223120661006

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ICIDCA. Sobre los Derivados de la Caña de
Azúcar
ISSN: 0138-6204
revista@icidca.edu.cu
Instituto Cubano de Investigaciones de los
Derivados de la Caña de Azúcar
Cuba
Bello, Daniel; García, Roxana; Otero, Miguel A.; Saura, Gustavo
Fermentación alcohólica con jugo de caña mezclado en Heriberto Duquesne
ICIDCA. Sobre los Derivados de la Caña de Azúcar, vol. XXXIX, núm. 2, mayo-agosto, 2005, pp. 29-
34
Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar
Ciudad de La Habana, Cuba
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ICIDCA No. 2, 2005 29
Daniel Bello; Roxana García; Miguel A. Otero, Gustavo Saura
Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar (ICIDCA)
e.mail: miguel.otero@icidca.edu.cu
RESUMEN
Se evaluaron dos cepas industriales de Saccharomyces cerevisiae en la producción de
etanol a partir de jugos en la Empresa Mielera Heriberto Duquesne de la provincia de
Villa Clara. La cepa Turbo, de procedencia sueca y desarrollada con propósitos específi-
cos de producción de etanol, alcanzó una concentración de etanol en el medio fermen-
tado 36 % superior a la Collico de propósitos panaderos, en presencia de 0.1 g/L de fos-
fato y sulfato diamónico. En ausencia de las sales, estas concentraciones se redujeron en
71 y 52 %, respectivamente. 
Palabras clave: Saccahromyces cerevisiae, etanol, fermentación alcohólica, levadura
panadera
ABSTRACT
Two industrial strains of Saccharomyces cerevisiae were evaluated in ethanol production
from sugar cane juices in the Molasses enterprise Heriberto Duquesne in Villa Clara pro-
vince. Turbo yeast strain from Sweden and specially developed for ethanol production,
reached an ethano concentration in fermented broth a 36 % higher than that obtained by
Collico strain for bakery in presence of 0.1 g/L of diamonic phosphate and sulphate. In
salt absence the yield were reduced in 71 and 52 % respectively.
Key words: Saccahromyces cerevisiae, ethanol, etanol fermentation, baker`s yeast
INTRODUCCIÓN
La industria cubana de alcohol ha sido
totalmente dependiente de las fábricas de
azúcar para obtener su materia prima fun-
damental: las mieles finales de caña. Éste es
un aspecto de importancia con relación a la
producción de alcohol. Hasta el presente no
ha habido un impulso empresarial al
empleo de sustratos diferentes de las mie-
les. Sin embargo, con el presente escenario
de la producción azucarera y de etanol en
Cuba, la necesidad de acudir a otros sustra-
tos ha devenido imprescindible para cum-
plimentar la demanda creciente del com-
bustible y anticipar la ya real escasez de
mieles finales como materia prima (2).
Dejando a un lado la producción de etanol a
partir del etileno, existen en la actualidad
tres grupos de materias primas: 
• Remolacha, caña de azúcar, sorgo dulce y
frutas (7, 11)
• Materiales amiláceos tales como maíz,
millo, trigo, arroz, patatas, yuca, boniato,
etc. (3, 4, 5, 6), y 
• Materiales celulósicos como: madera,
papel reciclado, residuos de cosecha, etc
(1, 4, 9, 10). 
No obstante, la producción de etanol de
lignocelulósicos aún no existe a escala
comercial. 
En vista de lo anterior, el empleo de can-
tidades equivalentes de jugo de caña, espe-
cialmente jugos secundarios, directamente
para la fermentación y producción de eta-
nol, parece ser la más económica y revalori-
zadora de las alternativas para las fábricas
de azúcar (8). El jugo secundario posee
menos azúcar y arrastra impurezas. Esto
requiere cantidades sustanciales de vapor
para la evaporación e induce mayores car-
gas durante la refinación. Si se deriva este
jugo secundario a la producción de etanol,
esto ayudaría la operación del ingenio en:
• Reducir la carga de evaporación de este
jugo diluido, reduciendo al mismo tiempo
el consumo de vapor
• Producción de azúcar de mayor calidad al
utilizar los jugos secundarios para la pro-
ducción de etanol y, 
