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1 Obtención de licores destilados a partir de frutos exóticos nacionales Danna Milena Marín Mena 201615476, John Mario Díaz Bautista 201415523 Asesor: Nicolás Ríos Ratkovich Departamento de Ingeniería Química, Universidad de los Andes, Bogotá, Colombia RESUMEN La destilación artesanal es una práctica popular en las regiones del caribe y el pacífico colombiano, allí se encuentran productos destilados como el chirrinche, viche, tomaseca, entre muchos otros. Sin embargo, estos productos no presentan registro sanitario ni cuentan con un proceso estandarizado obteniendo bebidas con múltiples variaciones sensoriales debido a la materia prima usada, al igual que pueden presentar contenidos variables y no permisibles de etanol, metanol, plomo y cobre. Por tanto, es necesario una mejora en el proceso, especialmente considerando que Colombia tiene una gran diversidad de frutos que pueden ser utilizados como materia prima para la obtención de licores. Considerando lo anterior, se realizó un análisis del proceso para la obtención de destilados frutales y diferentes tipos de gin a partir de materia prima exótica colombiana y de uso cotidiano. Se obtuvo destilados frutales de higos y gulupa con un contenido alcohólico de 20 % v/v, licor de miel con 32 % v/v y ginebras de 40 % v/v; los cuales fueron evaluados bajo estándares organolépticos de la chef y sommelier Laura Hernández Espinoza, directora de la fundación FunLeo. Finalmente, se estimó que cada uno de los destilados es replicable y reproducible contando con un alto potencial comercial y social debido a la materia prima seleccionada. KEYWORDS: Alcohol, Cabeza, Corazón, Cola, Colombia, Destilación, Fermentación, Frutas exóticas, Grados brix. NOMENCLATURA °Bx Grados brix NA No aplica o no se ha llevado a cabo % v/v Porcentaje volumen/volumen TR Tiempo de retención ºC Grados Celsius T Temperatura atm Medida de presión (atmósfera) ppm Partes por millón 1. INTRODUCCIÓN La destilación es una operación unitaria de transferencia de masa que consiste en separar los componentes que forman mezclas líquidas miscibles aprovechando las diferencias de puntos de ebullición. Esta técnica de separación consiste en calentar la mezcla hasta la evaporación de los compuestos más volátiles mientras los fondos líquidos contienen los compuestos menos volátiles, llevándose a cabo de manera industrial en columnas de destilación donde el líquido cae por gravedad a la etapa inferior mientras el vapor asciende a la etapa superior. De esta manera, las corrientes líquida y gaseosa se mezclan en cada etapa para transferir masa y llegar al equilibrio, por lo que los compuestos menos volátiles en el vapor se condensan mientras los compuestos más volátiles en el líquido se evaporan. Esta operación es ampliamente utilizada en la industria en las áreas petroquímicas, farmacológicas, alimentarias, de salud y belleza, entre otros. Adicionalmente, se han incluido algunos elementos o técnicas para maximizar la eficiencia de la operación con la inclusión de campanas de burbujeo, platos perforados, reflujo, precalentamiento de la alimentación y la adaptación del proceso de destilación a un proceso continuo [1]. La destilación no es una técnica nueva, su origen se remonta al antiguo Egipto, donde el agua se potabilizaba al calentar agua de mar en calderos cubiertos para luego recoger el condensado. Y, con el paso del tiempo, el alambique surge gracias a los alquimistas griegos como equipo estandarizado para la obtención de esencias y 2 sustancias medicinales, sin embargo, la técnica era bastante limitada dado que desconocían la existencia de los disolventes y el ácido más fuerte conocido era el vinagre, por tanto, no era posible recuperar compuestos de bajo punto de ebullición como el alcohol a pesar de ya conocerse bebidas alcohólicas como el vino y la cerveza. Años después, se adicionó el condensador y se mejoró la técnica al controlar la temperatura de salida del alambique, así pues, obtener sustancias de bajo punto de ebullición como el etanol [1] y otros alcoholes fue posible. Desde entonces, la producción de bebidas alcohólicas ha crecido enormemente manteniéndose hasta la actualidad como una de las industrias que genera mayores utilidades a nivel mundial. La destilación de licores en su mayoría es antecedida por un proceso de fermentación alcohólica, este último es el resultado de las interacciones de diversas variables que se pueden agrupar en 3 fases: química, física y biológica [2]. La primera fase está relacionada directamente con la composición de mosto inicial, esta composición depende de la cantidad de azucares presentes en la materia prima debido al tipo de fruta, su preparación o de la combinación de estas. La Ilustración 1 muestra la ruta metabólica general de la fermentación alcohólica, cabe destacar que la fructosa es un isómero de la glucosa y, por otro lado, en algunos casos es necesario un proceso de hidrólisis previo que permita romper los enlaces de diferentes polisacáridos, por ejemplo, almidón e inulina (principales agentes fermentativos de bebidas como el vodka o el tequila), que permita liberar las moléculas de glucosa y así seguir la ruta general. Ilustración 1. Ruta de fermentación alcohólica [3]. La segunda fase, física, refiere a lo relacionado con las condiciones tecnológicas y de control de proceso, y teniendo en cuenta las preferencias tanto del consumidor habitual y expertos en bebidas destiladas, se sabe que en ambos casos se busca una bebida sin sólidos suspendidos con un perfil aromático y buen sabor en boca. Esto requiere un proceso previo de filtrado del mosto, puesto que al eliminar los sólidos se evitan características desagradables en el mosto fermentado, por otro lado, el control de la temperatura permite una mejor expresión de las sustancias volátiles aromáticas contribuyendo así a obtener un mosto con características propias de la materia prima inicial, igualmente es necesario controlar el aire en el tanque de fermentación, esto implica un diseño especial (si se desea optimizar el proceso), ya que estos gases oxidan y provocan la ralentización de la fermentación, inicios lentos y paradas frecuentes del proceso fermentativo [2]. Por último, la fase biológica implica las interacciones entre las diferentes cepas de levaduras presentes en el mosto, los problemas de optimización pueden tener su origen en las diferentes fases, sin embargo, en cualquier caso, la población de levaduras se ve disminuida debido en gran parte a la producción de sustancias tóxicas como ácidos y ésteres que son sintetizadas por ellas mismas. Generalmente, luego del proceso se obtienen mostos fermentados con concentraciones que van desde 7 al 12% v/v de etanol dependiendo del rendimiento de la fermentación. Sin embargo, en este proceso también se producen otros alcoholes además del etanol debido a las diferentes interacciones ya mencionadas, de manera que no todo el mosto es de interés y se hace necesaria la separación de los compuestos resultantes. La destilación del mosto se lleva a cabo aumentando la temperatura de este y mediante los diferentes puntos de ebullición, cada compuesto se volatiliza dependiendo de la temperatura alcanzada, mediante este proceso se separan los alcoholes deseados del resto de compuestos controlando la temperatura y conduciendo los vapores a través de un serpentín, donde se baja la temperatura ya que pasa a través de un condensador y se obtiene el compuesto de interés en fase liquida, tal como muestra a grandes rasgos la Ilustración 2. 