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PRODUCCION DE ETANOL A PARTIR DE YUCA MEDIANTE BIOREACTOR DE TANQUE AGITADO CON 
CONTROL DE VARIABLES 
AUTOR: Qco. Msc. AMLETO LEON TÉLLEZ Y COLABORADORES 
DOCENTE INVESTIGADOR UNIVERSIDAD AUTONOMA DE BUCARAMANGA, UNAB 
Email: aleon4@unab.edu.co ó amletoleon@hotmail.com 
 
 
RESUMEN DEL PROYECTO: 
 
El proyecto consiste básicamente en producir etanol a partir del almidón aislado de la yuca raíz sin cáscara, dicho almidón 
(polisacárido de glucosa) se somete a hidrólisis química, de tal forma que se produzcan azúcares fermentables, que son 
sometidos a una fermentación anaeróbica por acción de la levadura Saccharomyces cerevisiae obteniéndose así una solución 
etanólica. 
Ambas etapas, hidrólisis y fermentación anaeróbica son realizadas en el Bioreactor de Tanque Agitado controlando las 
variables de pH, Temperatura, Agitación, Tiempos de hidrólisis y de fermentación y Concentración de sustratos. 
Los experimentos de producción de etanol en el Bioreactor están planteados de acuerdo a un diseño factorial de 
experimentos que permite el análisis estadístico de los resultados. 
 
Lo innovador del proyecto en la obtención de etanol por vía Biotecnológica a partir del almidón de yuca, es la aplicación del 
Bioreactor con control de variables para las dos etapas del proceso, hidrólisis química y fermentación anaeróbica. Estas 
etapas se realizan en forma continua, y en el mismo bioreactor; para tal efecto éste cuenta con accesos para la toma de 
muestras y para la adición de nutrientes y estabilizadores del bioproceso. 
 
 
I. INTRODUCCION 
 
Este proyecto se enmarca dentro del interés del gobierno colombiano, expresado en la Ley 693 de Septiembre 19 de 2001, 
por la cual se dictan normas sobre el uso de alcoholes carburantes, se crean estímulos para su producción, 
comercialización y consumo, y s0e dictan otras disposiciones. Dicha Ley reza así en su artículo primero: "A partir de la 
vigencia de la presente ley, las gasolinas que se utilicen en el país en los centros urbanos de más de 500.000 habitantes 
tendrán que contener componentes oxigenados tales como alcoholes carburantes, en la cantidad y calidad que establezca los 
Ministerios de Minas y Energía, y del Medio Ambiente para cada región del país”. 
 
La Resolución prevé que a más tardar el 27 de Septiembre de 2005 las primeras ciudades donde se venderá gasolina 
mezclada con etanol serán Cali, Bogotá, Medellín y Barranquilla y sus respectivas áreas metropolitanas. 
 
En Bucaramanga, Cartagena, Cúcuta y Pereira será obligatorio a partir del 27 de septiembre del 2006. Posteriormente, la 
medida se aplicará para el resto del país. 
 
De acuerdo con la Asociación de Recursos Renovables del Canadá, el agregado de un 10% de etanol al combustible trae los 
siguientes beneficios: reducción de un 30% de las emisiones de monóxido de carbono y disminución entre un 6% y un 10% 
de reducción de las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera. 
 
En este contexto, el bioalcohol surge como una fuente energética limpia y renovable; asimismo, presentan una potencialidad 
como materia prima para la síntesis del producto hoy de origen petroquímico. Por tanto, es una de las alternativas más 
atrayentes a la hora de considerar sustitutivos válidos del petróleo. 
 
 
 Dentro de los cultivos no convencionales, la yuca es uno de los más prometedores para la obtención de etanol en nuestro 
país, debido a su alto contenido de hidratos de carbono fácilmente fermentables, la rusticidad de la planta y los altos 
rendimientos obtenidos. 
 
 
II. MATERIALES Y METODOS 
 
A. AISLAMIENTO DEL ALMIDÓN DE YUCA . La extracción del almidón de la yuca se realizó de acuerdo a los 
siguientes pasos: Primero Lavado; con el fin de retirar tierra y otras impurezas que trae la yuca. Segundo, Descortizado; se 
realiza a mano, teniendo el cuidado de no retirar también parte del tubérculo con la cáscara. Tercero, Rallado; se hace con el 
fin de desintegrar las células de las raíces para dejar libre e almidón. Cuarto, Tamizado; que consistió en colar la yuca 
rallada previamente, lavándola con agua abundante, para separar el almidón de la fibra 10 mL H2O/g, yuca sin cáscara, el 
tamiz corresponde a un tamaño de grano de 0.1 mm. El almidón es arrastrado por el agua a través del tamiz y la fibra 
permanece en éste, con la cual se logra separarlo. Quinto, sedimentado; Consistió en decantar la lechada que sale del tamiz 
para separar los gránulos del agua y por último el Secado; Tanto el almidón como la fibra se secan en una estufa a 60ºC de 
temperatura y durante 24 horas. 
 