• Generación de valores adicionales en tér-
minos de producción y venta de etanol 
Por medio de esto, cada ingenio azucare-
ro será capaz de cumplimentar sus deman-
das de producción de azúcar a partir de los
jugos primarios y producir alcohol simultá-
neamente a partir de los jugos secundarios
durante la campaña de molida. 
El objetivo del presente trabajo es inves-
tigar a escala industrial, la posibilidad de
fermentar jugos secundarios en la Empresa
Mielera “Heriberto Duquesne”, con la finali-
dad de su posterior introducción comercial.
MATERIALES Y MÉTODOS
Microorganismo
Fueron evaluadas dos cepas de levadu-
ra Saccharomyces cerevisiae seca activas
comerciales, a saber: Turbo yeast, produc-
tora de etanol y Collico, de panificación,
de procedencia chilena. La primera sumi-
nistrada por Quimizuk SA, en tanto la
segunda fue adquirida en el mercado
nacional.
Propagación
Ambas cepas fueron propagadas en un
fermentador de 2 L Biotec a temperatura
entre 30 y 32 °C. El pH fue controlado entre
3.5 y 3.8 por medio de la combinación de
sales nutrientes (1.68 g/L de fosfato diamóni-
co, 0.76 g/L de urea y 1.59 g/L de sulfato dia-
mónico). El flujo aire fue mantenido a 1 vvm
y la agitación en 450 rpm. Se efectuó, igual-
mente, una propagación a escala de 30 L uti-
lizada para la siembra del primer pre-fer-
mentador de la destilería. En las propaga-
ciones a escala de 2 L se determinó cada
hora la materia seca gravimétrica y el con-
teo celular cada 2 horas para estudiar la
cinética de crecimiento. En todos los casos,
la propagación se efectuó con concentra-
ción de azúcares reductores totales (ART)
de 30 g/L. 
Fermentación alcohólica
La levadura propagada aeróbicamente
fue utilizada para inocular frascos de 1 L
con 300 mL de medio de fermentación com-
puesto por diferentes variantes de sustrato:
• Jugo de los filtros (JF), jugos diluidos (JD) y
miel final en relación de 75 % de los azúca-
res aportados por los jugos (60 % JD y 40 %
JF) y 25 % por la miel final. Adición de
sales nutrientes (fosfato y sulfato de amonio
en concentraciones de 0.1 g/L).•
Condiciones idénticas a las anteriores
pero sin adición de sales
ICIDCA No.2, 200530
Las muestras fueron dejadas estáticas a
temperatura ambiente (30 °C) por 20 horas.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Los ajustes de los medios de fermenta-
ción empleados en todos los experimentos
se llevaron a cabo a partir de los datos de
composición de los jugos y la miel final del
día. Las tablas 1 y 2 muestran el resumen de
los análisis disponibles de ambos sustratos.
La fermentación de jugos de caña es un
proceso establecido en las destilerías de
Brasil desde hace años como parte de su
programa nacional de alcohol. Sin embargo,
en nuestro país solamente se han realizado
pruebas a escala de laboratorio y en condi-
ciones lejanas a las de una destilería típica.
La figura 1 muestra el esquema previsto
para la realización de la prueba industrial
de fermentación de jugos en la destilería de
la Empresa Azucarera “Heriberto
Duquesne”, sita en el municipio de
Remedios en la provincia de Villa Clara. El
jugo de la desmenuzadora (primer molino)
se destina íntegramente a la producción de
azúcar, en tanto los jugos de los molinos 2,
3 y 4, mezclados con los jugos de los filtros
de cachaza se emplearán en la fermentación
alcohólica. Es de destacar, que en todos los
casos, la levadura en los pre-fermentadores
fue propagada con miel final exclusivamen-
te. 
Antes de enfrentar la fermentaciónalco-
hólica es preciso estudiar las potencialida-
des de propagación de las cepas candidatas
a su introducción en la fábrica. La etapa de
propagación reviste vital importancia pues
de ella depende el estado fisiológico del
microorganismo y las posibilidades de una
ICIDCA No. 2, 2005 31
Tabla 1. Composición de las mieles finales tributadas a la destilería de la EA 
“Heriberto Duquesne” entre los días 23 y 28 de febrero del 2005 
 