3 Ilustración 2. Representación gráfica del proceso de destilación [4] En la industria licorera, la separación de estos compuestos se conoce con el nombre de cortes, estos se separan en: cabeza, corazón y cola, siendo la cabeza el primer destilado cuyo rango de temperatura es T <70°C la cualcuenta con los alcoholes más volátiles, entre ellos el metanol; el corazón, el segundo corte el cual tiene el compuesto de interés (etanol) tiene un rango de temperatura de 70°C < T< 80°C y la cola es la última fracción de destilado con los compuestos menos volátiles como el conjunto de alcoholes de alto peso molecular llamados aceites de fusel (propanol, butanol, etc.) que en su gran mayoría son causantes de la resaca y se volatilizan a temperaturas 80°C < T [5]. El compuesto de interés que se encuentra en el corazón del destilado es el etanol, este es un líquido incoloro, volátil con un olor característico y sabor picante cuyo punto de ebullición a 1 atm se encuentra a 78,3 °C. Al igual que el etanol, el metanol cuenta con las mismas propiedades organolépticas, sin embargo, su punto de ebullición a 1 atm es 65,5 °C, por esto, se debe tener un buen control en la temperatura a la hora de realizar los cortes anteriormente mencionados. Especialmente, porque el principal peligro del metanol se debe a su oxidación en ácido fórmico, esta oxidación se sabe que puede ser inhibida por etanol pues este es metabolizado de manera muy específica y desintoxica al organismo de metanol por medio de la respiración. Por otro lado, dado que el corazón se obtiene a temperaturas cercanas al punto de ebullición del etanol, es importante mencionar que la concentración de este aumenta significativamente pues teóricamente es la única sustancia que se volatiliza; esta concentración depende de la tecnología con la que se cuente ya que con diferentes alambiques se pueden lograr mejores corazones y concentraciones más altas, sin embargo, se podrá obtener hasta una concentración de 95,5 % v/v (a 1 atm) debido a que allí se encuentra el punto azeotrópico de esta mezcla, en este punto la sustancia se comporta como si fuera una sustancia pura e inmiscible, es decir que su punto de rocío y burbuja son iguales y no es posible separar la sustancia, cabe aclarar que concentraciones más altas son posibles, sin embargo requieren un alto coste energético y tecnológico. El uso de los alambiques de cobre, por ejemplo, aún se encuentra vigente e incluso es utilizado en la producción de las bebidas más reconocidas como el coñac o Armagnac. Sin embargo, algunas industrias lo han sustituido por equipos de acero inoxidable al ceder a las presiones del mercado y, si bien estos últimos equipos son más eficientes, se ven afectadas las características organolépticas del destilado [5]. Para entender esto, es importante añadir el concepto de congéneres, siendo aquellos compuestos presentes en el mosto en muy pequeñas cantidades (diferentes a los alcoholes), generados principalmente por la fermentación y cuya proporción depende de las condiciones de fermentación y calidad de las materias primas. En la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. se listan algunos de ellos con sus respectivos puntos de ebullición: Tabla 1. Congéneres principales con su respectivo punto de ebullición a 1 atm. Congéneres Punto de ebullición (°C) Etanal 20,2 Acetona 56,5 Acetato de etilo 77,1 2-propanol 82,0 1-propanol 97,1 Isobutanol 108,0 4 Congéneres Punto de ebullición (°C) 1-butanol 117,7 Ácido acético 117,9 2-metil-1-butanol 125,7 1-pentanol 131,2 3-metil-1-butanol 131,2 Lactato de etilo 151,0 Furfural 161,7 Octanoato de etilo 206,0 Decanato de etilo 241,0 Según se observa y de acuerdo con los puntos de ebullición, los congéneres se presentan en los tres cortes: cabeza, corazón y cola ya que estos se volatilizan en el rango de temperatura de cada corte. De manera que, en la destilación en alambique la fracción de corazón suele contener cabezas tardías y colas tempranas, con lo cual cambia la relación resultante de agua/alcohol/congéneres en el destilado que a su vez aportan ciertas características organolépticas a las bebidas alcohólicas, siendo esta la insignia de la destilación en alambique. De hecho, tal es su complejidad, que según un estudio se encontraron alrededor de 500 diferentes compuestos en los whiskys escoceses, de los cuales alrededor de 400 afectaban las propiedades organolépticas de la bebida [5]. Adicionalmente, para el contexto nacional se debe tener en cuenta la diversidad topográfica con la que cuenta Colombia. Su ubicación geográfica es muy favorable ya que se encuentra en la zona ecuatorial, lo que implica alta pluviosidad y condiciones climáticas constantes a lo largo del año. A raíz de toda esta riqueza emergen ecosistemas que cuentan con diversidad biótica donde se pueden encontrar múltiples frutos exóticos y materia prima básica para la producción de bebidas alcohólicas. De hecho, la destilación artesanal de bebidas como el chirrinche, ñeque, viche, entre muchas otras, son populares en las zonas del Pacífico y Caribe colombiano, no obstante, dada la informalidad de la producción, estos productos no poseen registro sanitario del Instituto Nacional de Vigilancia de Medicamentos y Alimentos (INVIMA) ni cumplen con las normas del Instituto Colombiano de Normas Técnicas (ICONTEC). Además, al ser procesos sin estandarizar, los niveles de alcohol son variables en estos productos. Según estudios realizados a diferentes variedades de ñeque, se encontró que el contenido de metanol no superaba el máximo permitido por la ley colombiana, pero el contenido de etanol presentó una alta variabilidad además de un contenido por debajo de lo permitido según la norma colombiana; adicional a esto, los contenidos de plomo y cobre superaban los límites permitidos según la legislación (NTC 410 de 1999) [6]. Por lo tanto, hay una gran oportunidad de mejora con la producción de destilados artesanales a partir de frutas colombianas, generando productos de valor agregado e ingresos a pequeños productores agrícolas. De manera que, el objetivo del presente trabajo es estandarizar el proceso para la obtención de licores destilados a partir del análisis de diferentes frutos exóticos locales, examinando el rendimiento de la fermentación y la viabilidad económica del producto destilado en el mercado actual. 2. MATERIALES Y METODOS Para la obtención de los diferentes destilados y el aprovechamiento de los recursos, el proyecto se desarrolla en dos partes, una fase inicial que consiste en una preselección e identificación de los diferentes rendimientos de fermentación en cada una de las frutas; y tras un análisis organoléptico, teniendo en cuenta los datos obtenidos, se procede a la segunda fase del proyecto, la destilación. Para la realización del proyecto se hizo uso de los siguientes materiales. Botellas de vidrio de 250 y 1000 ml Sellos con trampas de aire Refractómetro digital Refractómetro análogo Bidones de 30l Levadura Red Star DADY (Distillers Active Dry Yeast) 5 Alambique de acero inoxidable Chiller Licuadora Oster Colador 2.1 Primera fase: Selección Esta fase consiste en realizar una investigación sobre la disponibilidad de ciertos frutos en los mercados campesinos de la ciudad, identificando las mejores temporadas para la compra (época de cosecha), y analizando el contenido teórico de azúcares con el que cuenta cada una de ellas, en este sentido se seleccionaron los productos mostrados en la Ilustración 3: Ilustración 3 Productos seleccionados Agraz • Vaccinium meridionale swartz. • Zona andina (2000 a 3000 msnm). • pH 2 a 2.5. Anón • Annona squamosa L. • Zona tropical y valles interandinos (<1500 msnm) • pH 3.6 Curuba • Passiflora mollissima Bailey • Zona andina (1800 - 2500 msnm). • pH de 3.37. Gulupa • Passiflora Edulis Sims. • Zona Andina (1800-2500 msnm) • pH 2.88 Higo • Opuntia Ficus Indica • Zonas áridas y semiáridas • pH 5.1 a 5.34 Mangostino • Garcinia Mangostana L. • Zona tropical (<500 msnm) • pH 3.52 Miel • Predomina la fructuosa (34% - 48%) y la glucosa (25% - 46%)Níspero • Manilkara Achras • Costa Atlántica (<600 msnm) • pH 4.7 a 5.1 Pomarrosa • Sizigium Jambos (L.) • 1200 a 2200 msnm • pH 4.2 a 4.5 Tomate de árbol • Solanaceae betaceum • Zona Andina central (1200 a 2200 msnm) • pH 3.8 Zanahoria • Daucus Carota • 300 a 2900 msnm • pH 5.62 a 6.91 Zapote • Pouteria Sapota Jacq. • Zona tropical (<1400 msnm) • pH 5.5 a 6.5 6 Una vez analizadas las diferentes materias primas se sigue el proceso mostrado en la Ilustración 4 para cada una de estas con el objetivo de analizar los datos de azúcares fermentados y alcohol producido a lo largo de 9 días (en cada caso), y así ajustar mediante un polinomio los datos obtenidos y predecir el comportamiento de la fermentación, seleccionando el tiempo óptimo de fermentación para cada una de las materias primas y los mejores prospectos para un lote piloto de destilación. Ilustración 4. Metodología para la recolección de datos