activity persistence during the time of storage. Through the

economical analysis it was demostrated it, this proposal is feasible because the value of

production obtained by enzymatic hydrolysis exceeds 1,53 times that obtained in the acid

procedure. This behavior is for the continuity of the production process and the higher

degree of conversion can be obtained.

Keywords:

sugar refining, hydrolysis, invertase immobilized enzyme, glucose.

v

Índice

INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 1

CAPÍTULO 1. Marco teórico y referencial de la investigación ........................................ 3

1.1 Edulcorante .............................................................................................................. 3

1.1.1 Clasificación de los edulcorantes. ................................................................................. 5

1.1.2 Características de los principales edulcorantes ............................................................ 6

1.1.3 Edulcorantes derivados del almidón .............................................................................. 9

1.1.4 Tendencias de consumo de los edulcorantes ................................................................. 9

1.2 Métodos para la obtención de glucosa ................................................................... 10

1.2.1 Obtención de glucosa a partir del almidón de maíz .................................................... 10

1.2.2 Obtención de glucosa a partir de azúcar refino ........................................................... 11

1.2.3 Inmovilización de enzimas .......................................................................................... 13

1.3 Invertasa ................................................................................................................. 17

CAPÍTULO 2. Tecnologías convencionales empleadas para la obtención de glucosa en

Cuba…………………………. ............................................................................................. 20

2.1 Materias primas empleadas .................................................................................... 20

2.1.1 Almidón de maíz ......................................................................................................... 20

2.1.2 Azúcar refino ............................................................................................................... 21

2.2 Característica del proceso de obtención de glucosa a partir del almidón de maíz . 21

2.2.1 Hidrólisis ácida ........................................................................................................... 22

2.2.2 Hidrólisis enzimática ................................................................................................... 25

vi

2.3 Característica del proceso de obtención de glucosa a partir del azúcar refino en

Cuba…………. ..................................................................................................................... 29

CAPÍTULO 3. Propuesta de modificaciones a la tecnología de obtención de glucosa por

hidrólisis ácida……… .......................................................................................................... 34

3.1 Propiedades del biocatalizador a emplear en la hidrólisis enzimática de la

sacarosa…. ............................................................................................................................ 34

3.2 Propuesta de modificaciones a la tecnología de la hidrólisis ácida para la

obtención de glucosa ............................................................................................................. 38

3.3 Diseño del sistema tanque agitado para la disolución de azúcar refino ................. 41

3.4 Principales indicadores del proceso de obtención de glucosa y fructosa por ambas

tecnologías ............................................................................................................................ 44

3.4.1 Cálculo de los principales indicadores de la hidrólisis ácida ...................................... 45

3.4.2 Cálculo de los principales indicadores de la hidrólisis enzimática ............................. 46

3.5 Análisis económico ................................................................................................ 47

3.5.1 Volumen y costos asociados a la obtención de glucosa por hidrólisis ácida .............. 48

3.5.2 Volumen y costos asociados a la obtención de glucosa por hidrólisis enzimática ...... 48

3.5.3 Comportamiento de los principales indicadores económicos ..................................... 49

CONCLUSIONES ................................................................................................................ 51

Recomendaciones ................................................................................................................. 52

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS……………………………………………………….

ANEXOS……………………………………………………………………………………...

INTRODUCCIÓN 1

INTRODUCCIÓN

En la actualidad la industria química como misión debe basar su desarrollo e

investigaciones hacia la búsqueda de productos que puedan resultar atractivos desde el

punto de vista de su uso, calidad, mercado, lo cual conllevaría también a su factibilidad

técnica, económica y sustentabilidad ambiental.

Es por esta razón que se ha encaminado cada vez con más fuerza a desarrollar los productos

naturales, tanto en la industria alimentaria como farmacéutica. La posibilidad de que la

humanidad tenga acceso a alimentos mejores y más abundantes, a una agricultura más

eficiente, a sistemas analíticos más precisos y a nuevos y mejores fármacos de bajo costo

entre otros, es una necesidad cada día más acuciante. Para lograr estas aspiraciones es

imprescindible la puesta a punto de tecnologías sencillas y de menor costo, donde se

puedan llevar a cabo transformaciones químicas complejas en condiciones

medioambientales amigables.

La sacarosa es el azúcar de mesa que se obtiene de la caña y de la remolacha y es el

compuesto orgánico de mayor producción en forma pura. Es un disacárido de glucosa y

fructosa que por medio de una reacción de hidrólisis se descompone en estas sustancias,

para obtener como producto el azúcar invertido. Este es un edulcorante líquido utilizado en

la industria de alimentos; presenta un mayor poder edulcorante y una menor tendencia a

cristalizar, en comparación a la sacarosa, por lo que le confiere más estabilidad, color y

sabor al producto.

La glucosa es una aldohexosa, fuente de energía importante en el metabolismo del ser

humano y precursor metabólico de prácticamente todos los azúcares, incluyendo los amino

azúcares. A pesar de tener solo el 80% de la fuerza edulcorante de la sacarosa, es utilizada

ampliamente en la industria alimentaria y puede ser convertida en fructuosa potenciando su

capacidad edulcorante.

En el presente proyecto se realiza un estudio para proponer mejoras tecnológicas en el

proceso de obtención de glucosa en la UEB ”Chiquitico Fabregat”, para ello se tomó en

consideración la tecnología propuesta por (Brizuela, 2015) para la utilización de la enzima

invertasa inmovilizada, con el fin de obtener glucosa para producir sorbitol.

INTRODUCCIÓN 2

La enzima invertasa, β-D-fructofuranosidasa, es el agente catalítico en la reacción de

hidrólisis de la sacarosa. Ésta proviene de cepas especiales de levadura Saccharomyces

cerevisiae y el pH óptimo de inversión es de 4,5. Generalmente las enzimas son más

estables térmicamente si son inmovilizadas, esta estabilidad tiene como consecuencia un

incremento en la actividad enzimática.

Problema científico

No se dispone de una tecnología adecuada que garantice una producción de glucosa que

satisfaga los indicadores requeridos para la producción de sorbitol en calidad de materia

prima.

Hipótesis

La sustitución de la etapa de inversión ácida de la sacarosa por la de inversión enzimática

permitirá obtener una glucosa de mayor calidad.

Objetivo general

Proponer una tecnología de producción de glucosa por vía enzimática que garantice la

calidad de la glucosa destinada a la producción de sorbitol.

Objetivos específicos

Efectuar una revisión bibliográfica sobre los métodos de obtención de glucosa

reportados en la literatura científica.

Evaluar técnico y económicamente las alternativas convencionales de producción de

glucosa a partir de azúcar refino.

Proponer la tecnología de producción de glucosa por vía enzimática.

Realizar análisis económico comparativo de las alternativas de producción de glucosa

por vía ácida y enzimática a partir de azúcar refino.

CAPÍTULO 1. MARCO TEÓRICO REFERENCIAL DE LA INVESTIGACIÓN 3

CAPÍTULO 1. Marco teórico y referencial de la investigación

Los edulcorantes se encuentran entre los principales insumos de interés industrial y dada su

capacidad endulzante son utilizados en la elaboración de una gran variedad de alimentos y

bebidas; los tipos de edulcorantes más comunes y conocidos son los azúcares que son

producidos de una gran variedad de plantas, también se encuentran en algunos productos

como el aguamiel, la miel y la leche. La glucosa y la sacarosa son los principales azúcares

que integran carbohidratos más complejos conocidos como polisacáridos, entre los que se

encuentran: la celulosa, el almidón, las pectinas, el glucógeno y las fructanas, entre otros.

Estos polisacáridos pueden formar parte de la estructura firme del producto que lo contiene

y no es digerible, o bien, pueden fungir como carbohidratos de reserva energética (García,

2000)

1.1 Edulcorante

Durante la época prehispana los únicos edulcorantes usados por los indígenas fueron la

miel de abeja y el aguamiel, con la llegada de los españoles al continente americano se

introdujo el cultivo de la caña de azúcar que marcó el inicio de la participación de la

sacarosa en el mercado de los edulcorantes. Hoy en día, la sacarosa enfrenta fuertes

presiones que atentan contra la preferencia que ha ostentado por casi 500 años de liderazgo

en el mercado nacional y mundial de los edulcorantes (Fuchs, 1987) entre los factores que

han contribuido a la disminución del consumo de la sacarosa se tienen los siguientes:

cambios en los hábitos de alimentación, demanda de alimentos especiales para diabéticos,

descubrimiento y síntesis química de edulcorantes no calóricos de alta intensidad, la

funcionalidad, disponibilidad y precio de los edulcorantes competentes, finalmente el

desarrollo de la biotecnología para la producción comercial de edulcorantes naturales como

los jarabes de alta fructosa y la fructosa cristalina (Fleming, 1979) (Fuchs, 1987)

Respecto a los edulcorantes sintéticos, hay estudios que demuestran que son nocivos para la

salud. Los edulcorantes calóricos proporcionan el sabor dulce y el volumen al alimento al

cual se le han añadido. Así mismo proporcionan frescura y contribuyen a la calidad del

producto. Los edulcorantes calóricos actúan como conservantes en las mermeladas y

gelatinas, y dan un sabor más intenso a las carnes procesadas. Proporcionan fermentación


para los panes y salsas agridulces, aumentan el volumen de las cremas heladas y dan cuerpo

a las bebidas carbonatadas. Algunos edulcorantes calóricos se fabrican al procesar los

compuestos del azúcar y otros se producen de manera natural.

En algunos casos, los edulcorantes no calóricos se emplean en lugar de los calóricos. Ellos

no proporcionan calorías pero sí el sabor dulce. Todos los edulcorantes no calóricos son

químicamente procesados.

La variedad de edulcorantes tiene incidencia diferente en enfermedades como la diabetes.

Conviene siempre leer la composición de los edulcorantes que están en el mercado, ya que

casi siempre suelen ser mezclas de varios productos, y así saber lo que estamos tomando.

Actualmente existen en el mercado varios productos que presentan diversas propiedades

funcionales tales como el poder edulcorante y aporte calórico, siendo éstos los aspectos

más relevantes que determinan su utilización en la elaboración de una gran variedad de

alimentos, bebidas y productos farmacéuticos. El poder edulcorante de una sustancia se

refiere a su capacidad de producir la sensación de dulzor al interactuar con las papilas

gustativas y se mide tomando como base de comparación el dulzor de la sacarosa, a la que

se le atribuye un valor relativo de 1 o de 100; es decir, si una sustancia presenta un poder

edulcorante de 2, significa que dicha sustancia es dos veces más dulce que la sacarosa, en

términos de la misma cantidad de masa (Tabla 1.1) (Badui, 1997)

El dulzor que presentan los edulcorantes se ve afectado por varios factores como: la

temperatura, la concentración y la presencia de otros compuestos; por ejemplo, cuando los

azúcares se disuelven en agua, se presentan reacciones de mutarrotación y se produce una

mezcla de tautómeros con diferente dulzor, esto se observa en las soluciones de fructosa

recién preparadas, las que son más dulces que las soluciones de fructosa que se dejan en

reposo y alcanzan su equilibrio tautomérico. La temperatura afecta de manera inversa la

capacidad endulzante de los carbohidratos, un ejemplo claro es, que se ha comprobado que

la fructosa es más dulce a temperaturas bajas, propiedad que se aprovecha en la elaboración

de bebidas refrescantes; por otro lado también se ha establecido que jarabes de glucosa y de

sacarosa al 40% presentan el mismo grado de dulzor. Dentro de otros factores que

influencian el dulzor se encuentran: la viscosidad, la presencia de sales, ácidos y algunos

polímeros; por ejemplo, el alcohol aumenta el poder edulcorante de la sacarosa, mientras


que la carboximetilcelulosa y el almidón lo reducen, el maltol y el etil maltol intensifican la

dulzura de muchos azúcares.

Tabla 1.1. Poder edulcorante relativo de algunas sustancias

Edulcorantes

calóricos

Poder edulcorante

relativo

Edulcorantes no

Calóricos

Poder edulcorante

relativo

Glucosa 0,74 Dulcina 200

Xilitol 1 Aspartame 200

Sacarosa 1 Sacarina 400

Azúcar invertido 1,15 Prillartina 2000

HFCS al 55% 1,05 Monelina 2500

Fructosa 1,73 Osladina 3000

Fuente: (Badui, 1997)

1.1.1 Clasificación de los edulcorantes.

Existen varias formas de clasificar los edulcorantes, (Badui, 1993) entre las que destacan

las siguientes:

. De acuerdo a su origen se clasifican en edulcorantes naturales y sintéticos.

. En base a su aporte calórico se clasifican en edulcorantes calóricos y no calóricos.

. En base al requerimiento de insulina se clasifican en insulina dependiente e insulina

independiente.

. En base a su poder edulcorante se clasifican en edulcorantes de alta intensidad y de baja

intensidad.