 23-02 24-02 25-02 26-02 27-02 28-02 MEDIA 
Densidad 1.410 1.415 1.412 1.413 1.456 1.450 1.426 ± 0.017 
Brix 80.00 80.60 80.14 80.28 86.66 86.0 82.33 ± 2.58 
pH 6.1 5.9 5.7 5.8 5.7 5.7 5.82 ± 0.13 
Lodos 4.80 6.74 10.34 7.90 7.44 7.00 7.37 ± 1.44 
RLibres 15.10 13.16 17.21 17.17 17.12 15.02 15.80 ± 1.32 
RTotales 61.69 61.76 61.77 61.21 61.36 56.15 60.66 ± 1.78 
Sacarosa 44.26 46.18 42.32 41.84 42.03 39.08 42.62 ± 1.92 
AzTot 59.36 59.33 59,54 59.01 59.14 54.09 58.41 ± 1.70 
AzFerm 58.79 58.68 58.68 58.13 58.28 53.61 57.70 ± 1.62 
RInferm 2.9 3.1 3.1 3.1 3.1 2.5 2.96 ± 0.17 
Tabla 2. Composición de jugos de la EA Heriberto Duquesne durante la zafra 2003-2004 
 
JUGO °BRIX POL PUREZA LODOS, %* 
Desmenuzadora 19.66 16.99 86.36 ND 
Jugo Mezclado molinos 2,3,4 14.85 12.71 85.73 9.80 
Jugo Mezclado filtros 14.72 12.56 85.34 8.72 
Filtros 13.63 11.53 80.95 18.30 
*determinados para el presente informe 
Figura 1. Esquemas de producción de jugos para
la fermentación alcohólica en la destilería de la
EA “Heriberto Duquesne”
fermentación eficiente, en un proceso no
aséptico.
La tasa máxima de crecimiento (µmax)
de una población microbiana en un medio
de composición dada, caracteriza a esa
población desde el punto de vista cinético.
Las dos cepas en estudio fueron propagadas
aeróbicamente sobre un medio compuesto
exclusivamente por miel final de caña y
sales nutrientes. La figura 2 muestra el com-
portamiento de la cepa alcoholera turbo de
la especie Saccharomyces cerevisiae. Bajo
las condiciones establecidas, es de esperar
la formación de etanol por desviación del
metabolismo producto del efecto Pasteur
típico de este género. Un patrón similar se
obtuvo con la levadura panadera seca activa
Collico, como puede observarse en la figura
3. Se observa de la comparación de ambas
figuras, una pendiente mayor en el caso de
Turbo lo que sugiere una mayor tasa de cre-
cimiento en esta cepa. La determinación
gráfica de la µmax en ambos casos, eviden-
ció diferencias significativas entre ambas
cepas, obteniéndose 0.28 h-1 y 0.14 h-1 para
Turbo y Collico, respectivamente. Los valo-
res de rendimiento biomasa-sustrato (Yx/s)
no mostraron, sin embargo, diferencias
entre ambas, obteniéndose valores en el
entorno de 0.21 en los dos casos. Los valo-
res obtenidos de µmax no corresponden a la
realidad de las cepas en cuestión, por ser
utilizado parte del sustrato en el crecimien-
to anaeróbico, mucho menos eficiente que
la respiración. Es preciso estudiar la propa-
gación en concentraciones de azúcar más
bajas para evitar el desvío del metabolismo. 
Se ensayó la influencia del nutriente
QZ-350 sobre esta etapa, con el objetivo de
potenciar el estado fisiológico del inóculo.
La figura 4 muestra el comportamiento de la
levadura Turbo en presencia de éste. El
incremento de la concentración celular es
de sólo 6 %, sin embargo, la µmax aumenta
hasta 0.31 h-1, 11 % superior al de la cepa
sin nutriente. Cuando se incrementó la con-
centración de nutriente hasta 0.05 g/L, la
concentración superó 6.5 g/L y el conteo
celular se elevó hasta 2.47 x 108. 
Fermentación de jugos
A partir de los experimentos de propaga-
ción de las dos cepas en estudio, se prepara-
ICIDCA No. 2, 200532
Figura 2. Curvas de crecimiento y multiplica-
ción de Saccharomyces cerevisiae Turbo en miel
final de caña. Composición del medio: ART =
30 g/L, temperatura = 30-32 °C, pH = 3.5-4.0,
aire = 1 VVM/450 rpm 
Figura 3. Curvas de crecimiento y multiplica-
ción de Saccharomyces cerevisiae Collico en
miel final de caña. Composición del medio: ART
= 30 g/L, temperatura = 30-32 °C, pH = 3.5-4.0,
aire = 1 VVM/450 rpm 
Figura 4. Curvas de crecimiento y multiplica-
ción de Saccharomyces cerevisiae Turbo en miel
final de caña suplementada con 0.03 Kg/m3 de
QZ-350. Composición del medio: ART = 30 g/L,
temperatura = 30-32 °C, pH = 3.5-4.0, aire = 1
VVM/450 rpm 
ron frascos de 1 L con 300 mL de medio con-
formado por 45 % de jugo mezclado, 30 %
de jugo de filtros y 25 % de miel final de
caña. Los medios fueron suplementados con
sulfato y fosfato de amonio en concentracio-
nes de 0.01 g/L con el objetivo de estudiar la
influencia de la adición de sales en la etapa
de fermentación. La tabla 3 muestra los
resultados obtenidos.
La comparación entre ambas cepas mos-
tró diferencias significativas a favor de
turbo yeast para α ≤ 0.05, tanto en la versión
con sales como sin ellas. Es importante des-
tacar que esta levadura es específica para la
fermentación alcohólica no así la Collico
que es una levadura de panificación. Con
relación a la adición de sales como tal, se
manifestaron también diferencias significa-
tivas a favor de su uso, cualquiera sea la
levadura utilizada. En la actualidad la desti-
lería de la Empresa Azucarera “H.
Duquesne”, adiciona sales en la etapa de
fermentación. Otro aspecto a favor del uso,
es el mayor agotamiento del sustrato, lo que
tiene importancia no sólo económica al
inducir un mayor agotamiento del sustrato,
sino también ecológica por disponer vina-
zas de menor grado de contaminación.
Una vez demostrado el efecto positivo de
la adición de sales y la superioridad de la
cepa Turbo con relación a la Collico, se pro-
cedió a su propagación a escala de fábrica, en
la búsqueda de su adaptación a la escala
industrial en las condiciones de producción
establecidas en la destilería. A estos efectos,
se preparó un tanque con 30 L de medio al
que se le proveyó de aireación y se inoculó
con el contenido total del fermentador de 2 L
para una relación de inoculación de 1:15.
Para asegurar un estado fisiológico ópti-
mo del microorganismo, se adicionó al
medio 0.05 g/L de estimulador de creci-
miento QZ-350, ligeramente superior al
utilizado en los experimentos previos,
además de las correspondientes sales de
forma que la fuente de carbono fuese el
sustrato limitante. La propagación fue lle-
vada a cabo por 9 horas, alcanzándose
una concentración celular de 247 millo-
nes/mL correspondientes a una materia
seca de 6.5 g/L. 
El contenido íntegro del tanque fue utili-
zado en la siembra del pre-fermentador 1 de
la fábrica sobre un lecho de 600 L de medio
de miel final a 7 °bx y las sales nutrientes
necesarias para la propagación. La tabla 4
muestra el comportamiento del pre-fermen-
tador de 12 m3. 
A partir del completamiento del pre-
fermentador 1, se extrajeron 2/5 partes del
mismo para inocular el pre-fermentador 2
y se adicionó medio fresco hasta completar
la propagación. El pre-fermentador 2 por
su parte, siguió el mismo esquema con
relación al pre-fermentador 3. Una vez ter-
minada la propagación en el 1, se inoculó
el fermentador industrial de 100 m3 No. 6
para comenzar la fermentación alcohólica
a escala industrial. En el marco de 24
horas, la sala de fermentación estaba ocu-
pada completamente por la nueva cepa
Turbo yeast.
ICIDCA No. 2, 2005 33
Tabla 3. Fermentación de mezclas de jugo y 
miel con las cepas Turbo y Collico en 
presencia de sales nutrientes. 
 