Es importante mencionar que la levadura DADY fue seleccionada para cada uno de los envases puesto que es altamente tolerante al alcohol, produciendo fermentos por encima del 15% v/v y es la levadura comercial más popular para procesos de destilación, esta levadura se mantuvo constante a lo largo de todos los experimentos realizados en el presente documento siguiendo la proporción recomendada por el fabricante de 1g:1l (1 g de levadura por litro de mosto). Dado que uno de los productos de la fermentación alcohólica es el CO2, es necesario sellar las botellas con un sistema que libere la presión ya que a través del tiempo la presión ejercida por este gas producido puede hacer estallar las botellas en caso de estar completamente cerradas. Teniendo en cuenta lo anterior, se diseñó un sistema de trampa de aire (air lock) como el mostrado en la Ilustración 5, el cual tiene dos finalidades, satisfacer la liberación de este gas e impedir que el aire entre al sistema puesto que esto optimiza y favorece la fermentación. Este diseño consiste en una manguera enroscada conectada a la tapa de la botella, dentro de la cual se adicionará un líquido que impida el flujo libre de aire, sin embargo, debido a la producción de gas y a la presión interna ejercida por este, el líquido permitirá el paso de burbujas de CO2 a medida que el sistema lo requiera. 7 Ilustración 5 Diseño de trampa de aire Una vez llevada a cabo la toma de datos anterior se analizaron las propiedades organolépticas del mosto fermentado comparándolas con las propiedades de la fruta madura, seleccionando los mejores prospectos en sabor, aroma y rendimiento de la fermentación, estos fueron: tomate de árbol, higos, gulupa y mangostino. Por otro lado, se opta por realizar diferentes mezclas e infusiones con especies herbáceas autóctonas de la región como: manzanilla, ruda, citronela, limonaria, hierbabuena, laurel y romero de páramo para diseñar ginebras con fermento de miel de caña y alcohol neutro como base. Es importante resaltar que el tiempo óptimo para la fermentación de las frutas seleccionadas se estimó en 3 semanas. 2.2 Segunda fase: Destilación piloto Dado que se busca obtener en promedio 2l de corazón por cada uno de los licores con %v/v>40 y teniendo en cuenta las eficiencias mostradas (ver anexos), en el caso de la frutas, se requerirán en promedio 20 kg de cada una de ellas, por lo que es necesario contactar con asociaciones de campesinos cuyo precio por kg sea menor y optimizar los costos del experimento, para ello se contacta con APAVE (Asociación de productores agropecuarios con visión y emprendimiento). Por otro lado, se busca analizar cada producto con diferentes variaciones y seleccionar las mejores combinaciones, para ello se asoció con la fundación FunLeo y el restaurante Cava y Leo, quienes en adelante catarán y evaluarán cada uno de los productos presentados en pro de obtener licores con un alto perfil aromático y de sabor, adicionalmente se sugirió por parte del restaurante producir destilados de miel, pomarrosa y mucílago de cacao como parte experimental del restaurante, para ello se siguieron los siguientes pasos: 2.2.1 Alistamiento En este paso, se compran diferentes mieles comerciales y se recoge la fruta proporcionada por APAVE. Una vez dispuesta en el laboratorio, se lava para limpiar impurezas y se procede a cocinar y pelar según sea el caso de estudio, como se representa en la Tabla 2. Tabla 2 Diseño experimental previo Fruta Cocinado Pelado Tomate de árbol x - Higos - x Granadilla - x Gulupa - x Miel NA NA Dado que pueden existir cadenas de fructosa unidas entre sí, se requiere romper los enlaces para liberar las moléculas y facilitar la fermentación, por ello se evaluará la diferencia entre el producto cocinado y sin cocinar, dependiendo el caso. Adicionalmente, para los higos se desea analizar las propiedades de la cáscara de forma 8 independiente por lo cual, la cáscara fue separada y se le realizó el mismo tratamiento de las demás frutas, a continuación, se prepara el mosto de la miel diluyendo esta con agua, así mismo para las frutas se licuaron las pulpas y las cáscaras y se embotellaron los mostos en bidones para su posterior proceso de fermentación. Es importante resaltar que debido a la temporada del año (segundo semestre) y a pesar de los esfuerzos en conjunto no fue posible obtener mangostino, pomarrosa y mucílago de cacao en la cantidad requerida. Por otro lado, se configuran los diferentes ingredientes para la obtención de las ginebras, los ingredientes y las cantidades usadas se presentan en la Tabla 3, dado que este licor se realiza con alcohol neutro y no es necesario el proceso de fermentación. Tabla 3 Recetas usadas para la realización de las diferentes ginebras In g re d ie n te s [g ] Licores [40% v/v] Hierbas de páramo 1 Hierbas de páramo 2 Hierbas de páramo 3 Hierbas de páramo 4 Gin 1 Gin 2 Gin 3 Gin E Gin 4 Gin 5 Enebro x 20 40 15 30 40 30 10 70 60 Laurel 186 100 40 40 x x x x 5 45 Romero 209 80 50 15 x x 15 x 15 50 Coriandro x x x x 15 20 x 9 70 10 Cardamomo x x x x 3 3 2 x 6 x Pimienta Negra x x x x 5 5 x 1 x x Dulce x x x x 5 5 x 1 x x Rosada x x x x 5 5 x 1 x x Manzanilla x x x x 4 1 x x x x Cidrón x x x x 5 6 x x x x Citronela x x x x 10 10 x 1 x x Jengibre x x x x 2 1 x x x x Hierbabuena x x x x 6 6 5 x x x Flores de Jamaica x x x x 6 6 x x x x Anís x x x x x x x 1 2 x Canela x x x x 0,6 0,6 x x x x Cáscara de lulo x x x x x x 16 2 x x Naranja x x x x x x 17 2 x x Angélica x x x x x x x 2 x x Lavanda x x x x x x x 1 x x Nuez moscada x x x x x x x 8 x x Alcaravea x x x x x x x 2 x x Hojas de coca x x x x x x x x 5 x Comino x x x x x x x x x 40 Cáscara de manzana verde x x x x x x x x x 400 Los ingredientes presentados se seleccionaron basándose en los aromas característicos de cada uno y su disponibilidad en las plazas de mercado, cabe resaltar que la gran mayoría son usados en la cocina tradicional colombiana en infusiones aromáticas y repostería. 9 Los destilados se produjeron en diferentes lotes y dependiendo de los comentarios y características particulares se cambiaba la composición y se presentaban en el lote posterior, la Tabla 3 muestra el total de las recetas presentadas. 2.2.2 Fermentación Para la fermentación alcohólica de los diferentes tipos de mosto frutal se añadió la levadura (DADY) de acuerdo a la proporción requerida en cada caso, por otro lado, en promedio cada bidón pesó alrededor de 12 kg; dado que el contenido de agua es mayoritario en el mosto se asume que su densidad es igual a la del agua por lo que por cada 12 kg de mosto se agregaron 18 g de levadura. Antes de adicionar esta, fue necesario activarla, para este proceso se requiere un beaker donde se adiciona la levadura, con un poco de mosto (el cualcontiene fructosa) y agua a 30°C esto con el fin de facilitar la fermentación dentro de los bidones, estos fueron sellados con la misma trampa de aire artesanal, anteriormente mencionada y se dejaron fermentando por el tiempo sugerido (3 semanas). 2.2.3 Destilación En este proceso, se lleva a cabo además de la destilación de los mostos de cada fruta, destilaciones con diferentes hierbas y especias mediante infusiones y destilaciones por arrastre con alcohol neutro siguiendo las recetas presentadas en la tabla 3. Para el caso frutal, una vez concluidas las semanas de fermentación, se coloca el líquido en las ollas de destilación. Allí, con ayuda de un multiparámetro se mide el pH, con un refractómetro análogo la cantidad de alcohol producida para su posterior análisis y se sella la olla para iniciar el proceso de destilación. Es importante hablar sobre el montaje para llevar a cabo este proceso, este consta de una olla de destilación de acero inoxidable y un chiller Thermo Haake phoenix II p2-c50p cuya temperatura de reciclo y refrigeración será de 5°C con un diferencial de 1°C. El montaje descrito se observa en la Ilustración 6. Ilustración 6 Montaje de las ollas de destilación (1. Ollas o caldera – 2. Cabeza - 3. Chiller – 4. Capucha o cabeza – 5. Condensador – 6. Salida de refrigerante – 7. Entrada de refrigerante. 