1.1.2 Características de los principales edulcorantes

Sacarosa

La sacarosa es el disacárido más ampliamente distribuido en la naturaleza, está constituida

por glucosa y fructosa unidas a través de un enlace glucosídico α (1,2); es el edulcorante de

mayor demanda mundial y su consumo percápita anual excede los 40 kg en el mundo

occidental. Se obtiene a partir de la caña de azúcar, de la remolacha azucarera, del sorgo

azucarero y del arce de Canadá. El complejo azucarero incluye una serie de productos

definidos según sus características fisicoquímicas y su grado de procesamiento; su

hidrólisis ácida o enzimática produce lo que se conoce como azúcar invertido, que es una

mezcla integrada por cantidades equimolares de sus dos monosacáridos constituyentes

(glucosa y fructosa). (García, 2000)

El azúcar constituye uno de los productos alimenticios de mayor desarrollo a nivel mundial.

La producción en el periodo 1999-2000 superó los 133 millones de toneladas, un 2% más

que el periodo inmediatamente anterior.

Los principales productores son Brasil, la Unión Europea, India, Estados Unidos y China,

concentrando cerca del 55% de la producción mundial, como se puede observar en la Tabla

1.2. (mailxmail.com.)

Tabla 1.2. Producción mundial de azúcar.

Principales Países Productores Producción 1999(mil.ton)

Brasil 19,70

Unión Europea 19,55

India 18,94

Estados Unidos 8,24

China 7,20


Fructuosa

La D-fructosa o levulosa, es un isómero estructural de la glucosa, manosa y galactosa,

todas ellas presentan la misma fórmula molecular (C6H12O6) pero la fructosa posee

diferente grupo funcional, es una cetosa a diferencia de los otros tres azúcares que son

aldosas; las cuatro son D-azúcares debido a que tienen la misma configuración que el D-

gliceraldehído en el penúltimo átomo de carbono. La fructosa es el azúcar más dulce de los

edulcorantes naturales, tiene 1,73 veces el poder edulcorante de la sacarosa, su máximo

dulzor se obtiene a pH neutro o ligeramente ácido y bajas temperaturas; la forma furanosa

es más dulce que la forma piranosa; presenta una alta solubilidad en agua y una baja

tendencia a la cristalización; se encuentra principalmente en las frutas y en la miel. (Hicks,

2001, Lehninger, 2005)

Los jarabes con alto contenido de fructosa son de importante valor comercial y se han

logrado obtener por hidrólisis enzimática del almidón de maíz principalmente; estos jarabes

están constituidos por una mezcla del 42 al 90% de fructosa y el resto de glucosa. El

método tradicional para su producción requiere por lo menos de tres enzimas; α-amilasa

(EC 3.2.1.1), glucoamilasa (EC 3.2.1.3) y glucosa isomerasa (EC 5.3.1.18); así como, de

varias etapas de separación, purificación, conversión, decoloración y concentración, de esta

manera se obtienen jarabes con una concentración de fructosa superior al 42. (Beynum,

1987, Marcelli, 2000)

Glucosa

La glucosa es un monosacárido, tiene la fórmula C6H12O6 (peso molecular 180,16 g/mol),

Es una aldohexosa y su estructura recibe el nombre de D-glucopiranosa porque al ciclarse

forma un anillo de seis átomos uno de ellos de oxígeno, puede cristalizar en el agua tanto

en la configuración α, como en la β y estas dos formas están en equilibrio en solución a

temperaturas inferiores a 50 °C, siendo la α-D-glucopiranosa la forma más estable. La

glucosa anhidra forma cristales romboides que tienen un punto de fusión de 146 °C, tienen

una densidad de 1,544 kg/m3; una solución al 26% tiene una densidad de 1,10643 kg/m

3. El

monohidrato, de la glucosa (C6H12O6.H2O), produce un cristal monocíclico esfenoidal,

posee un extremo que se disuelve con mucha más rapidez que su forma anhidra. Funde a 83

°C. La glucosa es menos soluble en agua que la sacarosa; aún a 30 °C, una solución


saturada que contiene sólo un 57.6%. Es soluble en metanol e insoluble en éter. Las

moléculas de glucosa se condensan en diferentes maneras para formar almidón, dextrana y

celulosa. (CHEN, 1996)

La glucosa o dextrosa, es el azúcar más importante en el metabolismo de las células vivas,

su aporte calórico es de 4 kcal/g y constituye la principal forma a la que otros azúcares son

transformados en el cuerpo, de aquí que sea el azúcar más abundante encontrado en la

sangre; está presente en muchas frutas y es la unidad base de la celulosa, el almidón y el

glucógeno. Se obtiene principalmente por hidrólisis ácida o enzimática del almidón de maíz

o de la sacarosa; su poder edulcorante es menor al de la sacarosa y cuenta con un amplio

mercado en el área de alimentos, bebidas y productos farmacéuticos. (Scriban, 1985,

Vandamme, 1983)

Sorbitol

El sorbitol es un polialcohol o alcohol polihídrico de azúcar descubierto por el francés

Boussingault en 1872 en las bayas de Sorbus aucuparia L. (comúnmente llamado serbal de

cazadores). (Escobar, 1995)

Es un alcohol hexacíclico de fórmula global C6H8(OH)6 que se obtiene principalmente a

partir de la hidrogenación catalítica de la dextrosa, seguido de un proceso de purificación

con resinas de intercambio iónico y finalmente una etapa de evaporación. También se

forma por vía fermentativa como subproducto principal de la producción de etanol,

favoreciéndose cuando el medio contiene una mezcla de glucosa y fructosa. (Herryman,

1999)

Se encuentra en forma natural en las algas rojas y las frutas y en cantidades mínimas en las

uvas, por lo que se utiliza su ensayo para detectar la adulteración del vino. En forma

anhidra, es un polvo blanco de masa molecular 182,17 kg/kmol; inodoro y cristalino, muy

soluble en agua, ligeramente soluble en etanol y casi insoluble en solventes orgánicos

comunes. Es inerte ante ácidos diluidos y álcalis a 97 °C. (MINAZ, 1989)

Es uno de los tres glúcidos (sacarosa, almidón y sorbitol) principales producidos por la

fotosíntesis en las hojas adultas de ciertas plantas de las familias Rosaceae y

Plantaginaceae. Se emplea como edulcorante en los alimentos dietéticos. Se le califica

como edulcorante nutritivo porque cada gramo contiene 2,4 calorías, bastante menos que


las 4 de la sacarosa o el almidón. Es el edulcorante que contienen generalmente los chicles

"sin azúcar". (Tsuneyuki, 2002)

1.1.3 Edulcorantes derivados del almidón

Son edulcorantes como la glucosa, dextrosa y jarabes de alta fructosa. Los jarabes de alta

fructosa son los edulcorantes de maíz más importantes desde el punto de vista industrial y

comercial ya que al ser líquidos, poseen una ventaja práctica respecto al azúcar. La glucosa

es un jarabe cristalino y viscoso, obtenido por hidrólisis ácida o enzimática del almidón de

maíz. Tiene un poder edulcorante del 60 % (base azúcar). Se la emplea en conjunto con la

sacarosa en diversos productos como dulces, mermeladas, helados, productos lácteos,

panificación y galletería, dentro de las propiedades que la caracterizan es su capacidad

anticristalizante y humectante.

La dextrosa se obtiene por despolimerización completa del almidón y posterior

cristalización. Posee un poder edulcorante del 60 % y 70 % (base azúcar). La maltodextrina

es un polímero de dextrosa obtenido a partir del almidón, por procesos enzimáticos de

buena solubilidad y bajo poder edulcorante. Es un polvo blanco que se emplea

principalmente en alimentos para bebes, bebidas cítricas en polvo y similares.

La elaboración mundial de edulcorantes de maíz promedia los 14 millones de toneladas.

Estados Unidos produce el 80 % del total mundial, seguido por Francia, Canadá y

Alemania. En 1 999, el comercio internacional de glucosa superó los dos millones de

toneladas por US$ 650 millones; en cuanto a las importaciones la Unión Europea es el

principal comprador. El comercio internacional de fructosa y jarabe de fructosa alcanzó en

1 999 las 435 mil toneladas por US$ 155 millones. Estados Unidos participó con más del

60 % de las ventas.

1.1.4 Tendencias de consumo de los edulcorantes

Desde que surgieron los jarabes de maíz con alto contenido de fructosa (HFCS) y los

edulcorantes de alta intensidad (aspartame y sacarina) el consumo de la sacarosa ha venido

perdiendo terreno en el mercado. Los HFCS se empezaron a producir en 1 967 y para 1 979

se habían colocado en segunda posición de la demanda total de los edulcorantes

representando un 17%, esta participación para 1985 alcanzó el 31% y para el 2005 llegó al

37%, de esta forma ocuparon el primer sitio, en segundo y tercer lugar los edulcorantes de


alta intensidad y la sacarosa, respectivamente. En ese mismo período también se observó un

incremento considerable en el consumo de edulcorantes no calóricos de alta intensidad

como el aspartame y la sacarina, lo que entre otras causas, obedece a una tendencia actual

hacia la disminución del consumo de edulcorantes calóricos como la sacarosa, a

requerimiento de dietas controladas principalmente de enfermos diabéticos, etc. (Fuchs,

1987, INEGI, 2004)

1.2 Métodos para la obtención de glucosa

La glucosa es un monosacárido que está presente en la mayor parte de los polisacáridos y

disacáridos consumidos por el hombre tales como el almidón, la sacarosa, la maltosa y la

lactosa. La misma además de emplearse como edulcorante en diversas producciones sirve

de materia prima en la producción de sorbitol. Para su obtención se pueden emplear

diversos sustratos, en Cuba para su producción industrial se emplean el maíz y el azúcar

refino.

1.2.1 Obtención de glucosa a partir del almidón de maíz

El principal uso del almidón es para la producción de jarabes, principalmente los altos en

fructosa. El 90% del almidón producido en los EUA es transformado a edulcorantes. Los

jarabes de almidón están compitiendo fuertemente con el azúcar de caña. Las industrias

refresqueras prefieren a los jarabes. La ventaja de los jarabes es su alta versatilidad:

dextrinados, maltosados, glucosados, fructosados y más nichos de mercado.

Existen dos métodos para hidrolizar el almidón de maíz. Hidrólisis ácida y enzimática.

Hidrólisis ácida

El proceso tecnológico industrial consta de siete etapas principales las cuales son:

acidulación, conversión, neutralización, refinación, sacarificación, evaporación,

almacenamiento.

Hidrólisis enzimática

El proceso tecnológico industrial consta de ocho etapas: preparación de la lechada de

almidón, conversión, dextrinización, sacarificación, inactivación, refinación, evaporación,

almacenamiento.


1.2.2 Obtención de glucosa a partir de azúcar refino

Para la producción de glucosa se emplea el azúcar refino C, la calidad y rendimiento de la

glucosa obtenida depende en gran medida de la calidad del refino insumido el cual debe

cumplir con la norma NC 377-2013 (Anexo I). De igual forma la calidad de ese refino

producido estará en dependencia de la calidad del crudo que se procesa.

El azúcar invertido tiene un sabor más dulce que la sacarosa (factor 1,15) y una tendencia

menor de cristalizar, lo que es importante para ciertos productos alimenticios.

La inversión de la sacarosa se puede realizar empleando los siguientes métodos:

Por acción de un ácido a temperatura elevada.

Por intercambio iónico.

Por enzima invertasa.

Inversión de la sacarosa por acción de un ácido a temperatura elevada

El proceso de inversión ácida de la sacarosa se lleva a cabo con una tecnología de origen

nacional que opera en régimen discontinuo. Desarrolla la producción de glucosa y sirope

rico en fructosa a partir del azúcar refino, mediante la inversión ácida de la sacarosa. Este

método de hidrólisis tiene como inconveniente el empleo de un ácido (tales como

clorhídrico, fosfórico, cítrico, etc) a elevada temperatura (85-90°C), lo que puede originar

productos coloreados con presencia de cenizas y subproductos no deseados. (Albertini,

2012, Duarte, 1997)

Se hidroliza al incorporar una molécula de agua lo que origina que el enlace glucosídico

entre los dos monómeros que forman la sacarosa se hidrolicen. Este proceso se realiza en

un reactor del tipo tanque agitado.

Según (Kurup, 2005, Nasef, 2005) la inversión de la sacarosa en medio ácido presenta los

siguientes inconvenientes:

• Bajo % de inversión

• Alto consumo de sacarosa

• Elevado tiempo de reacción


• Color y sabor no característico del azúcar invertido

• Origina corrosión

• Presencia de residuos ácidos en el producto lo que representa un problema de salud

Inversión de la sacarosa por intercambio iónico

En este método se emplean resinas de intercambio iónico catiónicas fuertemente ácidas que

contienen ácido sulfónico. El interior de este tipo de resina hinchada con agua, puede

considerarse como una solución de ácido bastante concentrada. Estas resinas producirán

reacciones catalizadas por ácidos tales como la inversión de la sacarosa. Esta propiedad

puede utilizarse industrialmente como una alternativa de la catálisis mediante ácidos para

invertir la sacarosa, evitando reacciones laterales no deseables mediante el empleo de un

catalizador de intercambio iónico.