B. HIDRÓLISIS DEL ALMIDON DE YUCA 
Se realizó Hidrólisis Acida, controlando la temperatura de reacción , presión de reacción, concentración del ácido y del 
almidón. Con el almidón hidrolizado se obtienen azúcares fermentibles mediante rompimiento de las cadenas de glucosa. 
La Hidrólisis se llevó a cabo en Autoclave Marca “All American”, hecha en aluminio fundido con tubo metálico flexible de 
escape, manómetro y control de válvula, su cierre es de metal a metal sin empaques de caucho, y de volumen de 15 L. 
Los pasos que se siguieron en la Hidrólisis de almidón por vía química fueron los siguientes: Se pesó una cantidad de 
almidón para un volumen de 800mL y para una concentración dada de ácido en un erlenmeyer de 1L que fue llevado al 
autoclave x condiciones de 15 psi, durante 30 minutos a una temperatura de 120°C, terminada la hidrólisis se filtra al vacío 
y luego se determina la cantidad de azúcar obtenida. 
 Diseño de experimentos para la hidrólisis del almidón de yuca por vía química 
Diseño Factorial Completo Se utiliza en la planeación de experimentos que produzcan una información confiable en el 
menor número de ensayos. El número de experimentos que se deben efectuar es 2n donde n es el número de variables 
independientes de dicho proceso. 
Determinación de las variables y sus niveles El primer paso a seguir es la escogencia de las variables que puedan ser 
controladas durante el proceso y sus niveles mas adecuados. Después de una búsqueda bibliográfica y ensayos preliminares 
se consideran las variables más influyentes como independientes. Los demás valores de las variables del proceso se 
mantienen constantes. 
 
Los valores mas apropiados de las variables del proceso, se dan como un rango dentro del cual se determinan los niveles 
apropiados para el diseño. El nivel máximo se simboliza como (+) y el nivel mínimo como(-). La variable dependiente o 
respuesta se simboliza como Y. 
En el caso de que cada experimento se realiza como replica, la respuesta Y es el promedio de las dos respuestas, como se 
expone a continuación: 
( )Y Y Y1 11 12 2=
+
 
Y11, Y12 = Respuesta del experimento y su replica. 
Y1 = Promedio de la respuesta. 
Para poder determinar la precisión de la experimentación se hace un análisis estadístico utilizando experimentos de control. 
Con los datos del análisis estadístico se plantea el modelo matemático que describe la significación de las variables en el 
proceso. Obtenidos los anteriores resultados se calcula los efectos simples, dobles y triples de las variables como se indica a 
continuación 
De acuerdo a los ensayos preliminares las variables seleccionadas (n) y sus niveles máximos (+) y mínimos (-) para la 
hidrólisis del almidón por vía química fueron: Concentración de almidón (nivel superior 18%, nivel inferior 6%), 
Concentración de Acido Clorhídrico (nivel superior 0.10N, nivel inferior 0.05, mediante buffers), y el Tiempo de Hidrólisis 
(nivel superior 30’y nivel inferior 10’). 
 
Manteniendo constante la temperatura de 120°C, la presión de 15 psi y el volumen de hidrólisis de 800 mL. Se realizaron 
cuatro experimentos denominados de Control (simbolizados como “0” en la matriz del diseño) que no son más que cuatro 
replicas con valores de variable intermedio de a los valores superior e inferior como lo muestra la matriz del diseño con el 
fin de evaluarel límite de confiabilidad de los experimentos de la matriz de diseño factorial e identificar los efectos 
significativos de la acción de las variables en forma individual o conjunta. 
 