8. Salida del destilado) Del montaje cabe resaltar que las corrientes del líquido refrigerante entran al condensador mediante una configuración contracorriente, esto permite que la trasferencia de calor entre este líquido y los vapores de alcoholes que entran al condensador sea mejor, debido a que el gradiente de temperatura tiende a permanecer constante a lo largo del serpentín condensando más rápido los vapores. Los compuestos volátiles que salen dependerán del punto de ebullición que el mosto alcance dentro de la olla, teniendo en cuenta esto, se podrá separar el destilado en los tres diferentes cortes (cabeza, corazón y cola). 2.2.4 Caracterización de metanol La determinación de metanol en los licores obtenidos se realizó por cromatografía de gases con inyección automática, un único análisis por muestra, de acuerdo con el siguiente procedimiento con el método de patrón externo: 10 -Proceso de calibración: Se prepararon soluciones de metanol de diferentes graduaciones (Tabla 4) para la construcción de la curva de calibración y la determinación del tiempo de retención del metanol. Tabla 4 Concentración de metanol en las soluciones de calibración para cromatografía de gases Soluciones de calibración para la curva de metanol Muestra Concentración (ppm) 1 4,43 2 7,92 3 792 4 15840 -Preparación de las muestras problema: Se realizó una doble filtración a las muestras problema, previo al proceso de cromatografía, que consistieron en una filtración al vacío y una filtración de jeringa con membrana. Posteriormente, se trasladaron las muestras a viales para el correspondiente análisis cromatográfico. A continuación, se presentan los parámetros utilizados en el cromatógrafo de gases: INYECTOR Tipo de inyección: Fraccionada Temperatura: 250,0 °C Flujo: Helio (gas portador) 2,43 ml/min Flujo total de la columna: 126,8 ml/min Presión: 84,8 kPa COLUMNA Máxima temperatura: 300,0 °C Longitud de la columna: 30,0 m Diámetro interno de la columna: 0,32 mm HORNO DE LA COLUMNA Temperatura de columna inicial de 60 °C con una rampa de temperatura de 5 °C/min hasta alcanzar una temperatura de 95°C, que se mantiene por un minuto. DETECTOR Temperatura: 270,0 °C Flujos: Helio 15,0 ml/min Hidrógeno 40,0 ml/min Aire seco 400,0 ml/min 2.3 Residuos y valor agregado En primer lugar, es indispensable analizar el camino que ha tenido la materia prima desde la obtención de las frutas o hierbas, hasta el destilado final. Con esto en mente se sabe que en cada operación se generan diversos residuos, como cáscara y material orgánico que sirve de abono, así como mosto sobrante del proceso de destilación cuyos componentes no se lograron separar, al igual que cabezas y colas destiladas que se desechan. Sin embargo, ¿Qué se puede hacer con estos desechos? ¿Pueden servir de abono sin generar daño ambiental? ¿Se le puede dar un valor agregado? Para responder a estas preguntas se crearon varios grupos de investigación cuyo objetivo era identificar y analizar los diferentes desechos dando solución a las preguntas planteadas, estos diferentes proyectos son los siguientes: 2.3.1 Mosto Usualmente, los desechos de industrias licoreras establecidas son incinerados o utilizados en la alimentación de ganado, a pesar de que los mostos frutales se caracterizan por poseer un contenido significativo de polifenoles siendo compuestos de gran interés en industrias diferentes como la farmacéutica. Los polifenoles son fitoquímicos poli hidroxilados y constituyen una amplia variedad de compuestos con estructuras similares, los cuales se clasifican en flavonoides, ácidos fenólicos, etilbenceno, lignanos y alcoholes fenólicos [7], ellos tienen efectos positivos sobre la salud humana ya que estos disminuyen la incidencia de enfermedades cardiovasculares mejorando el perfil lipídico, reforzando el sistema inmunológico y atenuando la oxidación de lipoproteínas. [8]. Para extraer e identificar eficazmente los polifenoles del mosto es necesario un proceso de extracción, este dependerá del solvente, la estructura química, temperatura, tiempo de extracción, 11 método y presencia de otras sustancias. Existen diversos métodos como, la extracción asistida por microondas, extracción ultrasónica, extracción por reflujo térmico, extracción soxhlet, entre otras. No obstante, se utilizará el método de extracción convencional líquido-líquido [7] a una temperatura de 50°C determinando los polifenoles por medio del método Fiolin-Ciocalteu, para lo cual se realizó una curva de calibración con soluciones estándar de ácido gálico, midiendo en un espectrofotómetro UV-cercano visible [9]. Para ello se emplearon dos tipos de mosto residuales: Los resultantes del proceso de fermentación y tras el proceso de destilación en el proceso del tomate de árbol. Estos estuvieron almacenados a 4°C por aproximadamente 4 días. Una vez pasado este tiempo, se introdujeron en un horno a 50°C por 24 horas, con el fin de evaporar la mayor cantidad de agua y demás sustancias líquidas no deseadas en las muestras. 3. RESULTADOS Cada lote producido fue presentado en el restaurante Leo para obtener una opinión más profesional y diseñar mejoras de proceso y producto, en la Tabla 5 se compilan los principales comentarios e impresiones de cada uno de los licores producidos. Tabla 5 Impresiones y sensaciones organolépticas del producto final Licor Impresiones restaurante Impresiones equipo de destilación Higo pulpa Un licor muy aromático y elegante que extrae lo mejor de la fruta, sin embargo, agradaría más contenido alcohólico El contenido alcohólico del destilado final oscila el 20% v/v, sensación acuosa propia del bajo contenido alcohólico, licor muy aromático. De 20 kg de materia prima inicial se obtuvo 1 L de producto final. Higo cáscara Tiene un perfil muy aromático: tierra, cáscara. Sin embargo, se pierde su sabor en boca a pesar de que cuenta con una buena acidez El contenido alcohólico del destilado final oscila los 5%v/v, esto ya que la cáscara tiene poca fructosa fermentable y se esperaban concentraciones de ese orden, sin embargo, es más aromático que la pulpa. Solo se obtuvo 300 ml de destilado final Granadilla Es un licor complejo, tiene un sabor en boca especial, sin embargo no sabe a la fruta y su sabor es desconocido Sabor desagradable, aroma extraño, similar a productos del mercado hechos artificialmente. El contenido alcohólico fue de 15% v/v, se esperaba mayor conversiónde etanol. De 20 kg de materia prima inicial se obtuvieron 400 ml de producto final. Gulupa Aroma exquisito, a pesar de que no se siente en boca lo mismo que en nariz, el contenido alcohólico tiene trazas de la fruta muy delicadas. Agradaría si tuviera mayor contenido alcohólico para su posterior uso en coctelería, sin embargo está muy bien y funciona puro. Destilado muy aromático cuyo sabor en boca es acuoso y muy suave, su contenido alcohólico oscila el 21% v/v. De 20 kg de materia prima inicial se obtuvo 1 L de producto final. Tomate de árbol Aroma a quemado, no fue necesario probarlo El mosto fermentado presentó una gran viscosidad razón por la cual las burbujas generadas al fondo de la olla no pudieron escapar creando una costra de mosto quemado, lo cual dañó todo el destilado puesto que este salió con un aroma desagradable, teniendo en cuenta que el destilado contaba con un contenido alcohólico de 7% v/v, se opta por descartarlo inmediatamente ya que al hidratar el mosto esta concentración será menor. 