Inversión de la sacarosa por enzima invertasa

En este método la disolución de sacarosa se pone en contacto con la enzima invertasa

también denominada β -Fructosidasa, (EC 3.2.1.26), definida como enzima que hidroliza

la sacarosa en glucosa y fructosa, su pH óptimo oscila de 4,5 a 5.

La hidrólisis de la sacarosa catalizada por invertasas presenta un mecanismo comparable al

de hidrólisis ácida, que se produce por el átomo de oxígeno glucosídico

Enzimas

Las enzimas son catalizadores biológicos que, como los catalizadores químicos, aceleran

los procesos químicos y no se consumen durante la reacción, por lo que pueden intervenir

varias veces catalizando la misma reacción: son moléculas eficientes. A diferencia de otros

catalizadores, las enzimas tienen un sitio activo que les permite unir y orientar las

moléculas que intervienen en la reacción y de esa forma maximizan la posibilidad de

formación o ruptura de enlaces necesarios para la obtención de productos. De ahí su

importancia dentro de los procesos industriales.

Los primeros pasos en el estudio de su naturaleza y acción comenzaron en los siglos XVIII

y XIX, pero no fue hasta la década del 60 del pasado siglo que se extendió la producción

microbiológica de enzimas a gran escala. La aplicación industrial de las mismas ha


continuado creciendo debido al mejoramiento de las tecnologías de producción, de las

propiedades de las enzimas modificadas y a la aparición de nuevos campos de aplicación.

El alto desarrollo alcanzado por la biotecnología y las técnicas de recombinación del ADN,

ha permitido incrementar de manera considerable su producción industrial a escala

mundial.

En la actualidad se han identificado más de 3000 enzimas diferentes, de modo que la

tecnología enzimática está en plena expansión, y es de esperar que en años venideros su

implantación sea aún más importante de lo que es hoy. Las enzimas son ampliamente

utilizadas como catalizadores en numerosos procesos industriales (Tran, 2011); (Vega,

2012), en el análisis químico y clínico (Figueira, 2011); (Moehlenbrock, 2011), en el

procesamiento de alimentos (Fernández, 2010);(Rai, 2012) en la agricultura (Bagal, 2011);

(Salihu, 2012) y en la biotecnología (Sánchez, 2011). Otra aplicación importante de estas

biomoléculas lo constituye su uso como fármacos para la enzimoterapia de numerosas

enfermedades (Horovitz, 2013, Khan, 2010, Montoro, 2010).Sin embargo, la utilización de

las enzimas como catalizadores en procesos industriales, a gran escala, se ha visto limitada

por los altos costos de producción y su baja estabilidad al almacenaje. Durante su uso, la

estabilidad de las mismas decrece debido a cambios en el pH, temperatura, cambios

conformacionales, como resultado de la fricción, la presión osmótica impuesta por el

ambiente que la rodea y el efecto acumulativo de todos estos factores como función del

tiempo de duración de utilización de las mismas.

Las enzimas industrialmente pueden ser utilizadas en forma libre o inmovilizada. Las

enzimas libres como son solubles no se pueden recuperar de la mezcla sustrato-producto

para el reuso, por lo que se hace necesario someter a calentamiento el producto final para

eliminar la misma lo que encarece dicho proceso.

Por estas razones la inmovilización de enzimas juega un papel fundamental en el

incremento del atractivo de la aplicación de los procesos enzimáticos en las tecnologías

productivas, junto a la eficacia y alta especificidad de estas proteínas. (Vargas, 2005)

1.2.3 Inmovilización de enzimas

La inmovilización de enzimas es un proceso en el que, mediante el uso de un soporte, se

confina o localiza a una enzima en una región definida del espacio dando lugar a un


complejo enzima-soporte que retiene la actividad catalítica de la enzima, aumentando su

estabilidad. Este proceso ofrece ventajas técnico-económicas, tales como la reducción de

costos de la biocatálisis debido a su posible reuso, fácil separación de las mezclas de

reacción y la posibilidad de emplear una alta actividad enzimática por volumen del reactor,

comparada con preparaciones de enzimas solubles. La inmovilización ha sido empleada

para la obtención de siropes invertidos. (Hanfeld, 2009)

La inmovilización permite el procesamiento de grandes cantidades de sustrato que se

separa fácilmente de la mezcla sustrato-producto, lo que permite que la enzima pueda ser

reutilizada. En general, da mayor estabilidad a la enzima, por lo que se puede utilizar para

procesos continuos, permite mayor control del proceso catalítico y la utilización económica

de la enzima.(Shankar, 2009)

Ventajas de la inmovilización de enzimas (Tran, 2011)

• Utilización continua del biocatalizador. Las enzimas inmovilizadas se quedan

fácilmente retenidas en el interior del reactor, mientras se mantiene un flujo de

entrada y salida del líquido. Esto permite operar elevadas cantidades en reactores

continuos, por encima del límite de lavado observado con enzimas libres. En el caso

de procesos en discontinuo, la inmovilización permite la reutilización del

biocatalizador.

• Estabilización conformacional de las enzimas.

• Protección de las enzimas frente a las proteasas en el medio.

• Se evita la agregación intermolecular al mantener las moléculas de enzima retenidas

en una determinada región del espacio.

• Reducción de costos de la biocatálisis debido a su posible reúso.

• Fácil separación de las mezclas de reacción.

• Posibilidad de emplear una alta actividad enzimática por volumen del reactor

comparada con preparaciones de enzimas solubles.

Desventajas de la inmovilización de enzimas


• La actividad enzimática puede ser afectada tanto por las condiciones en que se lleve a

cabo la inmovilización como por el entorno de las enzimas.

• La velocidad de difusión de sustratos y productos dentro del sistema de

biocatalizadores puede limitar su actividad y eficacia si dicha velocidad es más lenta que la

velocidad de transformación que se está llevando a cabo.

• La inmovilización origina una nueva etapa en el proceso lo que implica aumento de

la complejidad y el costo.

Existen diversos métodos de inmovilización de enzimas que pueden dividirse en dos

grupos: (Krajewska, 2009)

-Métodos de inmovilización por retención física.

-Métodos de inmovilización por unión química.

Métodos de inmovilización por retención física

Estos métodos se basan en el atrapamiento y/o encapsulación de las enzimas en un soporte

que permite el paso del sustrato pero no de las enzimas.

Atrapamiento: Consiste en la retención física de la enzima en las cavidades interiores

de una matriz sólida porosa constituida generalmente por pre-polímeros

fotoentrecruzables o polímeros del tipo poliacrilamida, colágeno, alginato,

carraginato o resinas de poliuretano.

Adsorción: En la adsorción, la enzima se une a un soporte sin funcionalizar mediante

interacciones iónicas, fuerzas de Van der Waals y por puentes de hidrógeno. Los

principales factores que influyen en la adsorción, son:

- El pH del medio. Controla el número y la naturaleza de las cargas que presenta la

superficie de la proteína y del sólido.

- La fuerza iónica. Al aumentar la fuerza iónica se produce la desorción de la enzima,

ya que los iones inorgánicos se unen con más fuerza al soporte que la proteína.

- El diámetro de poro: debe ser aproximadamente dos veces el tamaño del eje mayor de

la enzima.


- La presencia de iones que actúen como cofactores de la enzima.

Microencapsulación o membranas perforadas: El biocatalizador se inmoviliza en el

interior de un espacio limitado por una membrana.

Métodos químicos de inmovilización

Los métodos de unión a soportes son los más utilizados y de los que se dispone de una

mayor información. La elección del soporte y del tipo de enlace resultan determinantes en

el comportamiento posterior del biocatalizador. Se debe procurar que la inmovilización

incremente la afinidad por el sustrato, disminuya la inhibición, amplíe el intervalo de pH

óptimo y reduzca las posibles contaminaciones microbianas.

Unión covalente: La interacción biocatalizador-soporte se debe a un enlace químico

de naturaleza covalente.

Entrecruzamiento: También denominado reticulado o cross-linking, es una técnica

que ha sido ampliamente utilizada en la estabilización de muchas enzimas. Este

método consiste en el uso de reactivos bifuncionales que originan uniones

intermoleculares entre las moléculas de enzima. Como reactivos bifuncionales se

pueden emplear dialdehídos, diiminoésteres, diisocianatos, sales de bisdiazonio e

incluso, diaminas si están activadas con carbodiimida. El resultado del reticulado

son enzimas con enlaces intermoleculares irreversibles capaces de resistir

condiciones extremas de pH y temperatura.

Inmovilización por atrapamiento en Alginato de Calcio: Ha sido una técnica

comúnmente empleada en la producción de azúcar invertido sobre la base de su

fácil operatividad y conservación de la capacidad de catálisis.

Tipos de soportes

Desde el punto de vista químico, las sustancias usadas para soportar a los biocatalizadores

pueden ser divididas en inorgánicas u orgánicas, y el origen de las mismas puede ser

natural u obtenido por síntesis.


Inorgánicos:

- Naturales: arena, silicatos, arcillas.

- Sintéticos: vidrios de porosidad controlada, cerámicas.

Orgánicos:

- Naturales: virutas de madera, antracita, colágeno, celulosa, alginatos, carragenatos,

albúmina.

- Sintéticos: PVC, polipropileno, poliacrilamida, resinas de intercambio iónico, epóxidos,

poliuretanos.

(Woodward, 1988)

1.3 Invertasa

Las enzimas que catalizan la hidrólisis de sacarosa y glicósidos relacionados se denominan

invertasas (β-D-fructofuranosidasa E.C. 2.3.1.26). Pertenece a la familia de las

disacaridasas, que son las enzimas que se encargan de romper los disacáridos en los

monosacáridos que los forman.

La invertasa se obtiene principalmente a partir de cultivos de levadura y se utiliza en la

industria alimentaria para producir el jarabe de azúcar invertido. De forma muy

esquemática, se parte de un jarabe de sacarosa y se somete a la acción de la invertasa.

Como resultado se obtiene una solución de glucosa y fructosa que se conoce como jarabe

de azúcar invertido o simplemente jarabe invertido.

El resultado de la reacción de hidrólisis, Figura 1.1 ocurre debido a la inversión de sus

propiedades ópticas de una rotación positiva de la sacarosa [+66°] a una rotación negativa

que es promedio de la rotación de la glucosa [+52°] y de la fructosa [-92°]. (Badui, 1993)

Además de utilizarse la sacarosa como sustrato específico para la producción de invertasa,

también la enzima se puede inducir por otros compuestos, tales como la inulina y la


rafinosa.(Rubio,2002)

Figura 1.1. Reacción de hidrólisis de la invertasa

La especificidad de la enzima por la sacarosa se debe a un residuo β-D-fructofuranosil

terminal insustituido de la sacarosa (alguna sustitución en este residuo evita la hidrólisis de

este azúcar). La formación del complejo invertasa-sacarosa es mediada por los hidroxilos

del residuo fructofuranosil interactuando mediante puentes de hidrógeno con grupos

hidrofílicos situados sobre la superficie activa de la enzima.

Se ha reportado la presencia de invertasa en bacterias, hongos, plantas superiores y en

algunas células animales. Sin embargo, la mayoría de las investigaciones sobre producción

de invertasa se ha realizado con Saccharomyces cerevisiae, el cual es un microorganismo

particularmente interesante ya que mientras otras especies de levaduras que consumen

sacarosa tienen la habilidad de sintetizar sólo una forma de invertasa intra o extracelular, S.

cerevisiae sintetiza ambas formas de invertasa. Una es la proteína peri plasmática

glucosilada y la otra es una proteína citosólica no glucosilada.

En la inversión del azúcar utilizando la enzima invertasa se producen 2000 Kg de jarabe

por Kg de biocatalizador, Jarabe con: 50% de Fructosa y 173 % de dulzor y 50% de

Glucosa y 74 % de dulzor. La enzima alcanza la edad de 20 meses y se puede obtener con

ella un 95% de inversión.

Se emplea en la industria farmacéutica y alimentaria, especialmente en la obtención de

productos de confitería (Ashokkumar et al., 2001), tales como chocolates, bombones, miel

sintética, mermelada y confituras en general, así como también en la obtención de

edulcorantes artificiales y en la industria cervecera. (Cheetham, 1991)

Por otro lado, la enzima además de tener actividad de hidrólisis, en condiciones de altas

concentraciones de sustrato (sacarosa) puede tener actividad fructosiltransferasa, para la


síntesis de fructooligosacáridos (FOS), tales como cestosa, nistosa y 1- fructofuranosil-

nistosa, los cuales son de bajo contenido calórico. Estos compuestos tienen un impacto en

la salud, puesto que mejoran la microflora intestinal y previenen enfermedades

cardiovasculares, cáncer de colon u osteoporosis. (Linde, 2009)

La actividad de la invertasa, al igual de todas las enzimas puede ser afectada por diferentes

condiciones del medio de trabajo y diversos compuestos, por ejemplo, el pH por debajo de

4 o por arriba de 5.6 ocasiona cambios en el punto isoeléctrico de la enzima e inhibe su

actividad catalítica. Las temperaturas por debajo de los 25 °C inactivan a la enzima

reversiblemente y por encima de los 55 °C ocasionan la desnaturalización de la misma y su

inhibición se vuelve irreversible. (Martínez, 2007)

Un inhibidor es una sustancia que, cuando interacciona con una enzima, provoca una

disminución de la actividad catalítica.