El Porcentaje de Rendimiento de la Hidrólisis se obtiene mediante la relación del Azúcar Teóricamente esperado con 
respecto al valor leído experimentalmente de acuerdo a la siguiente relación: 
 
 360 g de glucosa 
Y = * X gramos de almidón * 0.9 = Azúcar Teórico 
 342 g de almidón 
 
Donde: 
• 360 g de glucosa corresponden al peso de dos moléculas de glucosa que se hidrolizan de una unidad monomérica 
(maltosa) del almidón. 
• 342 g peso de una unidad monomérica de almidón. 
• 0.9 es la fracción que indica que el 90% del almidón hidrolizan a azúcar, tomando un 10% en pérdida por almidón que 
no se alcanza a hidrolizar. 
 Azúcar experimental 
% Rendimiento = * 100 
 Azúcar teórica 
 
Tabla 1. Matriz de Diseño (2n ) para la Hidrólisis del Almidón de yuca 
 
 
Experimento 
Concentración de 
HCl 
[HCl] 
(N:mol/L) 
Concentración 
de Almidón 
[AL] en (%) 
Tiempo de 
hidrólisis 
[t] en (minutos) 
 
% Rend 
1 0.05 6 10 70.4 
2 0.10 6 10 69.8 
3 0.05 18 10 71.4 
4 0.10 18 10 70.5 
5 0.05 6 30 84.3 
6 0.10 6 30 88.2 
7 0.05 18 30 77.5 
8 0.10 18 30 90.2 
9 0.075 12 20 84.8 
10 0.075 12 20 85.2 
11 0.075 12 20 84.3 
12 0.075 12 20 83.6 
 
 
C. DISEÑO DE EXPERIMENTOS PARA LA FERMENTACION ALCOHOLICA 
De acuerdo a referencias bibliograficas y ensayos preliminares las variables seleccionadas (n) y sus niveles máximos (+) y 
mínimos (-) para la fermentación de los hidrolizados de almidón a alcohol por parte del Saccharomices cerevisiae fueron: 
La Temperatura (nivel superior 37°C, nivel inferior 25°C), el pH (nivel superior 6.0, nivel inferior 4.0, mediante buffers), y 
la concentración de azúcares reductores totales (nivel superior 12%, nivel inferior 6%). Manteniendo constante la 
concentración del inoculo, flujo de aire, la concentración de sales, y el tiempo de la hidrólisis (96 horas). 
 
El Porcentaje de Rendimiento de la Fermentación Alcohólica se obtiene mediante la relación entre la cantidad real de 
alcohol producido y la esperada teóricamente en base a la concentración de azúcar de la solución a fermentar. Se expresa en 
porcentaje entre el volumen de alcohol determinado y el volumen esperado teóricamente. Si se trata de X gramos de azúcar, 
maltosa, el volumen de alcohol esperado teóricamente será: 
 
 X g de maltosa 184 g de alcohol 500 
Y = * * 
 100 mL de solución 360 g de maltosa 0.79 
 
En donde: Y = mL de alcohol teórico, 184 es el peso de 4 moléculas de alcohol etílico que por fermentación se producen a 
partir de una molécula de maltosa o dos de glucosa, 360 es el peso de una molécula de maltosa equivalente a dos de glucosa, 
0.79 es la densidad del etanol en g/mL, 500 es el volumen en mL medido para cada fermentación. 
 
 Alcohol experimental 
% Rendimiento = * 100 
 Alcohol Teórico 
 
TABLA 2. Matriz del Diseño con los experimentos de Control para la fermentación Alcohólica 
 
 
Experimento 
 
T 
 
%AZU 
 
pH 
 
% Rend 
1 25 6 4 76.2 
2 37 6 4 82.2 
3 25 12 4 84.7 
4 37 12 4 86.4 
5 25 6 6 78.2 
6 37 6 6 84.2 
7 25 12 6 85.2 
8 37 12 6 89.1 
9 32 9 5 89.3 
10 32 9 5 87.4 
11 32 9 5 88.6 
12 32 9 5 86.8 
 
 
 
 
D. BIOREACTOR DE TANQUE AGITADO 
 
Diseño y construcción del Biorreactor: El Biorreactor esta construido en acero inoxidable para asegurar la 
calidad en los procesos. Esta compuesto por un ventilador, un motor de 60 r.p.m., agitador con tres paletas 
ajustables y un cortaespuma, en la parte externa de la tapa están ubicados un manómetro, una válvula de 
seguridad, un termopozo fijo para termocupla removible (tipo J), una resistencia removible, cuatro bafles o 
cortacorrientes situados en las paredes del tanque interno, el dispersor de aire fijo en la base unido a una 
válvula de aguja, la chaqueta y tres válvulas de bola, a continuación se describen cada uno de ellos: 
 
 
 
Accesorios del Biorreactor: Sistema de enfriamiento. Este sistema permite bajar las altas temperaturas 
generadas durante el proceso de esterilización y mantenerla luego bajo la acción de la resistencia (40W) a 
una temperatura determinada. 
 