12 Licor Impresiones restaurante Impresiones equipo de destilación Hierbas de páramo 1 Sus sabores "te transportan al paramo", algo muy innovador con un buen comportamiento en boca y nariz. Aromas y sabores particulares, muestra transparencia en el producto final, fue necesario diluir con agua hasta obtener una concentración deseada cercana al 35% v/v ya que el destilado superaba el 80% v/v y la sensación alcohólica era muy agresiva. Comportamientos esperados teniendo en cuenta que su base fue etanol neutro. Hierbas de páramo 2 El romero está muy desequilibrado, aroma agresivo a etanol. Presenta más cuerpo que “Hierbas de páramo 1”, pero no es tan delicado. Aromas y sabores particulares, muestra turbiedad en el producto final, fue necesario diluir con agua hasta obtener una concentración deseada cercana al 35%v/v ya que el destilado superaba el 80%v/v y la sensación alcohólica era muy agresiva. Comportamientos esperados teniendo en cuenta que su base fue etanol neutro. Hierbas de páramo 3 Al tener menos enebro que el anterior se resaltan los sabores de las hierbas de páramo, agrada más al paladar. Aromas y sabores particulares, muestra turbiedad en el producto final, fue necesario diluir con agua hasta obtener una concentración deseada cercana al 35%v/v ya que el destilado superaba el 80%v/v y la sensación alcohólica era muy agresiva. Comportamientos esperados teniendo en cuenta que su base fue etanol neutro. Hierbas de páramo 4 El balance de los ingredientes tiene sabores similares al curry, el más elegante de la línea de páramo. Por otro lado, se desea reemplazar el enebro con bayas de páramo, llamadas comúnmente diamantes para hacer un destilado con materia prima 100% nacional. Aromas y sabores particulares, muestra transparencia en el producto final, fue necesario diluir con agua hasta obtener una concentración deseada cercana al 35% v/v ya que el destilado superaba el 80% v/v y la sensación alcohólica era muy agresiva. Comportamientos esperados teniendo en cuenta que su base fue etanol neutro. Gin 1 La manzanilla fue muy invasiva, la combinación canela/jengibre lo hace más agresivo en boca, sin embargo gustó la sensación y los sabores que se pueden resaltar, tiene gran potencial. Sabor de la manzanilla muy invasivo, muestra transparencia en el producto final, fue necesario diluir con agua hasta obtener una concentración deseada cercana al 35% v/v ya que el destilado superaba el 80% v/v y la sensación alcohólica era muy agresiva. Comportamientos esperados teniendo en cuenta que su base fue etanol neutro. Gin 2 Una ginebra similar a la anterior con los sabores más balanceados lo que le da un perfil más elegante, sin embargo la canela es molesta en boca, se sugiere quitarla. Sabores más balanceados y poco invasivos, muestra transparencia en el producto final, fue necesario diluir con agua hasta obtener una concentración deseada cercana al 35%v/v ya que el destilado superaba el 80%v/v y la sensación alcohólica era muy agresiva. Comportamientos esperados teniendo en cuenta que su base fue etanol neutro. 13 Licor Impresiones restaurante Impresiones equipo de destilación Gin 3 Tiene sabores similares al cointreau francés, sin embargo con los demás ingredientes le añade sabores particulares y únicos que representan un gran potencial para su uso en coctelería. Sabor amargo que fue tornándose dulce al dejar respirar el producto, bastante agradable, muestra transparencia en el producto final, fue necesario diluir con agua hasta obtener una concentración deseada cercana al 35% v/v ya que el destilado superaba el 80% v/v y la sensación alcohólica era muy agresiva. Comportamientos esperados teniendo en cuenta que su base fue etanol neutro. Gin E Los sabores están desequilibrados, demasiada nuez moscada. Sería interesante añadir sabores de chocolate. Sabor de la nuez predominante, sin embargo, muy agradable al paladar, muestra transparencia en el producto final, fue necesario diluir con agua hasta obtener una concentración deseada cercana al 35% v/v ya que el destilado superaba el 80% v/v y la sensación alcohólica era muy agresiva. Comportamientos esperados teniendo en cuenta que su base fue etanol neutro. Se realizaron procesos de infusión por arrastre buscando disminuir la sensación alcohólica. Gin 4 La primera impresión muestra un sabor desbalanceado con exceso de coriandro, sin embargo, muestra un carácter sabanero y representa los sabores autóctonos de la región. Sabor del coriandro muy invasivo, muestra transparencia en el producto final, fue necesario diluir con agua hasta obtener una concentración deseada cercana al 35% v/v ya que el destilado superaba el 80% v/v y la sensación alcohólica era muy agresiva. Comportamientos esperados teniendo en cuenta que su base fue etanol neutro. El sabor se acentúa tras dejar respirar el producto. Gin 5 El comino es predominante en nariz, no vale la pena ya que no genera atracción hacia él. Sabor del comino en extremo invasivo, muestra transparencia en el producto final, fue necesario diluir con agua hasta obtener una concentración deseada cercana al 35% v/v ya que el destilado superaba el 80% v/v y la sensación alcohólica era muy agresiva. Comportamientos esperados teniendo en cuenta que su base fue etanol neutro. Licor de miel A pesar de que la miel no es Premium, es una gran idea ya que no existe en el mercado, se recomienda destilarla con miel de mejor calidad. Sabor muy dulce, bastante agradable en nariz y en boca. El contenido alcohólico del destilado oscilaba el 60% v/v, se esperaba un alto contenido alcohólico puesto que la miel cuenta con altos contenidos de glucosa y sacarosa. La sensación alcohólica se mantiene en diferentes concentraciones, se recomienda diluir el destilado con agua hasta 35% v/v ya que la sensación es similar. CROMATOGRAFIA El metanol puede encontrarse de forma natural en las bebidas alcohólicas y no sólo por la adulteración fraudulenta de estas; siendo entonces un componente natural durante el proceso de fermentación, especialmente en los licores a base de frutas presumiblemente por la hidrólisis de materias pépticas [10]. Por tanto, considerando su toxicidad aún en pequeñas dosis, que pueden derivar en trastornos oculares e incluso la muerte, 14 es necesario determinar si los licores cumplen con la legislación pertinente (NTC 410 de 1999) y no exceden el máximo permitido de 1000 ppm. A continuación, la Tabla 6 presenta los parámetros obtenidos para la curva de calibración de metanol, la cual registró un R2 de 0,9994 y se determinó un tiempo de retención de 1,79 min. Tabla 6 Parámetros obtenidos dela curva de calibración de metanol Muestra Conc. metanol (ppm) Área Pendiente Intersección con el eje R2 TR (min) 1 4,43 13860 32,98 22389,58 0,9994 1,79 2 7,92 26205 3 792 53898 4 15840 544483 A partir de esta información, es posible diferenciar el metanol del etanol en los cromatogramas dado que ambos presentan tiempos de retención cercanos. Seguidamente, al analizar los cromatogramas obtenidos, todos presentaron picos de metanol apenas perceptibles en un tiempo de retención promedio de 1,72 min, con excepción del licor de miel en el cual no se detectaron trazas de metanol. Adicionalmente, los resultados de cromatografía presentaron picos de buena resolución con una base delgada y un mínimo de ruido, que puede evidenciarse en la Gráfica 1, que corresponde al cromatograma del licor de higo (todos los cromatogramas pueden encontrarse en anexos). Gráfica 1 Cromatograma del licor de higo Sin embargo, al comparar los cromatogramas con la curva de calibración se obtienen concentraciones negativas para los licores (Tabla ), lo cual se debe a que la medición de área de los licores se encontró por fuera del rango de la curva de calibración tal como se observa en la Gráfica 2. Y, si bien esto impide conocer la concentración exacta de metanol presente, permite determinar que los licores cumplen con la legislación (NTC 410 de 1999) con creces al estar por debajo del límite inferior de la curva de calibración, lo que indica que los licores presentan una concentración de metanol inferior a 4,43 ppm. Además, se observó que este comportamiento es comparable al de un licor comercial, específicamente del Aguardiente Líder tapa azul de la Industria de Licores de Boyacá, también representado en la gráfica mencionada. Sin embargo, para trabajo futuro, se recomienda construir una 15 nueva curva de calibración de metanol para concentraciones inferiores a 4,43 ppm en un rango tal que abarque la medición de área de los licores y así determinar el contenido de metanol presente en los destilados. Tabla 7 Concentración de metanol en los licores producidos Muestra Conc. Metanol (ppm) Área Tiempo de retención (min) Granadilla -601,221 2470 1,721 Gulupa -616,853 1954 1,726 Higo -594,095 2705 1,718 Hierbas de páramo 1 -586,611 2952 1,731 Ron -600,379 2498 1,718 Licor de miel - - - Licor comercial -627,098 1616 1,719 Gráfica 2 Curva de calibración de metanol comparada con los resultados cromatográficos de los licores evaluados y el máximo valor permitido por la legislación Cabe resaltar que, si bien se produjeron diferentes recetas de gin, sólo se analizó una receta por cromatografía de gases. De manera que esta medida se considera representativa para todos los gin producidos, considerando que se