Ocasionalmente en una reacción simple catalizada por enzimas, la dependencia de la

velocidad sobre la concentración de sustrato no da una curva hiperbólica; la velocidad

puede alcanzar un máximo y luego decae a medida que se incrementa la concentración de

sustrato, este fenómeno se llama inhibición por sustrato.

La presencia de ciertos inhibidores puede no solo disminuir la actividad de la invertasa,

como lo hacen el Mercurio y las sales de Mercurio, sino también alterar la conformación

estructural de la enzima inactivándola permanentemente.

Aminas aromáticas como la anilina, iones metálicos como Ag+1

, Cu+2

, Cd+2

, Zn+2

, Pb+2

son

potentes inhibidores, los mismos interaccionan con grupos reactivos de la enzima que son

de importancia para la reacción de hidrólisis. Para evitar el efecto nocivo de los iones

metálicos sobre la invertasa, se utiliza un regulador de acetatos el cual forma complejos con

dichos iones, protegiendo así a las enzimas de la inhibición.

CAPÍTULO 2. TECNOLOGÍAS CONVENCIONALES EMPLEADAS PARA LA OBTENCIÓN DE GLUCOSA EN CUBA

20

CAPÍTULO 2. Tecnologías convencionales empleadas para la

obtención de glucosa en Cuba

En Cuba la producción de glucosa se desarrolla a partir del almidón de maíz tanto por

hidrólisis ácida como enzimática en la planta de Cienfuegos y del azúcar refino por

hidrólisis ácida en el CAI Chiquitico Fabregat de la provincia de Villa Clara y en el CAI

Argentina de la provincia de Camagüey.

2.1 Materias primas empleadas

Las principales materias primas para la obtención de glucosa en Cuba son el almidón de

maíz y el azúcar refino.

2.1.1 Almidón de maíz

El almidón está formado por gránulos esféricos submicroscópicos; las propiedades de estos

gránulos, como el tamaño, es característico de los diferentes tipos de almidones, las causas

de esta variación son las diferentes especies de las plantas, sus condiciones de crecimiento

y el tipo de tecnología empleada. Es una sustancia que se presenta en forma de polvo

blanco, incristalizable e insoluble en el agua, propiedad aprovechada para extraerlo. Se

encuentra en las raíces de la zanahoria, malva, regaliz, etc.; en los tubérculos como en las

patatas, batata, etc., en las semillas de los cereales en proporciones variables y bastante

elevada: trigo, 70 a 75 por ciento; maíz, 65 a 70 %; arroz, 70 a 75 %, en la cebada, etc.,

designándose con el nombre de almidón a la sustancia amilácea extraída de los cereales y

fécula a la de la papa. (Bennion, 1980)

Para obtener almidón del maíz, puede emplearse cualquier tipo de maíz siempre que sea

sano y limpio. Sin embargo, se prefiere el blanco, por ser de más fácil elaboración y ser

menos rico en gluten. En general, pueden elegirse los de cascara delgada y ricos en harina.

El proceso de elaboración comprende: el cernido, remojo previo o hinchazón de los granos,

trituración, eliminación de los gérmenes, nueva trituración fina, maceración, extracción del


21

almidón, limpieza y desecación del producto obtenido que tiene muy bajo tenor de agua y

un color muy blanco. (Whistler, 1984)

El propósito del proceso tecnológico de la obtención del almidón de maíz es lograr la

mayor cantidad de almidón del grano en forma pura y sin cambios notables en sus

propiedades y separar y aprovechar efectivamente los otros componentes del maíz. (Zajac,

1984)

2.1.2 Azúcar refino

El azúcar refino es el producto que se obtiene al someter a un proceso de purificación el

azúcar crudo, la misma se clasifica como refino A y C. Estos azucares se diferencian en sus

parámetros de calidad tales como % Pol y color.

En la producción de refino A en el proceso de purificación se utiliza una etapa de

tratamiento químico donde se emplea cal y ácido seguido de una clarificación y un segundo

tratamiento con carbón activado. Mientras que en la producción de refino C solo se utiliza

un tratamiento químico con cal, ácido y peróxido.

2.2 Característica del proceso de obtención de glucosa a partir del almidón de maíz

Los jarabes de almidón están compitiendo fuertemente con el azúcar de caña. La

elaboración de los productos obtenidos por la hidrólisis del almidón se realiza hace muchos

años. Estos productos pertenecen a los más conocidos en todos los países donde se

producen los almidones nativos. En los últimos 25 años, el proceso de la hidrólisis se ha

desarrollado en varios aspectos; se empezaron a producir los equipos que trabajan

continuamente y se comenzó a hidrolizar el almidón por la vía enzimática, cuya influencia

sobre el almidón es específica.

Hidrolizado el almidón con las enzimas se obtienen productos con cualquier grado de

sacarificación. Durante este proceso se forma solamente una pequeña cantidad de los

productos de reversión, los productos son más puros; con menor coloración y la corrosión

es, relativamente más baja. El proceso se puede automatizar y regular.


22

En Cuba, actualmente se produce una pequeña cantidad de sirope de glucosa con hidrólisis

ácida y enzimática. La mayor parte se importa como también la glucosa cristalina. (Zajac,

1984)

2.2.1 Hidrólisis ácida

La obtención de glucosa mediante la hidrólisis ácida cuenta con siete etapas: acidulación,

conversión, neutralización, refinación, sacarificación, evaporación, almacenamiento.

Acidulación

Entrada la suspensión acuosa de almidón de maíz al tanque de recepción y se lleva hasta el

nivel de reboso; se pone a funcionar el agitador y se comienza la adición de ácido

clorhídrico. Con el muestreo y análisis del laboratorio se comprueba que la densidad,

normalidad y grado de acidez así como la indicación de conductividad en la pizarra de

control sean los deseados, se mantiene la agitación en el tanque para evitar sedimentación y

lograr homogeneidad en el tanque.

Conversión

El convertidor se arranca y se corre con agua hasta que alcance la temperatura esperada de

140 – 142 °C, se comienza a recircular la suspensión acuosa y se realiza la prueba de yodo

para determinar si hay presencia de almidones, si el resultado es negativo (color ladrillo).

Una coloración azul denota presencia de almidón, positivo.

Neutralización

Después del convertidor el hidrolizado pasa por el neutralizador donde se ajusta

constantemente el pH a un valor de 3.8 con una solución de carbonato de sodio preparada a

una densidad de 9 -12 °Bé. Para asegurar que la mezcla sea rápida, efectiva y por

consiguiente una neutralización uniforme se hace pasar por una turbulencia que se forma

dentro de la carcasa y luego sale del neutralizador. La inyección del agente neutralizante

puede observarse a través del visor de inspección. El hidrolizado ya neutralizado se enfría

a una temperatura de 75 °C. Del ciclón de expansión el hidrolizado pasa directamente,

hacía el tanque donde se realiza el ajuste fino de pH hasta alcanzar el punto isoeléctrico


23

ocurriendo la coagulación de los insolubles. En dicho tanque existe un punto de muestreo

para evaluar la calidad del producto.

Refinación

El hidrolizado inicialmente entra a un separador centrífugo donde se extraen las proteínas

insolubles y las grasas, seguidamente pasa al tanque donde se le añade el carbón activado.

Posteriormente sigue hacia un tanque con el objetivo de aumentar el tiempo de retención

del hidrolizado con el agente decolorante para aumentar la eficiencia de este. El flujo llega

al filtro que presenta una capa de tierra infusoria que actúa como agente filtrante en el cual

quedan retenidas las proteínas y grasas que no fueron separadas en el separador centrífugo.

Al líquido decolorado y filtrado se le realiza un ajuste final de pH 4,4-5,2; con carbonato

de sodio mediante un control automático. La centrífuga separadora de proteínas y grasas

tiene un sistema de tratado automático, realizando sus descargas en rango de 30 a 40 min.

Los desechos son acumulados en un tanque hasta su venta para consumo animal.

Sacarificación

El hidrolizado neutralizado se bombea hacia los tanques que están en el patio de tanques.

Estos se utilizan como balance en el proceso tecnológico. En ellos se mantiene la agitación

y la temperatura de salida del ciclón de expansión. Cuando por razones tecnológicas o

estratégicas de producción el producto se retiene más tiempo que el previsto se chequea el

pH por parte del laboratorio.

Evaporación

Inicialmente se arranca la sección de evaporación con agua hasta lograr el calentamiento

previsto de la instalación. Una vez alcanzado un proceso continuo se puede conmutar a un

funcionamiento con producto, alimentándose la cantidad diseñada, por el operador. Al

inicio el producto que sale del súper concentrador no es muy concentrado por lo que se

recircula al recipiente de alimentación hasta alcanzar la concentración final deseada.

La solución diluida pasa a través de 2 precalentadores elevando su temperatura de 60 a

92°C. Luego pasa por un triple efecto saliendo con 65 °Bx de concentración y se envía al

súper concentrador que trabaja a una temperatura de 80°C alcanzándose la concentración

final de 81 – 83 °Bx. Posteriormente es enfriada en un enfriador bajo vacío a una


24

temperatura de 55 °C descargándose en un tanque en el cual mediante un agitador se

homogeniza.

Almacenamiento

Al tanque almacén elegido para el llenado llega el sirope de glucosa por bombeo

proveniente del homogenizador. Aquí permanecerá inmóvil hasta que se inicie la extracción

en carros cisterna o bidones para su envío a los consumidores.

(LABIOFAM, 1999)

La representación del esquema tecnológico de todas las etapas del proceso de obtención de

glucosa a partir del almidón de maíz por vía ácida se muestra en la Figura 3.

Figura 2.1. Diagrama del proceso de obtención de glucosa a partir del almidón de maíz por

vía ácida.


25

2.2.2 Hidrólisis enzimática

La obtención de glucosa mediante la hidrólisis enzimática cuenta con ocho etapas:

preparación de la lechada de almidón, conversión, dextrinización, sacarificación,

Inactivación, refinación, evaporación, almacenamiento.

Preparación de la lechada de Almidón

Entra el almidón de maíz al tanque de preparación; se pone a funcionar el agitador y se

comienza la adición del carbonato de sodio, durante esta operación el laboratorio realizará

muestreo y análisis de pH hasta el parámetro deseado. La dosificación de la enzima

termamyl se realizará cuando la etapa de conversión se encuentre lista para recibir la

suspensión acuosa de almidón de maíz.

Conversión

El convertidor se pone en marcha y se corre con agua hasta que alcance la temperatura de

105 a 115 oC. El operador realiza la prueba de yodo para determinar si el producto se

encuentra convertido; si el resultado es de color violeta podemos evaluar la prueba de

positiva.

Dextrinización

El hidrolizado llega al reactor procedente de la etapa de conversión y alcanza un tiempo de

retención de 2 horas aproximadamente, equivalente a un 35% del volumen total para llegar

al reboso lográndose un equivalente de dextrosa de salida de 10 a 15, pasando

posteriormente a la etapa de sacarificación.

Cuando se termina de convertir un ciclo el producto que queda por debajo del reboso se le

da una hora y media de retención en el reactor y después se extrae por debajo para el

tanque de sacarificación que se esté llenando.

Sacarificación

Antes de comenzar la sacarificación de un tanque se deben tener los parámetros de pH y

temperatura en rangos para la actividad de la enzima (AMG) para el ajuste de pH en el

hidrolizado (4,5 – 4,7) se utilizará ácido clorhídrico (de 26 a 30 % de pureza), la


26

dosificación del mismo se realizará a partir de los resultados emitidos a escala de

laboratorio.

Para lograr la temperatura de trabajo en el hidrolizado (de 60 a 61 oC) se debe circular agua

fresca a través del serpentín del tanque dispuesto a sacarificar y utilizar agitación constante.

Estando el hidrolizado en condiciones óptimas de pH y temperatura se procede a realizar la

dosificación de la enzima AMG, los litros a añadir serán calculados a partir del contenido

de materia seca y porciento del tanque, comenzando aquí el proceso de sacarificación.

Durante el proceso de sacarificación se debe mantener la temperatura de trabajo. El tiempo

de retención en los tanques de sacarificación debe de ser de (24 – 48 h) siempre que el

equivalente de dextrosa continúe aumentando, cuando se mantenga fijo en dos ocasiones

por la secuencia de análisis establecida o comience a disminuir estando el equivalente de

dextrosa esté por encima de 92 comenzamos a inactivar la enzima de este tanque.

Inactivación

El hidrolizado sacarificado es impulsado por una bomba hacia el intercambiador de tubos;

se abre el suministro de vapor (de 75 -80 oC) para inactivar la actividad de la enzima

(AMG).

El hidrolizado inactivado se envía a los tanques intermedios de sacarificación para ser

utilizado en el proceso de refinación.