Este sistema de enfriamiento integra dos cajas elaboradas en aluminio, de las cuales una se ubica a nivel 
superior respecto a la otra. 
 
Sistema de control. Se diseñó para llevar a cabo el proceso de esterilización, mantener la temperatura 
óptima durante el tiempo de desarrollo y crecimiento de la levadura en el Biorreactor, control del sistema de 
agitación, encendido y apagado de motobombas de acuerdo a los requerimientos. 
 
Visualizador. Para seleccionar este dispositivo se procedió a buscar en el mercado un control 
electrónico de temperatura específico para las condiciones de trabajo de la termocupla tipo J, la cual 
maneja un rango de temperatura de 0ºC a 400º C. El modelo XMTA – 93301 fue el que mejor se 
adaptó a las necesidades de funcionamiento del sistema de control del Biorreactor; el cual maneja un 
voltaje de trabajo de 110V y una frecuencia de 50/60Hz. 
 
 
III. RESULTADOS 
 
A. RESULTADOS DEL AISLAMIENTO DEL ALMIDON DE YUCA 
 
Tabla 3. PORCENTAJES DE EXTRACCIÓN DE ALMIDON DE YUCA SEGÚN METODOLOGIA 
PESO YUCA 
INICIAL 
(g) 
PESO 
CASCARA 
(g) 
PESO YUCA 
SIN 
CASCARA 
(g) 
PESO 
ALMIDON 
EXTRAIDO 
(g) 
% ALMIDON 
(BASE YUCA 
SIN 
CASCARA) 
%RENDIMIENTO
(% ALMIDON 
TEORICO: 45%) 
Muestra N°1: 
2280.6 
323.7 1956.9 743.3 38.0 84.0 
Muestra N°2: 
3423.4 
418.2 3005.2 1241.1 41.3 91.7 
Muestra N°3: 
2876.4 
326.6 2519.8 1047.4 41.5 92.4 
VALORES PROMEDIOS 
2860.1 356.2 2493.9 1010.6 40.2 89.3 
 
 
TABLA 4. COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL ALMIDON EXTRAIDO 
 
MUESTRA 
ANALISIS Muestra N°1 Muestra N°2 Muestra N°3 
VALOR 
PROMEDIO 
% HUMEDAD 6.4 6.1 5.7 6.06 
% PROTEINA 0.22 0.31 0.24 0.25 
% GRASA 0.10 0.12 0.14 0.12 
% CENIZAS 0.20 0.21 0.16 0.19 
% FIBRA 0.10 0.10 0.10 0.10 
% 
CARBOHIDRATO 
93.0 93.1 93.7 93.3 
 
 
 
B. RESULTADOS DE LA HIDRÓLISIS DEL ALMIDON 
Tabla 5. Martiz del Diseño con los experimentos de Control 
 
Experimento 
Concentración de 
HCl 
[HCl] 
(N:mol/L) 
Concentra-ción 
de Almidón 
[AL] en (%) 
Tiempo de 
hidrólisis 
[t] en (minutos) 
 
% Rend 
1 0.05 6 10 70.4 
2 0.10 6 10 69.8 
3 0.05 18 10 71.4 
4 0.10 18 10 70.5 
5 0.05 6 30 84.3 
6 0.10 6 30 88.2 
7 0.05 18 30 77.5 
8 0.10 18 30 90.2 
9 0.075 12 20 84.8 
10 0.075 12 20 85.2 
11 0.075 12 20 84.3 
12 0.075 12 20 83.6 
 
MODELO MATEMÁTICO DE LA HIDRÓLISIS DEL ALMIDON DE YUCA 
2131 2.25.1452.478.77dimRe% XXXXienton +++= + 3.77X1X3 + 2.12X1X2X3 
025.0
075.0
1
−
=
HClX 
6
12
2
−
=
AX 
10
20
3
−
=
tX 
 
C. RESULTADOS DE LA FERMENTACIÓN ALCOHOLICA 
 
 
Experimento 
 
T 
 
%AZU 
 
pH 
 
% Rend 
1 25 6 4 76.2 
2 37 6 4 82.2 
 
3 
 
25 
 
12 
 
4 
 
84.7 
4 37 12 4 86.4 
5 25 6 6 78.2 
6 37 6 6 84.2 
7 25 12 6 85.2 
8 37 12 6 89.1 
9 32 9 5 89.3 
10 32 9 5 87.4 
11 32 9 5 88.6 
12 32 9 5 86.8 
 