utilizó la misma base alcohólica para todos ellos, etanol de grado alimenticio al 40%v/v. Adicionalmente, cabe aclarar que el valor máximo permitido de 1000 ppm corresponde a la restricción impuesta a destilados de frutas, para el gin se exige una concentración de metanol que no supere los 100 ppm y para el ron el máximo exigido son 300 ppm [11], los cuales se cumplen ya que, como se mencionó con anterioridad, todos los licores presentaron una concentración de metanol inferior a 4,43 ppm. 16 SUBPRODUCTOS Con respecto a los desechos, se tomaron diferentes mediciones de °Bx y pH tal como se observa en la Tabla con el objetivo de comparar los diferentes mostos Tabla 8 Caracterización del mosto antes y después de la fermentación Fruta Mosto antes de fermentar Mosto fermentado Brix pH Brix pH % ABV Tomate de Árbol 5,5 3,52 3,5 5 7 Higos 14,2 5,7 - - 8 Granadilla 14,4 4,6 4,7 5,15 13 Gulupa 14,2 3 NA NA NA Es importante resaltar que estas medidas solo se tomaron a los mostos fermentables, ya que es en ellos donde se llevan a cabo las diferentes reacciones y se generan compuestos diferentes, por lo que los diferentes tipos de ginebra no fueron tomados en cuenta para esta medición. Como se observa, los °Brix se redujeron en todos los casos, comportamiento claramente esperado debido a que el componente que se consume en la fermentación es la fructosa y la cantidad de azúcares se reducen a medida que avanza la reacción, igualmente, el contenido alcohólico refleja la producción de alcohol y el consumo de azúcar en cada caso, por otro lado, el aumento del pH sugiere un buen proceso fermentativo, debido a las trampas de aire que impidieron el paso de aire, evitando así el aumento de subproductos indeseados como ésteres y ácidos, que generalmente se deben a procesos fermentativos poco óptimos. Antes de mencionar los resultados obtenidos con la experimentación de los mostos, es de gran importancia mencionar las falencias de formulaciones previas de la metodología que se encontraron durante la investigación. Inicialmente, se pensó secar las dos muestras de mosto de tomate de árbol (antes y después de fermentar) en un horno a 120°C, no obstante, el procesamiento puede perjudicar la composición de los polifenoles existentes en el mosto. Esto se debe a que los polifenoles se degradan a temperaturas superiores a 70ºC, perdiendo su identidad química. Por tal razón, se optó por filtrar al vacío el mosto, como alternativa de remoción de agua y humedad sin cambiar la temperatura. Sin embargo, al realizar el procedimiento se encontró resultados ineficientes donde la gran mayoría del agua del mosto se mantenía incorporada a él y poca agua fue removida. En este caso, el factor fundamental es el tamaño de partícula que tiene el mosto de tomate de árbol, el cual produjo un taponamiento y aglomeración del filtro usado. Específicamente, el tamaño de partícula tiene un diámetro más grande que el poro del filtro y por tal razón no permitió el paso del agua, aunque se presente un vacío que la desplace. Teniendo en cuenta esto se decidió por un tercer método de remoción de humedad con aire caliente por convección forzada. Al dejar las muestras en un horno de convección forzada a 50°C por toda la noche se observó que hubo una parcial evaporación del agua en el mosto. No obstante, aún se contaba con una gran cantidad de mosto con alto contenido de agua. Aunque, el último procedimiento no resultó tener una buena eficiencia con respecto a la remoción de agua, sí presenta una gran diferencia respecto a los otros métodos de extracción de humedad. Una forma para optimizar la remoción de humedad por el método de aire caliente por convección forzada es disponer del mosto en bandejas y esparcirla para generar una capa delgada de mosto y así aumentar el área de evaporación de agua. Lo anterior optimizaría la difusión del agua en el aire al poseer mayor área de contacto. Con respecto a la extracción sólido/líquido-líquido, al poner en contacto los solventes propuestos a las muestras de mosto, se evidenció un rápido desprendimiento del pigmento de las partículas de celulosa del mosto por parte del Etanol y las mezclas de Etanol-Metanol. Esto se debe a que el colorante amarillo se debe a los carotenos que contiene la pulpa del tomate de árbol y son extraídos por solventes polares proteicos. Tanto el etanol como el metanol son solventes polares proteicos que cuentan con enlaces O-H que interactúan fuertemente con los radicales O-H de los carotenoides. Es por esta razón que la solubilidad de los carotenoides es más afín con estos dos disolventes que en la matriz (parte sólida del mosto). Por el contrario, la Acetona no evidenció ningún cambio de color en su solución al contacto con el mosto. Dado que la Acetona es un disolvente 17 polar aprótico el cual tiene una polaridad asimétrica pero no cuenta con radicales O-H, lo que genera una baja solubilidad de los carotenoides en el solvente debido a que no son compatibles [12]. Paralelo al proceso de extracción, se realizó una curva de calibración usando ácido gálicocomo sustrato objetivo con el fin de realizar una regresión lineal para calcular la concentración de polifenoles según la absorbancia registrada. El método usado en la curva de calibración es basado en la ley de Beer-Lambert que correlaciona una longitud de onda especifica con la cantidad de material que se interpone en su transmisión. Es decir, que el material disuelto en el medio absorberá más luz transmitida por la onda y a medida que se absorbe más, se entiende que habrá mayor cantidad del compuesto. Ahora bien, el ácido gálico y los polifenoles presentan una alta absorbancia de luz al estar en presencia de una longitud de onda de 765 nm, la gráfica 3 muestra el comportamiento y la línea de tendencia para la calibración de ácido gálico. Gráfica 3. Curva de calibración de ácido gálico Para cuantificar los polifenoles en cada una de las muestras, se considera la ecuación de la recta de calibrado mostrada en la Grafica 3, la cual es la siguiente: 𝑦 = 0,0024𝑥 − 0,0017 (1) Donde 𝑦 es la absorbancia de la solución diluida, y 𝑥 corresponde a los mg de ácido gálico /Litro de ácido gálico. Por lo tanto, al calcular el valor de 𝑥 para cada una de las absorbancias obtenidas se determina la concentración de ácido gálico en cada una de las muestras como se observa en la ecuación 2. 𝑥 [ 𝑚𝑔 𝑑𝑒 á𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑔á𝑙𝑖𝑐𝑜 𝐿𝑖𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 á𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑔á𝑙𝑖𝑐𝑜 ] = 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 + 0,0017 0,0024 (2) Posteriormente, para expresar los resultados en mg de ácido gálico por 100 gramos de muestra (mosto de tomate de árbol), es decir, para determinar el porcentaje equivalente de ácido gálico en la muestra de interés, el cual es proporcional a la cantidad de grupos fenólicos presentes, se empleó la relación (3), en donde se considera: La concentración de ácido gálico calculada, la cantidad en gramos de disolvente empleado en la extracción de cada muestra y la cantidad en gramos de mosto tomadas para el análisis. 𝑚𝑔 𝑑𝑒 á𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑔á𝑙𝑖𝑐𝑜 100𝑔 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑠𝑡𝑜 = 𝑚𝑔 𝑑𝑒 á𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑔á𝑙𝑖𝑐𝑜 1700𝑔 𝑑𝑒 á𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑔á𝑙𝑖𝑐𝑜 ∗ 𝑔 𝑑𝑒 𝑑𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 10𝑔 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑠𝑡𝑜 ∗ 100% (3) A continuación, en la gráfica 4 y 5 se ilustra el porcentaje equivalente de poli fenoles en la muestra presente antes del proceso de destilación y los resultantes una vez finalizado el proceso de destilación, respectivamente. 