Refinación

El hidrolizado procedente del tanque de alimentación pasa a un tanque donde se le añade el

carbón activado de forma manual. Se aumenta el tiempo de retención del hidrolizado con

el agente decolorante para aumentar la eficiencia de éste. Posteriormente el flujo llega al

filtro que presenta una capa de tierra infusoria que actúa como agente filtrante en el cual

quedan retenidas las proteínas y grasas y el carbón activado adicionado en el paso anterior.

El líquido decolorado y filtrado pasa a un ajuste final de pH 4,4-5,2; con carbonato de

sodio.


27

Evaporación

Inicialmente se pone en marcha la sección con agua hasta lograr el calentamiento previsto

de la instalación. Una vez alcanzado un proceso continuo se puede conmutar a un

funcionamiento con producto, alimentándose la cantidad diseñada. Al inicio el producto

que sale del superconcentrador no es muy concentrado por lo que se recircula al recipiente

de alimentación hasta alcanzar la concentración deseada.

A la salida del tercer efecto el jarabe sale con una concentración de 65 oBx de aquí es

enviado al superconcentrador alcanzándose la concentración final de 85 oBx,

posteriormente el producto se envía al tanque receptor en el cual mediante un agitador se

homogeniza, finalmente se almacenan en los tanques de producto final. El vacío por el cual

se realiza la pre evaporación aumenta del efecto I al efecto III. El superconcentrador utiliza

vapor directo y los vapores producidos se condensan en un condensador de superficie.

Almacenamiento

Al tanque almacén elegido para el llenado llega el sirope de glucosa por bombeo

proveniente del tanque homogenizador. Aquí permanecerá inmóvil hasta que se inicie la

extracción en carros cisterna o bidones para su envío a los consumidores.

(LABIOFAM, 2013)

Las principales enzimas utilizadas en nuestro país para la hidrólisis enzimática del almidón

de maíz son:

La α-amilasa: es clasificada como una endoenzima debido a que hidroliza enlaces

glucosídicos α 1-4 al azar. Por esta razón a esta enzima se le conoce como tijera. El

proceso de conversión de almidón a dextrinas con esta enzima se le conoce como

licuefacción (reducción en viscosidad). Produce jarabes con 15-25% equivalente de

dextrosa. La mayoría de ellas trabajan óptimamente a pH de 5,5 -7. Son termoestables

(trabajan a 85 a 95°C) aunque resisten temperaturas de 130°C. Obtenidas de Aspergillus

Oryzae o Bacillus licheniformis.

Amiloglucosidasa: Clasificada como una exoenzima denominada industrialmente como

enzima sacarificante. La amiloglucosidasa hidroliza tanto a los enlaces α 1-4 y α 1-6. Por lo

tanto convierte a las dextrinas en prácticamente 100% glucosa o dextrosa. Trabaja


28

óptimamente a pH 4.0-4.5 y una temperatura de 55-60°C. Típicamente estas son producidas

de cepas genéticamente modificadas de Aspergillus. (Saldívar, 2011)

En la Figura 2.2 se muestra el esquema tecnológico de todas las etapas del proceso de

obtención de glucosa a partir del almidón de maíz por vía enzimática.

Figura 2.2. Diagrama de proceso de la obtención de glucosa a partir del almidón de maíz

por vía enzimática.


29

2.3 Característica del proceso de obtención de glucosa a partir del azúcar refino en

Cuba

Tanto en Villa Clara como en Camagüey para obtener glucosa a partir del azúcar refino se

emplea la tecnología propuesta por el ICINAZ la cual se fundamenta en realizar la

inversión ácida de la sacarosa operando en régimen discontinuo. A la hidrólisis de la

sacarosa en medio ácido o enzimático se le denomina inversión dado que se invierte el

sentido de la rotación óptica de positivo en la sacarosa a negativo en el producto de su

hidrólisis (mezcla equimolar de glucosa – fructosa, denominada azúcar invertido),

obteniéndose la glucosa cristalizada y un sirope rico en fructosa. Este método de hidrólisis

tiene como inconveniente el empleo de ácido fosfórico a elevada temperatura (85-90°C), lo

que puede originar productos coloreados con presencia de cenizas y subproductos no

deseados. (Albertini, 2012, Duarte, 1997)

Las principales etapas de proceso de obtención de glucosa a partir del azúcar refino son:

disolución, inversión, enfriamiento, primera cristalización, filtración, disolución, segunda

cristalización, centrifugación, envase.

Disolución

En un tanque cilíndrico horizontal de 28 m3 de volumen con tapas semiesféricas se adiciona

el azúcar refino y agua a 50 oC; 22,5 t de refino para cada hidrólisis, se adiciona aire a

presión de un compresor con potencia de 22 Kw durante 1,5 horas que demora la

disolución. Se emplean 3 agitadores de hélice con motores de potencia: uno de 5 Kw y 2 de

13 Kw para obtener una disolución que debe tener de 77-78 oBrix y temperatura de 87 a 90

oC, la cual se logra alimentando vapor directo de la caldera con regulación manual de la

temperatura.

Inversión

Este proceso ocurre en el mismo tanque disolutor para ello se adiciona 600 mL de ácido

fosfórico al 85% por cada tonelada de refino disuelta, se mantiene la disolución en

agitación durante tres horas, tiempo necesario para que ocurra la inversión. Esto se

comprueba en el laboratorio midiendo la lectura sacarimétrica la cual debe ser menor de 6

0S para considerar buena la inversión, la disolución así obtenida en esta etapa debe tener un


30

pH aproximado de 3. Se realizan 4 hidrólisis por semana, 15 al mes. EL número de

hidrólisis dependerá del número de cristalizaciones disponibles.

Enfriamiento

La disolución de azúcar invertida es bombeada con una bomba centrifuga de 13kW de

potencia que demora media hora a un cristalizador que tiene un sistema de agitación

mecánica para ser enfriada con aire inyectado por un compresor hasta temperaturas

inferiores a 43 oC, este proceso puede demorar hasta dos días en dependencia de las

condiciones climatológicas.

Primera cristalización

La disolución de azúcar invertida pasa al primer cristalizador empleando una bomba

centrifuga de 22 kW de potencia durante 40 min. Este cristalizador tiene agitación

mecánica y enfriamiento por aire, el objetivo de esta etapa es lograr la cristalización de la

mayor cantidad de glucosa presente. En este cristalizador existe un pie de semilla de

glucosa y además se alimenta el jarabe de glucosa que retorna de la centrífuga. La masa se

considera agotada, cuando al determinar el rendimiento en cristales se obtengan valores de

22-23%, esta operación puede consumir hasta 21 días.

Filtración

La masa de la primera cristalización pasa a un tanque receptor, de aquí utilizando una

bomba de 11 kW de potencia pasa al filtro prensa el cual trabaja durante un ciclo de 40 min

donde se separa la glucosa cristalizada (80-82 oBrix) del sirope de fructuosa.

El sirope de fructosa obtenido sale a 75 oBrix, 55 de pureza y es enviado a un tanque de

almacenamiento para ser sometido a un proceso de refinación. Este proceso consiste en

pasar el sirope a un tanque agitado donde se calienta y se le adiciona carbón activado con

el objetivo de remover color, posteriormente se pasa por un filtro prensa y se obtiene el

sirope refinado.

Una parte de este sirope se utiliza para la producción de vinagre y el resto es saborizado y

se vende para la elaboración de refrescos, con estas ventas se incrementa el valor agregado

de la producción de la planta.

Disolución

La glucosa que sale del filtro pasa por un sinfín movido por un motor de 5,5 kW y cae a un

tanque de 2m3

de capacidad que tiene un agitador movido por un motor de 11kW y


31

alimentando vapor directo se funde la glucosa hasta obtener una disolución de 74-76 oBrix

y temperatura de 80 oC, la misma se bombea al enfriamiento empleando bomba de 13 kW

y demora 15 min. El filtro descarga 2 veces para preparar un tanque de glucosa fundida. El

enfriamiento se realiza con aire hasta alcanzar temperaturas inferiores a 43 oC.

Segunda cristalización

La glucosa fría pasa a la segunda cristalización por medio de una bomba de 22 kW que

demora 30 min, este cristalizador contiene un pie de semilla al cual se le alimenta el licor

de glucosa, el mismo tiene agitación mecánica y enfriamiento por aire. Cuando la masa esté

agotada debe lograrse un rendimiento en cristales de 26 a 27 %, esto debe ocurrir en un

período de tiempo de 10-12 días, de no lograrse ese rendimiento se adiciona glucosa sólida

al cristalizador. La masa obtenida pasa por gravedad al mezclador de la centrífuga.

Centrifugación

Se realiza en centrífugas discontinuas que tienen un ciclo de 20 min en dependencia de la

calidad de la masa a centrifugar donde, se separa la glucosa cristalina con 7-8% de

humedad y 89-90% de pureza del sirope de glucosa (63-65 oBx) el cual retorna a la primera

cristalización. Este proceso se realiza durante 8-9 h diaria y se obtienen 2,22 t de glucosa.

Envase

La glucosa cristalina que contiene 7-8 % de humedad se envasa en sacos de papel

multicapa de 34 kg.

La glucosa producida en esta planta se envia a Camaguey como materia prima para la

fabrica de sorbitol, el mismo tiene como destino final su empleo como aditivo en las

producciones que desarrolla la corporación Suchel S.A. Como en la producción de esta

glucosa se emplea la inversión ácida de la sacarosa, esto origina que en determinados

momentos el sorbitol recibido por Suchel tenga valores de pH en el orden de 3,5 unidades

siendo la norma establecida por dicha entidad de 5-7.

En la figura 2.3 se representa el diagrama de flujo del proceso de obtención de glucosa a

partir de azúcar refino por vía ácida.


32

Figura 2.3. Diagrama de flujo del proceso de obtención de glucosa a partir de azúcar refino

por vía ácida.

En el proceso actual de producción de glucosa que se desarrolla en Chiquitico Fabregat se

presentan dificultades que influyen en el rendimiento y calidad de la glucosa obtenida, entre

ellas se identifican:


33

• Alto índice de insumo de azúcar refino, la planta según diseño consume 6 t refino/t

glucosa y además genera 6 t de jarabe de fructosa.

• El refino insumido no siempre cumple los parámetros de calidad establecidos lo que

influye en el rendimiento de la inversión. No se controla el contenido de

polisacáridos que tiene el crudo que insume la refinería ni el que llega con el refino

a la planta de glucosa , siendo este un factor importante que incide en la velocidad

de cristalización de la glucosa y por tanto en el rendimiento en cristales del

proceso.

• El tanque donde se realiza la disolución e hidrólisis de la sacarosa se encuentra en

posición horizontal esto origina zonas muertas que afectan la disolución de la

sacarosa y el proceso de inversión en si.

• En los filtros hay problemas mecánicos en el ajuste placa- marco, esto provoca que la

glucosa cristalina que se obtiene se contamine con jarabe de fructosa.

• El rendimiento en cristales que se obtiene en la primera y segunda etapa de

cristalización depende del grado de enfriamiento alcanzado, este enfriamiento se

logra por circulación de aire ambiental ya que los cristalizadores carecen de un

sistema de enfriamiento forzado.

• El bajo rendimiento en cristales que se obtiene en las etapas de cristalización

implica que el sirope de fructosa que se obtiene en la cristalización y el de glucosa

de la centrifugación contengan un elevado porciento de glucosa que no logró

cristalizar.

• Según la tecnología propuesta por el ICINAZ el sirope de glucosa que sale de la

centrífuga con Brix de 63 – 65 se debe concentrar en un evaporador a vacío hasta 80

oBrix, en la práctica esto no se realiza , se plantea que el alto consumo de vapor

para llevar a cabo ese proceso no justifica la mejora que se puede obtener en la

cristalización, lo que se hace es tomar ese sirope y emplearlo para lubricar la masa

que está a punto de salir de cada cristalización, con esto se logra mejorar la

capacidad de purga de las mismas lo cual incide directamente en el rendimiento de

la cristalización.

CAPÍTULO 3. PROPUESTA DE MODIFICACIONES A LA TECNOLOGÍA DE OBTENCIÓN DE

GLUCOSA POR HIDRÓLISIS ÁCIDA 34

CAPÍTULO 3. Propuesta de modificaciones a la tecnología de

obtención de glucosa por hidrólisis ácida

Para dar solución a las dificultades que se presentan en la producción de glucosa por vía de

la hidrólisis ácida la UCLV en coordinación con el grupo AZCUBA de Villa Clara y el

ICIDCA se han planteado trabajar para sustituir la etapa de hidrólisis ácida por el empleo

de la hidrólisis enzimática recomendada por (Brizuela, 2015); en la que se hace referencia

al uso de enzimas inmovilizadas en lugar de las enzimas libres para hidrolizar la sacarosa

puesto que la inmovilización permite el desarrollo de reacciones enzimáticas en un medio

no fisiológico temperaturas extremas, solventes no acuosos y fluidos iónicos. Las enzimas

inmovilizadas superan los inconvenientes que se presentan cuando se emplean enzimas

nativas que constituyen un contaminante del producto de la reacción, dificultan la

separación de esta de la mezcla, así como la poca estabilidad de la enzima. Además,

durante este proceso puede cambiar la especificidad de la enzima inmovilizada hacia el

sustrato y ser reducido el efecto de los inhibidores. (Betancor, 2008)

En el presente trabajo se propone la producción de glucosa a partir de la asimilación de la

tecnología propuesta por (Brizuela, 2015), en la que se utiliza como biocatalizador el

conjugado enzimático invertasa-quitosana inmovilizado en soporte sólido de quitina-

carboximetilcelulosa. En el (Anexo VII) se muestra un esquema que resume las etapas del

proceso de obtención del biocatalizador.