Modelo Matemático resultante de la fermentación Alcohólica 
 
%Rendimiento = 83.2 + 4.4X1 + 6.1 X2 + 1.8 X3 - 1.6 X1 X2 
7
32
1
−
=
TX 
0.5
0.9
2
−
=
AX 
53 −= pHX 
 
 
IV. DISCUSIÓN DE RESULTADOS 
Los resultados del análisis de la yuca raíz sin cáscara, nos muestra alto contenido de carbohidratos, diferentes 
a los carbohidratos de la fibra, representados por la ENN (Extracto No Nitrogenado = almidón, pectina y otros 
azúcares) que fue del orden del 86.5 en promedio, representado fundamentalmente por el porcentaje de 
almidón, para nuestros propósitos nos resulta significativamente importante, toda vez que, el ENN es de fácil 
fraccionamiento hidrolítico, generando así concentraciones altasde azúcares reductores totales con alto 
potencial de conversión a etanol por acción de las levaduras especializadas para tal efecto. 
-De acuerdo al Ministerio de Agricultura, Colombia en el 2001 produjo 2 millones de toneladas de yuca, en 
180.000 Ha de cultivo, de las cuales se desperdician alrededor del 5%, lo que corresponde a 100.000 
toneladas de yuca, con un valor potencial muy alto para producir etanol. 
-De acuerdo a los resultados obtenidos del análisis del contenido de almidón en la yuca que está del orden del 
80%, se tienen entonces 80.000 tonelada de almidón que teóricamente se pueden obtener unos 240.000 metros 
cúbicos de etanol. 
 
 
- Los porcentajes de almidón obtenidos, producto del aislamiento para tres muestras de Yuca, de acuerdo a la 
metodología descrita fueron de : 38.0, 41.3 y 41.5 para un promedio de 40.2%. El contenido total de 
carbohidratos del almidón de yuca es del orden del 93%, lo que lo hace un excelente sustrato para la 
obtención de azúcares simples. 
 
- El la hidrólisis del almidón de yuca se encontró un máximo rendimiento del 90.2% a las condiciones 
siguientes: Concentración de Ácido Clorhídrico 0.1 N, % de Almidón de 18% y un tiempo de Hidrólisis de 30 
minutos, dichas condiciones son fáciles de reproducir. 
 
- El modelo matemático que describe el proceso de hidrólisis contiene las variables con sus efectos 
individuales, dobles y triples. Demostrando la susceptibilidad del proceso a los cambio de los valores de 
variables. El efecto mayor es el relacionado con la acción conjunta entre las concentracines de almidón y 
ácido clorhídrico lo que significa que éstas es la variable de mayor significado. 
 
- En la fermentación de los azúcares reductores por la Saccharomyce cerevisiae el mejor de los experimentos 
fué a las condiciones de pH 6.0, concentración de azúcares reductores totales de 12g/100mL y temperatura de 
37°C con un rendimiento del 89.1% equivalente a 6.4% de etanol. 
En el modelo matemático resultan como variables significativas la temperatura, el pH y la concentración de 
azúcar, al igual con las variables conjuntas u efectos dobles de la temperatura y porcentaje de almidón. 
 
- Los resultados de esta investigación demuestran claramente que es factible realizar la fermentación del 
almidón de Yuca en etanol a través de una previa hidrólisis ácida del almidón y de un organismo de 
fermentación del azúcar que no digiere el almidón como el Saccharomyces. 
 
- En el diseño y puesta en marcha del Bioreactor de tanque agitado con variables de control cumplió, dentro 
de las limitaciones propias del diseño, controlar las más importantes variables del proceso como la 
Temperatura, tiempo de reacción, Velocidad de Agitación, concentración celular, flujo volumétrico, 
Productividad, Concentraciones de biomasa y sustrato en el equilibrio en las fases de hidrólisis y 
fermentación. 
 
V. RECONOCIMIENTOS 
A las Ingenieras en Biorecursos; Liliana Corredor Silva, Marcela Forero Oses y Cristina Amparo Novoa 
Jaimes de la Universidad Manuela Beltrán, en el Diseño y Control electrónico del Bioreactor de tanque 
agitado. 
 
 
 
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