18 En donde, además se muestran los resultados obtenidos, luego de 20, 40 y 60 minutos de extracción con los 3 diferentes disolventes empleados. Las grafica se representan la cantidad de polifenoles por cada 100 gramos de mosto. Desde una perspectiva general, se puede evidenciar que se extrae mayor cantidad de polifenoles en cada uno de los solventes en el mosto recogido antes del proceso de destilación. Esto se debe a la misma descomposición que sufren los polifenoles por temperatura en el proceso de destilación. Ahora bien, los resultados de extracción también muestran que el solvente con mayor capacidad de extracción durante el tiempo estudiado es el Etanol. Debido a que el Etanol tiene mayor capacidad de extracción de los compuestos poli fenólicos, dado la afinidad que estos tienen por componentes orgánicos polares como el etanol. Adicionalmente, los polifenoles son más estables a pH bajos, la condición ácida ayuda a los polifenoles a mantenerse neutros, por lo que se extraen fácilmente en disolventes orgánicos. De igual manera, resultan mayores cantidades de polifenoles cuando el tiempo de extracción es mayor, esto se debe a que, al incrementar el tiempo, mayor cantidad de polifenoles se separan o aíslan del mosto, quedando mayor cantidad de estos en el disolvente empleado, favoreciendo el proceso extractivo. Por otro lado, se decidió realizar el proceso extractivo a una temperatura de 50°C y no a temperatura ambiente (20°C), debido a que a medida que aumenta la temperatura, el tejido vegetal comienza a liberar su contenido interno en el medio. Además, el calor permite que las paredes de las células sean permeables, provocando el aumento de los coeficientes de solubilidad y difusión de los compuestos a extraer y una disminución de la viscosidad del disolvente. De esta forma, se facilita así su paso a través de la masa del sustrato, lo cual, permite obtener mejores resultados. Sin embargo, el proceso extractivo es ineficiente e inadecuado a temperaturas mayores de 70°C, debido a que los polifenoles empiezan a degradarse. En cuanto a la selectividad, cabe resaltar que estudios anteriores sobre el método Folin-Ciocalteau han reportado fenómenos de interferencia para la cuantificación de polifenoles totales, como la formación de compuestos intermedios durante el proceso. Entre los cuales se destacan: Algunos ácidos orgánicos, bases nitrogenadas, Gráfica 4. Cantidad de polifenoles en 100 g de mosto antes de la destilación Gráfica 5. Cantidad de polifenoles en 100 g de mosto después de la destilación 19 aminas aromáticas, aminoácidos, cationes metálicos, entre otros. No obstante, el método es ampliamente empleado por su simplicidad y reproductibilidad. Sin embargo, es importante considerar dicho error asociado a la técnica de Folin-Ciocalteau empleada. ANÁLISIS ECONÓMICO A partir de la retroalimentación obtenida de los sommeliers del Restaurante Cava y Leo, se concluyó que los siguientes licores junto al grado alcohólico deseado (Tabla 5) presentan las características organolépticas apropiadas para obtener un producto innovador y de calidad con miras de comercialización al público. Tabla 5 Grados de alcohol alcanzados con los productos Licores exitosos Grado alcohólico (%v/v) Higos 20% Gulupa 20% Licor de miel 40% Hierbas de páramo 4 40% Gin 3 40% Gin 4 40% Seguidamente, considerando la entrada de estos productos al mercado, se realiza un análisis económico considerando la inversión inicial en equipos y enseres (CAPEX) y costos operacionales de materia prima, servicios públicos, además de renta y mano de obra (OPEX); los cuales se pueden encontrar en anexos. Adicionalmente, cabe aclarar que para dicha cotización se tuvieron en cuenta las siguientes consideraciones para una producción mensual de 300 botellas: Para la inversión se consideró la adquisición de un destilador de cobre de importación considerando que, al ofrecer un producto premium, se espera producir destilados que extraigan la esencia de la materia prima con propiedades organolépticas y sensoriales de gran complejidad, de ahí la adquisición del equipo. Con excepción del destilador de cobre, todos los demás equipos y enseres se cotizaron con proveedores nacionales. Los costos de materia prima, específicamente de frutas, corresponden a aquellos costos incurridos durante el proyecto en el segundo semestre del año. De manera que, estos pueden variar y se encuentran sujetos a las temporadas de cosecha de las respectivas frutas. Los gastos en servicios públicos se modelaron con un simulador de consumo doméstico para una zona de estrato 4. Sin embargo, considerando que el consumo es de tipo industrial y que depende de los equipos adquiridos, es necesario rectificar dichos valores de acuerdo a los consumos de la maquinaria. El costo de arriendo se encuentra sujeto a cambios dado que varía según la zona de ubicación. Los costos por mano de obra (salario) se calcularon considerando un operario para la producción de los destilados. A partir de lo anterior, teniendo en cuenta que se deben cubrir los gastos operacionales, así como la inversión inicial, se calculó el precio de venta de los licores exitosos, según se observa en la Tabla 6, tomando una utilidad del 30%, característica de la industria licorera. 20 Tabla 6 Precios de venta por producto Licores exitosos Precio de venta (COP) Higos $ 204.298Gulupa $ 134.585 Licor de miel $ 145.252 Hierbas de páramo 4 $ 57.502 Gin 3 $ 51.002 Gin 4 $ 51.002 Cabe resaltar que el cálculo de precio de venta se puede encontrar con mayor detalle en anexos. Adicionalmente, no se consideró que los productos de menor costo de producción como los gin soportaran los productos de mayor costo de producción como los licores de fruta. Lo anterior se debe a que, inicialmente, no se cuenta con una producción masiva, además de que sería una decisión que no aportaría rentabilidad al proyecto, ya que los licores de fruta son uno de los productos de mayor atractivo al ser un campo poco explorado en la región. Por otra parte, en los diálogos con la sommelier del Restaurante Cava y Leo, se verificó que los destilados producidos presentan precios acordes a un producto premium innovador. Gráfica 6. Escenarios de proyección. Finalmente, se realizó un análisis de proyección considerando los siguientes tres escenarios: Opción 1: Una producción de 60 botellas mensuales de todas las referencias. Opción 2: Una producción de 30 botellas mensuales de todas las referencias. Opción 3: Una producción de 60 botellas mensuales de dos referencias, una de alto perfil (Higos) y una de bajo perfil (Hierbas de páramo). Dichas proyecciones pueden evidenciarse en la Gráfica 6, donde se observa que los tres escenarios son favorables y tan sólo en el primer año de operación se logra cubrir la deuda ya que en el escenario más favorable (Opción 1) la deuda tan sólo representa el 3% de la utilidad neta del primer año, y para los demás escenarios representa el 7% y el 8% respectivamente. De manera que, aún en el escenario más desfavorable se presenta un -$ 12.477.075 $ 387.346.706 $ 402.256.695 $ 417.739.226 $ 433.816.287 $ 450.510.707 $ 173.996.520 $ 180.713.861 $ 187.689.148 $ 194.932.286 $ 202.453.560 $ 149.142.307 $ 154.905.246 $ 160.889.482 $ 167.103.513 $ 173.556.162 -$ 14.000.000 $ 36.000.000 $ 86.000.000 $ 136.000.000 $ 186.000.000 $ 236.000.000 $ 286.000.000 $ 336.000.000 $ 386.000.000 $ 436.000.000 0 1 2 3 4 5 C O P Año Opción 1 Opción 2 Opción 3 21 panorama satisfactorio en el ámbito financiero al reportar un retorno de inversión a corto plazo y una cuantiosa utilidad neta en los primeros años de operación. 