3.1 Propiedades del biocatalizador a emplear en la hidrólisis enzimática de la

sacarosa

El proceso de inmovilización brinda la posibilidad de diseñar reactores de fácil manejo y

control, adaptados a la aplicación del catalizador inmovilizado. Los reactores con enzimas

inmovilizadas permiten el empleo de cargas elevadas de la misma, la cual es capaz de

mantener su actividad durante más tiempo. Estos sistemas pueden incluir el reciclado,

obteniéndose productos con mayor grado de pureza. (Arroyo, 1998)

La inmovilización es una metodología viable para la estabilización de enzimas siempre que

se tengan en cuenta algunas consideraciones. Los grupos lábiles o esenciales pueden ser

protegidos con reactivos o ligandos adecuados. Las condiciones de reacción pueden ser



cambiadas por la formación de múltiples enlaces entre la enzima y el soporte sólido. Sin

embargo, se pueden presentar alteraciones en propiedades del biocatalizador como su

actividad, el enlace al sustrato y el pH óptimo de los derivados inmovilizados. (Brady,

2009, Fagain, 1991)

No obstante las ventajas que ofrece la utilización de enzimas inmovilizadas, estos procesos

presentan algunos inconvenientes, entre los que se señalan: la alteración de la conformación

de la enzima respecto a su estado nativo, la gran heterogeneidad del sistema enzima-

soporte, la pérdida parcial de actividad durante la inmovilización y el biocatalizador es más

caro que la enzima nativa. (Arroyo, 1998, Bayramoglu, 2003)

Como resultado del estudio realizado por (Brizuela, 2015), en la evaluación del

biocatalizador se aprecia un incremento de la estabilidad funcional y operacional de la

enzima. Con el propósito de evaluar esta propiedad realizó un estudio de ciclos de reuso al

biocatalizador sintetizado, en un reactor empacado operado a 30°C y almacenado a 4°C, los

resultados se muestran en la Figura 3.1.

Figura 3.1. Estabilidad operacional de la invertasa inmovilizada en un reactor empacado a

30ºC para ciclos de reuso. Soportes: Quit-CMC. Tiempo del ciclo de reuso: 60 min.

La enzima inmovilizada mantuvo una alta estabilidad cuando es utilizada repetidamente

para la hidrólisis de la sacarosa, mostrando más de un 98 % de actividad al terminar los 10

ciclos. Estos resultados son satisfactorios debido a que el reuso del biocatalizador es una

condición indispensable para la aplicación práctica de los mismos desde el punto de vista

industrial. La cantidad de ciclos de reuso a los que se puede someter una enzima con buena



retención de actividad puede contribuir positivamente al logro de una alta rentabilidad en el

bioproceso empleado.

La estabilidad operacional de las enzimas es uno de los factores más importantes que define

las aplicaciones sucesivas de los sistemas inmovilizados (Dincer, 2007, Sandar, 2003) han

planteado que la mayor virtud de la inmovilización en la práctica real es la reusabilidad del

biocatalizador, independientemente de su termoestabilización.

En los estudios realizados se comparó la estabilidad de la enzima invertasa inmovilizada

con respecto a la nativa en función del tiempo de almacenaje, los resultados se reflejan en

la Figura 3.2.

Figura 3.2. Estabilidad durante el almacenaje de la invertasa nativa (○) e inmovilizada (●) a

37ºC en solución tampón de acetato de sodio 50 mmol/L, pH 5,0.

Como se aprecia en el gráfico la enzima nativa pierde rápidamente la actividad en el

tiempo y al transcurrir los 50 días retiene aproximadamente solo el 35 % de su actividad

mientras que la inmovilizada retiene un alto porcentaje de su actividad al transcurrir los 50

días de almacenaje a 37 °C, esto es favorable para su aplicación industrial.

La estabilidad operacional es importante en las enzimas inmovilizadas en soportes sólidos,

para su uso en regímenes de operación continuos, en procesos industriales.

En los estudios realizados (Brizuela, 2015) analizó la estabilidad operacional del

conjugado inmovilizado en un reactor empacado, bajo un régimen de operación continuo

durante 70 h a 30ºC, los resultados se muestran en la Figura 3.3.



Figura 3.3. Estabilidad operacional de la invertasa inmovilizada en un reactor empacado a

30ºC.

Al realizar el análisis del gráfico se observa que el biocatalizador retiene

aproximadamente el 100 % de la actividad después de 70 h de operación continua. El

tiempo de vida media del reactor (t½ reactor) estimado en este caso fue de 170 días. Los

resultados logrados para el conjugado inmovilizado son de gran relevancia práctica. La alta

estabilidad operacional determinada posibilita su empleo en procesos de producción en

continuo, como es la producción de glucosa y fructosa a partir de sacarosa.

El tiempo de vida media del reactor se obtuvo por la ecuación de (Rajalakshmi, 1995): t1/2 =

(1/ki).ln 2, la constante de velocidad correspondiente al proceso de inactivación térmica del

biocatalizador (ki) fue obtenida por estudios cinéticos y su valor es de 1,7 * 10 -4

h -1

. El

tiempo de vida medio calculado para el biocatalizador propuesto fue de 170 días.

La velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas presenta una dependencia

característica de la concentración de sustrato. A bajas concentraciones de sustrato, la

velocidad inicial es proporcional a la concentración de la enzima sola. Esta dependencia de

la rapidez en la concentración de sustrato fue observada por Brown y Henry en 1902.

(Martínez, 2007) estudió el efecto que origina la concentración de sacarosa sobre la

actividad enzimática de la invertasa inmovilizada, para ello efectuó la hidrólisis de una

disolución de sacarosa a diferentes concentraciones de sacarosa y de enzima y encontró

que a concentraciones de sacarosa mayor de 1mol/L (1M) se produce una disminución de la



actividad enzimática dado que ha ocurrido la inhibición por sustrato según se observa en la

Figura 3.4.

Figura 3.4. Efecto de la concentración de sacarosa sobre la actividad enzimática a

diferentes concentraciones de invertasa (0.01 – 0.1g/L).

3.2 Propuesta de modificaciones a la tecnología de la hidrólisis ácida para la

obtención de glucosa

El sistema de inversión enzimático propuesto puede emplearse en la obtención de glucosa y

fructosa a partir de sacarosa (azúcar refino) trabajando de forma continua sin adicionar

reactivos químicos, eliminando así los efectos corrosivos provocados por la inversión ácida

y produciendo siropes de mayor calidad, con un impacto favorable sobre el medio

ambiente.

Se propone sustituir la etapa de inversión ácida en el proceso de obtención de glucosa a

partir de azúcar refino por la de inversión enzimática empleando el conjugado invertasa-

quitosana inmovilizado en un soporte solido de quitina-carboximetilcelulosa. Para ello se

requiere colocar dos tanques agitados para la preparación de la disolución de azúcar refino

y el reactor empacado con el biocatalizador (columna). Además como el azúcar invertido

obtenido en la etapa de hidrólisis va a tener 30 °Bx y para obtener la glucosa cristalina se



requiere que el licor tenga de 78 a 79 °Bx se recomienda una etapa de evaporación. En la

Figura 3.5 se representa el esquema tecnológico de la propuesta de modificación de la

tecnología de hidrólisis ácida por la enzimática para la obtención de glucosa a partir del

azúcar refino.

Figura 3.5. Diagrama de flujo del proceso de obtención de glucosa a partir de azúcar refino

por vía enzimática.



A partir de los resultados obtenidos en la defectación técnica del proceso se proponen las

siguientes medidas para intensificar la producción de glucosa.

• Colocarle al tanque de enfriamiento de licor invertido además de la inyección de aire,

un sistema de paletas móviles para intensificar la transferencia de calor.

• Tapar los cristalizadores de primera y segunda cristalización y colocarles toberas para

la alimentación de aire y sacar el aire caliente con un extractor para intensificar el

proceso de enfriamiento y con ello aumentar la velocidad de cristalización de la

glucosa.

• Insumir azúcar refino que cumpla con la (NE-01-2012), puesto que la calidad de esta

materia prima influye directamente en el rendimiento de la glucosa.

• Mejorar las condiciones de los filtros para evitar derrame de sirope de fructosa que se

mezcla con la glucosa obtenida.

En la Tabla 3 se reporta el listado de los equipos requeridos en las dos tecnologías. En la

hidrólisis enzimática se sustituye el reactor discontinuo (hidrólisis ácida) por un reactor de

lecho fijo empacado con el biocatalizador INV-QSA: Quit-CMC, que da la posibilidad de

la operación continua. La proyección se realiza a partir del diseño del reactor de invertasa

inmovilizada como lecho fijo propuesto. Para llevar a cabo la obtención de glucosa por vía

enzimática se realizarán 15 ciclos de inversiones mensuales y se operará en la etapa de

disolución-inversión con los parámetros que se indican en la Tabla 4 según recomienda.

(Brizuela, 2015)

Tabla 3.1. Listado de equipos involucrados en las tecnologías de hidrólisis ácida y

enzimática.

Equipos involucrados Hidrólisis enzimática Hidrólisis ácida

Disolutor con agitación 2 1

Columna 1 -

Bomba 1 1



Tabla 3.2. Parámetros de diseño y condiciones de operación continua del reactor de lecho

fijo empacado con el biocatalizador INV-QSA: Quit-CMC.

Parámetros Valor

Tamaño del reactor (m3) 0,8

Altura del reactor (m) 2

Diámetro del reactor (m) 0,75

Masa de soporte (kg) 106

Masa de enzima(kg) 0,9

Actividad específica del catalizador (U/mg) 1820

Flujo de alimentación(m3/h) 2

Concentración de sustrato en alimentación (kg/m3) 342

Conversión promedio 0,75

Temperatura (°C) 30

pH 4,5

3.3 Diseño del sistema tanque agitado para la disolución de azúcar refino

Para diseñar los tanques que se requieren en la disolución del azúcar que alimentará de

forma continua al reactor se procede:

(masa refino)/ciclo = 2805t/ (85 ciclo)

33t/ciclo= (33000 kg)/ciclo

Como la concentración del licor es 342 kg/m3, entonces:



(342 kg azúcar)/ (1m3 disolución) = 33000kg/X

X= 96 m3 disolución al reactor enzimático.

(96 m3)/ (2m

3/h) = 48h

Cada ciclo de inversión enzimática equivale a dos días. Para alimentar los 96 m3 de

disolución de forma continua al reactor se proponen dos tanques de 3 m3 cada uno, los

mismos trabajaran en paralelo y se empleará una sola bomba para alimentar el licor al

reactor. En un tanque se prepara la disolución empleando 1026 kg de azúcar refino y en el

otro se bombea la disolución ya preparada al reactor.

Las dimensiones de los tanques serán:

V= 3m3

D=H (Criterio de diseño)

V= 0,785*D2*H

V= 0,785* D3

D=1, 96 m

H= 1,96 m

Considerando un 20 % de sobrediseño:

H0= 2,35m

Selección del agitador

Cálculo de parámetros:

Para un agitador de hélice de tres paletas (Z=3) se tiene d/D=0,25. (Rosabal, 2006)

Aplicando el criterio de diseño H=D=1,96

El diámetro de la hélice es:

d=0,25 D

d= 0,5 m

Luego la altura del fondo del tanque al agitador es:



h= (0,5-1) d

h=0,6 *d

h=0,3 m

Tabla 3.3. Principales parámetros para seleccionar un agitador de hélice de tres paletas.

Parámetros Valor

Densidad de la solución (kg/m3) 1127

Diámetro de hélice (m) 0,5

Viscosidad de la solución (Pa.s) 3,5*10-2

Régimen de mezclado 8*104

Altura del agitador al fondo del tanque (m) 0,3

Aplicando la ecuación del Régimen de mezclado se puede determinar la velocidad del

agitador.

Rem= (n*d2* ρ)/µ

n= (Rem*µ)/ (d2* ρ)

n=10 rps= 600 rpm

Con un agitador de hélice de tres paletas y un Rem= 8*104 se selecciona una Kn de 0,3.

(Rosabal, 2006)

Para determinar la potencia consumida en la agitación:

N= Kn*n3*d

5*ρ

N=10,5 kW

Con la potencia consumida encontramos el coeficiente de reserva de potencia (β) el cual es

1,15. (Rosabal, 1988)

Ninst=β*N

Ninst=12 kW



Con la Ninst se selecciona el motor adecuado el cual presenta las siguientes características:

220/440 V, 60 Hz y una velocidad de 900 rpm.