Condiciones Etanol 
% 
ART 
inic, 
g/L 
ART 
fin, 
g/L 
Yp/s, % 
Turbo yeast 
Con sales 6.84 131 18 60.49 ± 2.87 
Sin sales 4.00 131 50 49.38 ± 2.43 
Collico 
Con sales 5.02 131 13 42.54 ± 0.33 
Sin sales 3.29 131 35 34.27 ± 0.21 
Tabla 4. Comportamiento del prefermentador 
1 de la EA “H. Duquesne” inoculado con la 
levadura Turbo sobre miel final de caña. 
 
HORA °BRIX TEMPERATURA, °C 
11:20 13.11 28 
13:20 13.11 28 
15:20 13.11 28 
17:20 13.11 28 
19:20 13.16 28 
21:20 12.56 29 
23:20 11.76 29 
01:20 9.71 29 
03:20 7.63* 31 
05:20 13.03 34 
07:20 11.00 32 
09:20 9.96 33 
*elevación del volumen de propagación a 12 m3 
 
Composicióndel alcohol destilado a escala
de laboratorio e industrial
El etanol producido a escala de laborato-
rio a partir de la mezcla de sustratos en pre-
sencia de sales, fue destilado y analizado en
su composición. La tabla 5 ofrece los resul-
tados obtenidos.
CONCLUSIONES
La utilización de jugos secundarios de la
fábrica de azúcar en mezclas con pequeñas
cantidades de miel de caña permite el incre-
mento de la concentración de etanol en la
batición fermentada. 
El empleo de cepas de levadura produc-
toras específicas de etanol, influye positiva-
mente en la concentración alcohólica del
medio.
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Tabla 5 Composición de etanol destilado a partir de la fermentación mezcla de sustratos y por 
la levadura Turbo yeast 
 
ANÁLISIS FERMENTACIÓN 1* FERMENTACIÓN 2** FERMENTACIÓN 3*** 
Grado 8.6 14.3 ND 
Acetaldehído, g/100 l 26.95 23.44 0.74 
Acetato de etilo, g/100 l 20.61 27.77 3.98 
Propanol, g/100 l 11.02 19.13 1.97*** 
Isobutanol, g/100 l 28.33 23.52 2.12*** 
Isoamílico, g/100 l 103.17 59.57 8.48*** 
 *fermentación a escala de laboratorio; ** fermentación industrial; *** expresado en g/l