3.4 Principales indicadores del proceso de obtención de glucosa y fructosa por

ambas tecnologías

Para efectuar el análisis comparativo del proceso de obtención de glucosa por medio de la

hidrólisis ácida y la enzimática, solo se tendrá en cuenta el efecto que origina la

modificación de la etapa de hidrólisis. Se considera como tiempo de trabajo 170 días que es

el tiempo de vida media del biocatalizador, en este período se realizarán 85 ciclos de

inversión con un consumo de azúcar refino de 2805 t en la hidrólisis enzimática y 1913 t de

refino en la ácida según se indica en la Tabla 3.4, los cálculos están reportados a

continuación.

Tabla 3.4. Comparación de los principales indicadores del proceso de obtención de glucosa

y fructosa por ambas tecnologías para 170 días de operación.

Indicadores Hidrólisis Enzimática Hidrólisis Ácida

Consumo de azúcar (t) 2 805 1 913

Consumo de biocatalizador (kg) 107 -

Consumo de ácido fosfórico (L) - 1 148

Consumo de electricidad (kW-h) 67 652 16 613, 25

Consumo de vapor (kg) - 99 888,40

Consumo de agua (m3) 6 418 1 431, 8

Volumen del reactor (m3) 0,8 28

Temperatura de trabajo (°C) 30 87



3.4.1 Cálculo de los principales indicadores de la hidrólisis ácida

Consumo de refino = 22,5 t/ciclo * 85 ciclos = 1913 t/170 días

Consumo de ácido fosfórico (H3 PO4) = 600mL (H3 PO4)/ t Refino *1913 t Refino

=1147,8 L (H3 PO4)/170 días.

m (H3PO4) = ρ * V

m (H3PO4) = 1,934 t para los 170 días

Tabla 3.5. Consumo de energía eléctrica en la hidrólisis ácida

Equipos Potencia (kW) Tiempo (h) Electricidad (kWh)

Bomba de agua 11 0,7 7,7

Agitador I 5,5 4,5 24,75

Agitador II 13 4,5 58,5

Agitador III 13 4,5 58,5

Compresor 22 1,5 33

Bomba de sirope invertido 13 1 13

Total _ _ 195,45 kWh/ciclo

Para los 170 días el consumo de electricidad es de 16 613,25 kWh

Consumo de vapor en la disolución del refino

m vapor * λ = m licor * cp * ΔT

m licor = ρ * V =1398 kg/ m3 * 28 m3 = 39144 kg

m licor = 39144 kg licor / 3 h =13048 kg licor / h

m vapor = [13048 kg/h * 1,071 kJ/ kg oC *(85 – 30)

oC]/1962, 1 kJ/kg = 392 kg/h

La m vapor para tres horas de operación es igual a 1175 kg vapor / ciclo



Para 170 días de operación m vapor = 99888,4 kg vapor

Consumo de agua en la hidrólisis ácida.

Para una disolución a 78 °Bx y 50 oC.

m disolución = ρ * V

m disolución = 1398 kg/m3 *28 m

3 =39 144 kg

m (H2O) = m disolución - m azúcar

m (H2O) = 39144 kg – 22500kg = 16 644 kg

Para 50 oC la densidad del agua es de 988,1 kg/ m

3

V (H2O) = m (H2O)/ ρ = 16,84 m3

V (H2O) Total = 1431,8 m3

3.4.2 Cálculo de los principales indicadores de la hidrólisis enzimática

Consumo de azúcar refino

A partir de las condiciones de diseño del reactor.

Concentración = 342 kg/m3 origina disolución a 30

°Bx

Flujo = 2 m3/h = (0,55 L/s)

Cada ciclo de inversión enzimática dura 48 horas.

Vdisolución = 2 m3 /h * 48 h = 96 m

3

342 kg/1m3 = X/96 m

3

X = 32832 kg ≈ 3,3 t/ciclo

Para 170 días (85 ciclos)

Azúcar = 33 t * 85ciclos = 2805 t/170días

Consumo de agua en la hidrólisis enzimática

Vdisolución = 96 m3

Bx = 30 %



ρ = 1127 kg/m3

m azúcar = 33000 kg

1026 kg/tanque

32 tanque/ciclo (48 h)

16 tanques/24 h

m disolución = ρ*V = 1127 * 96 = 108192 kg H2O a 30 oC

ρ (H2O) = 995,7 kg/m3

V (H2O) = m disolución – m azúcar = 108192 – 33000 kg = 75192 kg

V (H2O) = m/ρ = 75192 / 995,7 = 75,5 m3/ciclo

Por tanque: 75,5 / 32 = 2,35 m3 / tanque

Consumo de H2O para 170 días 75,5 * 85 ciclo = 6418 cm3

Tabla 3.6. Consumo de energía eléctrica en la hidrólisis enzimática

Equipo Potencia (kW) t (h) E (kWh)

Bomba de agua 3 5,3 15,9

Agitador (1) 1,3 12 156

Bomba hacia reactor 5 48 240

Bomba de sirope

invertido

0,8 48 384

Total - - 796 kWh/ciclo

Consumo total de Energía = 796 kWh / ciclo * 85 ciclos = 67652 kWh / 170días

3.5 Análisis económico

La valoración económica se realizó considerando como año de trabajo 170 días, lo cual se

corresponde con el tiempo obtenido como tiempo de vida media del biocatalizador (glucosa



enzimática). Durante los 170 días de operación del reactor enzimático y del método

tradicional de hidrólisis ácida (glucosa ácida) se realizan 85 ciclos de producción

trabajando la planta a máxima capacidad (15 ciclos por mes). Además, solo se toma en

cuenta la etapa de hidrólisis de la sacarosa. Los precios estimados para las materias primas,

productos y servicios auxiliares en el proceso de hidrólisis de la sacarosa se muestran en

(Anexo VI).

3.5.1 Volumen y costos asociados a la obtención de glucosa por hidrólisis ácida

Volumen de producción de glucosa y fructosa

Por cada 6 t de refino se producen aproximadamente 6 t de fructosa y 1 t de glucosa.

Para cada día se producen 2,22 t de glucosa y 13,33 de fructosa que en total son 15,55 t

diarias de producto. Para 170 días se producen 2644 t.

Costos de los principales indicadores

Costo del agua =1431,8m3 * 0,1170 $/m

3 = 167,5 $

Costo del ácido fosfórico =1,934 t * 1734, 29 $/t =3354 $

Costo de la energía eléctrica = 16613,25 kWh *0.25 $/ kWh = 4153,3 $

Costo del azúcar refino = 1913 t *521, 35 $/t = 997342 $

Costo de vapor = 99,8884 t * 4,1 $/t =409 $

Costo de salario = 2 * 600 $/mes * 5,66 mes = 6792 $

3.5.2 Volumen y costos asociados a la obtención de glucosa por hidrólisis enzimática

Volumen de producción de glucosa y fructosa

Para una conversión a 0,75 para el tiempo de vida del biocatalizador y un consumo de

33000 kg de azúcar refino por hidrólisis:

n glucosa = (r/a) * N0 sacarosa * Xa

N0 sacarosa = 33000 kg/342 kmol/kg =96,5 kmol

n glucosa = 1* 96,5kmol * 0,75 = 72 kmol

m glucosa = 72 kmol * 180kg/kmol = 12960 kg = 12,96 t



m fructosa = m glucosa = 12,96 t

m (glucosa + fructuosa) = 25,92 t/ día

Para los 170 días se producen 4406,4t

Costos de los principales indicadores

Costo del biocatalizador = 107 kg * 11,70 $ / kg = 1252 $

Costo del H2O de disolución = 6418 m3 * 0,1170 $ / m

3 = 751 $

Costo del Azúcar Refino = 2805t * 521,35 $/t = 1462386,7 $

Costo de salario = 2 * 600 $/mes * 5,66 mes = 6792 $

Costo de la energía eléctrica = 67652 kWh * 0,25 $/kWh = 16913 $

3.5.3 Comportamiento de los principales indicadores económicos

La Tabla 3.7 muestra los principales elementos de costo del proceso de obtención de

glucosa y fructosa por ambas tecnologías teniendo en cuenta los 170 días de operación.

Tabla 3.7. Elementos del costo de operación.

Costos ($) Hidrólisis enzimática Hidrólisis ácida

Ácido fosfórico - 3 354

Biocatalizador 1 252 -

H2O de disolución 751 167,5

Azúcar Refino 1 462 386,7 997 342

Salario para dos obreros que cobran 600 $ / mes 6 792 6 792

Energía eléctrica 1 6913 4 153,3

Vapor - 409

Total 1 488 094, 7 1 008 696, 3



Tabla 3.8. Comportamiento de los indicadores económicos: costo de producción (CP),

volumen de producción (N), tiempo de operación (top), valor de la producción (VP), costo

operacional/peso producido (cpp) y costo unitario para la obtención de la glucosa.

Indicador Glucosa enzimática Glucosa ácida

Costo de producción ($) 1 488 094, 7 1 008 696, 3

Producción (t/d) 25,92 15,55

Tiempo de operación(d) 170 170

Valor de la producción ($) 3 370 872 2 203 620

Costo operacional/peso 0,44 0,46

Costo unitario $/t glucosa 675,75 2673,75

Se puede apreciar que el valor de la producción de la glucosa enzimática supera en 1,53

veces al obtenido en el proceso de la glucosa ácida. Esto se debe principalmente, como se

había expresado, a un proceso de operación continuo, donde se obtiene una mayor

producción en un tiempo de trabajo determinado. En ambos procesos el costo

operacional/peso, una particularidad del indicador costo/peso, muestra el costo de un peso

producido es menor que la unidad. Sin embargo, este valor es inferior (0,44) en la

operación de la hidrólisis enzimática con respecto a la ácida (0,46) debido al incremento del

valor de la producción. La Tabla 3.8 muestra que el costo unitario en la producción de

glucosa enzimática es mucho menor que el de la ácida demostrando esto que la hidrólisis

enzimática es más factible que la ácida.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 51

CONCLUSIONES

1. La glucosa obtenida a partir del azúcar de caña y del almidón de maíz es de gran

aplicación en la industria alimenticia como edulcorante y en la preparación de

medicamentos en la industria farmacéutica.

2. En el proceso de obtención de glucosa por vía ácida se logra bajo rendimiento en la

cristalización debido a la calidad de la materia prima y a los problemas técnicos en

las etapas del proceso lo que implica disminución en la ganancia.

3. El uso del complejo invertasa-quitosana inmovilizado en un soporte de quitina-

carboximetilcelulosa resulta más atractivo desde el punto de vista industrial dada su

alta estabilidad operacional lo que permite su reuso, alcanza un tiempo de vida

media de 170 días y mantiene su actividad durante su almacenamiento.

4. El análisis económico preliminar realizado mostró la superioridad del proceso de

hidrólisis enzimática de la sacarosa empleando enzima invertasa inmovilizada dado

que el valor de la producción de la misma supera en 1,53 veces al obtenido por la

vía ácida.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 52

Recomendaciones

1. Continuar profundizando en el estudio de los métodos para obtener glucosa a partir

de azúcar refino usando técnicas novedosas reportadas por la comunidad científica

relacionada con la temática.

2. Que se continúe el estudio y la implementación de métodos de intensificación en la

producción de azúcar refino que garantice mejorar su calidad como materia prima

en la producción de glucosa.

3. Proponer la modificación de la tecnología de hidrólisis ácida por la de hidrólisis

enzimática para la obtención de glucosa a partir del azúcar refino.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 53

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1.ALBERTINI, A., CADENA, P., SILVA, J., NASCIMENTO, G., REIS, A., FREIRE, V.,

SANTOS, R., MARTINS, J. L., CAVADA, B., NETO, P., PIMENTEL, M., MARTÍNEZ,

C., PORTO, A., FILHO, J.V. 2012. Performance of invertase immobilized on glass–

ceramic supports in batch bioreactor Chemical Engineering Journal 187, 341-350.

2.ALIMENTACIÓN- SANA.COM. Portal%20nuevo/compresano/plantillas/stevia02.

ARROYO, M. 1998. Inmovilización de enzimas. Fundamentos, métodos y aplicaciones. .

Ars Pharmaceutica 39, 23-29.

3.BADUI, D. S. 1993. Quimica de los alimentos. Addison Wesley Longman, Mexico.

4.BADUI, D. S. 1997. Química de los Alimentos. Tercera edición quinta reimpresión.

Longman de México Editores, S. de C. V. Alhambra Mexicana. México, D.F. 45-117.

5.BAGAL, D., KESTWAL, R., CHIANG, B., KARVE, M., 2011. Development of dip-

strip sucrose sensors: Application of plant invertase immobilized in chitosan–guar gum,

gelatin and polyacrylamide films. Sensors and Actuators B: Chemical, 160(1), 1026-1033.

6.BAYRAMOGLU, G., AKGÖL, S., BULUT, A., DENIZLI, A., ARıCA, M. 2003.

Covalent immobilization of invertase onto a reactive film composed of 2-hydroxyethyl

methacrylate and glycidyl methacrylate: properties and application in a continuous flow

system. . Biochemical Engineering 14, 117-126.

7.BENNION, M. 1980. The Science of Food. New York: Harper and Row Publishers.

BETANCOR, L., LUCKARIFT, H. R., 2008. Bioinspired enzyme encapsulation for

biocatalysis. Trends in Biotechnology 26, 566-572.

8.BEYNUM, G., ROELS, J., 1987. Starch convertion technology. Marcel Dekker, Inc.,

USA, 5-60.

9.BRADY, D., JORDAAN J., 2009. Advances in enzyme immobilization. . Biotechnology

Letters, 31, 1639-1650.

10.BRIZUELA, L. G. 2015. Estabilización functional y operacional de enzimas

hidrolíticas de interes industrial. Centro de Estudios Biotecnológicos. Universidad de

Matanzas.

11.CHEETHAM, P. 1991. Aplicacion de los enzimas en la industria. Manual de

Biotecnologia de los Enzimas. Wiseman A (ed). Editorial Acribia. Zaragoza, 267–374.

12.CHEN, C. P. 1996. Manual del azúcar de caña: para fabricantes de la caña de azúcar y

químicos especializados. editorial Limusa

13.DINCER, A., TELEFONCU, A. 2007. Improving the stability of cellulase by

immobilization on modified polyvinyl alcohol coated chitosan beads. Journal of Molecular

Catalysis B: Enzymatic, 45, 10-14.

14.DUARTE, E. 1997. Siropes Invertidos. Pasado y presente. . Revista ATAC., 47.

15.ENCOLOMBIA.COM. alimentos, aspartamo, htm.


16.ESCOBAR, G. A. J. 1995. Photosynthèse, partition du carbone et métabolisme du

sorbitol dans les feuilles adultes de pêcher. Université de Poitiers. France.

17.FAGAIN, C. O., KENNEDY, R., 1991. Functionally-stabilized proteins-A review.

Bioteck Advance, 9, 351-409.

18.FERNÁNDEZ, P. 2010. Enzymes in Food Processing: A Condensed Overview on

Strategies for Better Biocatalysts. Enzyme Research 1-19.

19.FIGUEIRA, J., DIAS, F., SATO, H., FERNANDEZ, P., 2011. Screening of supports for

the immobilization of β-glucosidase. Enzyme Research, 1-8.

20.FLEMING, S. E. 1979. Preparation of high-fructose syrup from the tubers of the

Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.). CRC Crítical reiew in Food Science and

Nutrition, 31; 1-28.

21.FUCHS, A. 1987. Potentials for non-food utilization of fructose and inulin. .

Starch/stärke, presented at the 38th Starch Convention, 335-343.

22.GARCÍA, G. M., LÓPEZ, M. C., QUINTERO, R. R., 2000. Biotecnología de alimentos,

México.

23.HANFELD, U., GARDOSSIL, J., MAGUER, E., 2009. Understanding enzyme

immobilization. Chew soc Rev 38, 453-468.

24.HERRYMAN, M., BLANCO, G., 1999. Actualización de los costos de inversión de las

plantas de derivados. Dpto. de Evaluación Económica. ICIDCA.

25.HICKS, G. J. J. 2001. Bioquímica.Primera edición. Editorial Mc-Graw Hill,

Iberoamericana. México.

26.HOROVITZ, D., MAGALHÃES, T., ACOSTA, R. A., GIULIANI, L., PALHARES,

D., KIM, CH., PAULA, A., KERSTENESTZY, M., PIANOVSKI, M., COSTA, M.,

SANTOS, F., MARTINS, A., ARANDA, C., NETO, J., HOLANDA, G., CARDOSO JR.,

L., SILVA, C., BONATTI, R., RIBEIRO, B., 2013. Enzyme replacement therapy whith

galsufase in 34 children younger than five years of age with MPS VI. . Molecular Genetics

and Metabolism 109(1), 62-69.

27.HTTPS://PREZI.COM. sipeddeig1ch, invertasa [Online].

28.HTTPS://WWW.CLUBENSAYOS.COM. Ciencia. Hidrolisis-Sacarosa. 930692.html.

29.INEGI, I. N. D. E., GEOGRAFÍA E INFORMÁTICA., 2004. Importación de productos

derivados de la hidrólisis del almidón. México.

30.KHAN, A. A., ALZOHAIRY, M. A., 2010. Recent advances and applications of

immobilized enzymes technologies: a review. Research Journal of Biological Sciences

5(8), 565-575.

31.KRAJEWSKA, B. 2009. Properties and their customizing by enzyme immobilizations:.

A review J Mol Catal B: Enzym 59, 22-40.

32.KURUP, A. S., SUBRAMANI, H. J. HIDAJAT, K. & RAY, A.K., 2005. Optimal

design and operation of SMB bioreactor for sucrose inversion. Chemical Engineering

Journal. , 108, 19–33.

http://www.clubensayos.com/


33.LABIOFAM, E. G. 1999. UEB Glucosa Cienfuegos. PLANTA DE GLUCOSA

PROCESO TECNOLOGICO. NEIAL.

34.LABIOFAM, E. G. 2013. UEB Glucosa Cienfuegos. GLUCOSA ENZIMATICA

PROCESO TECNOLOGICO. NEMINAG.

35.LEHNINGER, A. L. 2005. Biochemistry. Second edition; eighth printing. Worth

publisher, INC; USA. 1089.

36.LINDE, D., MACIAS, I., FERNANDEZ, L., PLOU, F.J., JIMENEZ, A.,

FERNANDEZ, L. M., 2009. Molecular and biochemical characterization of a β-

fructofuranosidase from Xanthophyllomyces dendrorhous. . Appl. Environ. Microbiol. , 74,

1065- 1073.

37.LOSTIEMPOS.COM. noticias/28-04-07/28_04_07_eco2.php [Online].

38.MAILXMAIL.COM. Curso, empresa, administración empresas. [Online].

39.MARCELLI, M. M. 2000. La fructosa: más sana y más barata. Gaceta Universitaria de

la UNAM, México.

40.MARTÍNEZ, L. J., MORALES, G. F., 2007. Características cinética de la hidrolisis de

sacarosa con invertasa libre e inmovilizada. Unidad profesional interdisciplinaria de

biotecnología.

41.MINAZ 1989. Proyecto de inversión en Cuba de una planta de 7000 Ha. de Sorbitol.

42.MOEHLENBROCK, M. J., MINTEER, S. D., 2011. Introduction to the field of enzyme

immobilization and stabilization. Methods in Molecular Biology 679, 1-7.

43.MONTORO, G. S., GIL, F., NAVARRO, J., RUBIO, V., GARCÍA, F., SÁNCHEZ, Á.,

2010. Improved cross-linked enzyme aggregates for the production of desacetyl b-lactam

antibiotics intermediates. Bioresource Technology 101, 331-336.

44.MYLBÄCK, K. Invertases.

45.NASEF, M. M., SAIDI, H. & SENNA M., 2005. Hydrolysis of sucrose by radiation

grafted sulfonic acid membranes. Chemical Engineering Journal, 108, 13–17.

46.RAI, A., PRABHUNE, A., PERRY, C., 2012. Entrapment of commercially important

invertase in silica particles at physiological pH and the effect of pH and temperature on

enzyme activity. Materials Science and Engineering C. , 32, 1026-1033.

47.RAJALAKSHMI, N., SUNDARAM, P. V., 1995. Stability of native and covalently

modified papain. . Protein Engineering 8, 1039-1047.

48.ROSABAL, J. M. 1988. Hidrodinámica y Separaciones Mecánicas Tomo I.

49.ROSABAL, J. M. 2006. Hidrodinámica y Separaciones Mecánicas Tomo II.

50.RUBIO, M. C., RUNCO, R & NAVARRO, A., 2002. Invertase from a strain of

Rhodotorula glutinis. Phytoche. , 61, 605-609.

51.SALDÍVAR, S. S. 2011. Bioconversión de Almidones en Jarabes Dextrinizados,

Maltosados, Glucosadosy Fructosados. Departamento Biotecnología e Ingeniería de

Alimentos. Montevideo, Uruguay.


52.SALIHU, A., ALAMA, MD., KARIM, M., SALLEH, H., 2012. Lipase production: An

insight in the utilization of renewable agricultural residues. Resources. Conservation and

Recycling 58, 36-44.

52.SÁNCHEZ, S., DEMAIN, A. L., 2011. Enzymes and Bioconversion of Industrial,

Pharmaceutical and Biotechnological Significance. Organic Process Research

Development, 15(1), 224-230.

53.SANDAR, M., ROY, I., GUPTA, M. 2003. A smart bioconjugate of alginate and

pectinase witch unusual biological activity toward chitosan. Biotechnology Progress 19,

1654-1658.

54.SCRIBAN, R. 1985. Biotecnología; segunda edición. Editorial El Manual Moderno, S.

A. de C. V. México. 167-378.

55.SHANKAR, K. A. 2009. Immobilized invertasa Biotecnol Adv, 27, 311-322.

56.TRAN, D. N., BALKUS, K.J., 2011. Perspective of recent progress in immobilizations

of enzymes ACS Catal, 1, 956-968.

57.TSUNEYUKI, O., NAKAMURA, S., 2002. Digestion, absorption, fermentation, and

metabolism of functional sugar substitutes and their available energy. Pure Appl. Chem.

58.VANDAMME, E. J., DERYCKE, D. J., 1983. Microbial inulinases: fermentation

process, properties and applications. Laskin A. I. Adv. In Appl. Microb. , 139-176.

59.VARGAS, R. Y. M., OBAYA, V. A. E., 2005. Cálculo de parámetros de rapidez en

cinética química y enzimática.

60.VEGA, R. J., ZÚNIGA, M. E., 2012. Potential application of commercial enzyme

preparations for industrial production of short-chain fructooligosaccharides. . Journal of

Molecular Catalysis B: Enzymatic 76, 44-51.

61.WHISTLER, R. L., BEMILLER, J. N., PASCHAL, E. F., 1984. Starch: Chemistry and

Technology. Orlando, FL: Academic Press.

62.WOODWARD, J. 1988. Methods of immobilization of microbial cells. J. Microbiol.

Meth., 8, 91-102.

63.ZAJAC, P. 1984. Almidón de maíz obtención y utilización. Instituto de la Química y

Tecnología de los azucares y Alimentos. Editorial Científico- Técnica de la Habana. .

ANEXOS 57

ANEXOS

Anexo I Norma de calidad de azúcar refino “C”

La norma de calidad NC 377-2013 establecida para la zafra 2015-2016 establece.

Pol (Mínimo) = 99,65 º

Color (Máximo) = 2,70 UCH

Azucares Reductores (Máximo) =0,10 %

Humedad (Máximo) = 0,10 %

Cenizas (Máximo) = 0,10

Anexo II Norma de calidad de la glucosa (NE 01: 2012)

Glucosa monohidratada (Mínimo) 86,0 %

Fructosa (Máximo) 14,0 %

Color (Máximo) 2,9 UCH

Cenizas 0,15 %

Insolubles 0,25 %

Anexo III Norma de calidad del sirope de fructosa (NE 02: 2012)

Sólidos disueltos (o Bx) 65 - 75

pH(Máximo) 3,5

Color (Máximo) 2,5 UCH

Fructosa (Mínimo) 54 %

Glucosa (Máximo) 46 %

Anexo IV Especificaciones de calidad de la glucosa obtenida por hidrólisis ácida a

partir del almidón de maíz.

Brix……………………………81 – 83

Equivalente de dextrosa….…...36 – 40

pH……………………………..4,4 – 5,2

Color…………………………. Patrón 2 máx

ANEXOS 58

Anexo V Especificaciones de calidad de la glucosa obtenida por hidrólisis

enzimática a partir del almidón de maíz.

Brix...................................65 °Bx mín

Equivalente de dextrosa… 91,5 - 92 mín

pH…………………………4, 4 – 5, 2

SO2………………..………25 a 70 ppm

Conductividad…………….150 a 250 µS

/cm

Proteína……………………0,01 – 0,10

Color……………………... Patrón 3 máx

Anexo VI Tabla 3. Precios estimados para las materias primas, productos y

servicios auxiliares del proceso de hidrólisis de la sacarosa

Materiales y servicios

auxiliares

Precio Fuente

Ácido fosfórico ($/1000 kg) 1734,29 AZCUBA, 2016

Agua ($/m3) 0,1170 AZCUBA, 2016

Azúcar Refino ($/1000 kg) 521,35 AZCUBA, 2016

Electricidad ($/kWh) 0,25 AZCUBA, 2016

Biocatalizador ($/kg) 11,70 *Estimado por (Brizuela,

2015)

Vapor ($/1000 kg) 4,1 AZCUBA, 2016

Fructosa ($/1000 kg) 861,05 AZCUBA, 2016

Glucosa ($/1000 kg) 669 AZCUBA, 2016

ANEXOS 59

Anexo VII Esquema de las etapas del proceso de obtención del biocatalizador

invertasa- quitosana inmovilizado en un soporte de quitina - carboximetilcelulosa.

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Departamento de Ingeniería Química