4. CONCLUSIONES La cantidad de metanol en los licores producidos se encuentran por debajo del nivel máximo permitido al presentar concentraciones inferiores a 4,43 ppm. Sin embargo, se desconoce la cantidad exacta de metanol por lo cual se recomienda la construcción de una nueva curva de calibración en un intervalo inferior a 4,43 ppm. Cabe resaltar que, en el caso particular del licor de miel, esta no presento trazas de metanol. La comercialización de los productos señalados como exitosos por el Restaurante Cava y Leo es rentable y satisfactoria con una inversión inicial que tan sólo representa entre el 3% y 8% de la utilidad neta del primer año de operación, indicando así un retorno de inversión a corto plazo con una utilidad neta cuantiosa. Se extrajeron polifenoles bajo condiciones de temperatura constante a través de diferentes disolventes polares con resultados esperados. Dentro de los solventes, el más eficiente en la extracción es el Etanol por su gran afinidad polar con estos compuestos. También, se dedujo que, entre más tiempo de residencia del mosto dentro de los solventes, se obtiene mayor cantidad de polifenoles gracias a que hay mayor tiempo de arrastre y difusión del solvente. Por último, la experimentación mostró mayor extracción de polifenoles en el mosto sólido antes de la destilación. Siguiendo esta lógica, se puede recomendar a las destilerías artesanales separar las partículas sólidas del mosto antes de la destilación para su uso en la extracción de polifenoles y darle un valor agregado a este residuo. El proyecto contribuyó a enriquecer las técnicas de aprovechamiento de residuos frutales en el ámbito académico. No obstante, existen infinidad de alternativas de investigación para dar mayor valor agregado a los residuos producidos por la destilación artesanal. Siguiendo esta línea de investigación, se recomienda investigar diferentes temperaturas de extracción dado que este solo se limitó a una temperatura de 50°C. También, se puede profundizar en la extracción de colorantes del mosto de tomate de árbol y en las demás frutas utilizadas en este gremio. Adicionalmente, existen varios métodos de extracción para la obtención de polifenoles, estos incluyen la extracción asistida por microondas, extracción ultrasónica, extracción por reflujo térmico, extracción soxhlet, entre otras. Todo esto con el fin de generar alternativas de producción de polifenoles y generar un proceso ambientalmente amigable y rentable para el mercado de destilados artesanales. 5. TRABAJO FUTURO Como trabajo a futuro se recomienda el uso y estudio de diferentes clases de levadura, así como variaciones en las condiciones de pH y temperatura para evaluar el efecto de estos parámetros sobre el proceso de fermentación y un posible aumento en el rendimiento del proceso. Por otro lado, analizar la incidencia que tienen el material y el diseño de diferentes tipos de destiladores (acero inoxidable y alambiques de cobre), para así entender el impacto de este último en las propiedades organolépticas de los destilados. Y, en tal caso, se recomienda a su vez, análisis de cobre en los productos según la debida reglamentación. Por último, con el fin de continuar innovando de la mano de la fundación FunLeo se recomienda el uso de materia prima poco estudiada en el mercado de las bebidas destiladas tales como: tamarindo, cassabanana, pitaya, agraz, anón, curuba, mangostino, níspero y zapote. 6. REFERENCIAS [1] A. Valiente Banderas, «Historia de la destilación,» Educación Química, vol. 7, nº 2, 1995. [2] P. Santamaría, R. López, E. García-Escudero y R. Gutierrez, «Influencia de la temperatura en la fermentación alcólica,» Universidad de la Rioja, 1995. [3] A. Porto, «Fermentación del piruvato a etanol y CO2,» 25 de febrero de 2013. [4] G. J. J. RUIZ, «CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE UNA PLANTA PORTÁTIL PARA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL HIDRATADO,» Medellin, 2009. 22 [5] J. 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ANEXOS 23 Ex pe rim en to s Ca sca ra Pe lad o Ca sca ra Pe lad o Ca sca ra Pe lad o Ca sca ra Pe lad o Ca sca ra Pe lad o Ca sca ra Pe lad o Ca sca ra Pe lad o Co cin ad o 6,2 4,9 4,5 4,7 4,2 2,9 3,4 2,9 0,0 31 0,0 24 5 0,0 17 0,0 14 5 45 ,16 % 40 ,82 % Sin co cin ar 5 6,6 4,8 5,8 3 4,2 3,2 4 0,0 25 0,0 33 0,0 16 0,0 2 36 ,00 % 39 ,39 % Ca sca ra Pe lad o Ca sca ra Pe lad o Ca sca ra Pe lad o Ca sca ra Pe lad o Ca sca ra Pe lad o Ca sca ra Pe lad o Ca sca ra Pe lad o Lic ua do 3,9 3,3 2,9 2,5 2,6 2,1 2 1,5 0,0 19 5 0,0 16 5 0,0 1 0,0 07 5 48 ,72 % 54 ,55 % Sin lic ua r 4 4,2 3,4 3,9 3,1 3,4 2,5 3 0,0 2 0,0 21 0,0 12 5 0,0 15 37 ,50 % 28 ,57 % NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA Co cin ad o Sin co cin ar Pe lad o Pe lad o Pe lad o Pe lad o Pe lad o Pe lad o Pe lad o Pe lad o NA NA NA NA NA NA Pe pa Sin Pe pa NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA Ca sca ra Pe lad o NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA Ca sca ra Pe lad o NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA Lic ua da Sin lic ua r NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA Ca sca ra Pe lad o NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA Ca sca ra Pe lad o 57 ,48 % 49 ,28 % Re nd im ien to 5,6 75 3,8 5 5,9 5 14 ,6 9,7 7,0 5 8,2 8 11 ,95 6,9 gra do s b rix ini cia les (pr om ed io) 28 ,05 % 38 ,46 % 18 ,84 % 48 ,21 % 0,0 56 0,0 29 0,0 63 5 0,0 27 0,0 34 5 0,0 17 5 Co nte nid o d e a zu ca r 66 ,15 % 42 ,59 % 25 ,34 % 53 ,99 % 44 ,71 % 45 ,87 % 57 ,81 % 68 ,83 % 0,0 15 4 0,0 04 8 0,0 16 4 0,0 11 8 0,0 18 2 0,0 11 2 0,0 13 8 0,0 11 2 0,0 29 2 0,0 21 8 0,0 32 6 0,0 15 0,0 17 0,0 09 4 0,0 21 8 0,0 11 8 0,0 12 8 0,0 05 4 Po rce nta je az uc ar ini cia l. Po rce nta je de az uc ar fin al. 0,0 32 5 0,0 11 0,0 27 0,0 15 5 6,9 4,5 3,7 5 3,5 6,1 5,6 5,6 6,9 5,1 5 5,6 6,5 5,4 2,9 2,2Gr ad os Br ix Za po te 8,4 5,2 5,8 12 ,7 11 ,6 7,1 5,4 Ni sp ero 11 ,2 Gu lup a 9,18,2 7,2 6,5 5,9 Ag raz No rm al M an go sti no Hig os An on Za na ho ria To ma te de ar bo l Fru tas Cu ru ba 6,4 5,6 3,9 2,7 10 ,9 9 7,2 5,9Dia 7 Dia 0 Dia 1 Dia 3 2,8 2,4 2,2 3,1 7,7 6 2,5 2,4 14 ,6 14 ,9 12 ,9 10 ,9 16 ,3 15 ,7 12 ,7 7,5 8,5 6 5 4,7 24 Ex pe rim en to s Ca sc ar a Pe lad o Ca sc ar a Pe lad o Ca sc ar a Pe lad o Ca sc ar a Pe lad o Ca sc ar a Pe lad o Ca sc ar a Pe lad o Ca sc ar a Pe lad o Co cin ad o 6,2 4,9 4,5 4,7 4,2 2,9 3,4 2,9 0,0 31 0,0 24 5 0,0 17 0,0 14 5 45 ,16 % 40 ,82 % Sin co cin ar 5 6,6 4,8 5,8 3 4,2 3,2 4 0,0 25 0,0 33 0,0 16 0,0 2 36 ,00 % 39 ,39 % Ca sc ar a Pe lad o Ca sc ar a Pe lad o Ca sc ar a Pe lad o Ca sc ar a Pe lad o Ca sc ar a Pe lad o Ca sc ar a Pe lad o Ca sc ar a Pe lad o Lic ua do 3,9 3,3 2,9 2,5 2,6 2,1 2 1,5 0,0 19 5 0,0 16 5 0,0 1 0,0 07 5 48 ,72 % 54 ,55 % Sin lic ua r 4 4,2 3,4 3,9 3,1 3,4 2,5 3 0,0 2 0,0 21 0,0 12 5 0,0 15 37 ,50 % 28 ,57 % NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA Co cin ad o Sin co cin ar Pe lad o Pe lad o Pe lad o Pe lad o Pe lad o Pe lad o Pe lad o Pe lad o NA NA NA NA NA NA Pe pa Sin P ep a NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA Ca sc ar a Pe lad o NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA Ca sc ar a Pe lad o NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA Lic ua da Sin lic ua r NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA Ca sc ar a Pe lad o NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA NA Ca sc ar a Pe lad o 57 ,48 % 49 ,28 % Re nd im ien to 5,6 75 3,8 5 5,9 5 14 ,6 9,7 7,0 5 8,2 8 11 ,95 6,9 gr ad os br ix ini cia les (p ro m ed io ) 28 ,05 % 38 ,46 % 18 ,84 % 48 ,21 % 0,0 56 0,0 29 0,0 63 5 0,0 27 0,0 34 5 0,0 17 5 Co nt en ido de az uc ar 66 ,15 % 42 ,59 % 25 ,34 % 53 ,99 % 44 ,71 % 45 ,87 % 57 ,81 % 68 ,83 % 0,0 15 4 0,0 04 8 0,0 16 4 0,0 11 8 0,0 18 2 0,0 11 2 0,0 13 8 0,0 11 2 0,0 29 2 0,0 21 8 0,0 32 6 0,0 15 0,0 17 0,0 09 4 0,0 21 8 0,0 11 8 0,0 12 8 0,0 05 4 Po rc en ta je az uc ar ini cia l. Po rc en ta je de az uc ar fin al. 0,0 32 5 0,0 11 0,0 27 0,0 15 5 6,9 4,5 3,7 5 3,5 6,1 5,6 5,6 6,9 5,1 5 5,6 6,5 5,4 2,9 2,2Gr ad os B rix Za po te 8,4 5,2 5,8 12 ,7 11 ,6 7,1 5,4 Ni sp er o 11 ,2 Gu lu pa 9,18,2 7,2 6,5 5,9 Ag ra z No rm al M an go sti no Hi go s An on Za na ho ria To m at e d e a rb ol Fr ut as Cu ru ba 6,4 5,6 3,9 2,7 10 ,9 9 7,2 5,9Di a 7 Di a 0 Di a 1 Di a 3 2,8 2,4 2,2 3,1 7,7 6 2,5 2,4 14 ,6 14 ,9 12 ,9 10 ,9 16 ,3 15 ,7 12 ,7 7,5 8,5 6 5 4,7 25 26 27 28 COTIZACIÓN DE INVERSIÓN Y GASTOS OPERACIONALES TIPO MATERIAL CANTIDAD PRECIO PRECIO UNITARIO UNIDAD EQUIPO BALANZA (300 kg) 1 $ 199.400 $ 199.400 Und EQUIPO BALANZA (40 kg) 0 $ 85.900 $ - Und EQUIPO CHILLER 1 $ 5.600.000 $ 5.600.000 Und EQUIPO DESTILADOR COBRE 45L 1 $ 2.517.375 $ 2.517.375 Und EQUIPO ESTUFA 1P ELECTRICA 0 $ 75.000 $ - Und EQUIPO ESTUFA 2P A GAS 0 $ 450.000 $ - Und EQUIPO LICUADORA INDUSTRIAL 15L 1 $ 1.025.600 $ 1.025.600 Und MENAJE AIRLOCK 10 $ 7.000 $ 70.000 Und MENAJE ALMACENAMIENTO (60 L) 5 $ 120.000 $ 600.000 Und MENAJE COLADOR INOX 0 $ 120.000 $ - Und MENAJE COLADOR PLASTICO 2 $ 30.000 $ 60.000 Und MENAJE CUCHILLO 2 $ 27.000 $ 54.000 Und 29 COTIZACIÓN DE INVERSIÓN Y GASTOS OPERACIONALES TIPO MATERIAL CANTIDAD PRECIO PRECIO UNITARIO UNIDAD MENAJE EMBUDO INOX 9cm 1 $78.000 $ 78.000 Und MENAJE ESCURRIDOR BOTELLAS (45 BOTELLAS) 0 $ 120.000 $ - Und MENAJE FERMENTADOR (60 L) 10 $ 120.000 $ 1.200.000 Und MENAJE LAVADOR BOTELLAS 0 $ 110.000 $ - Und MENAJE MESA ACERO INOX 1 $ 944.900 $ 944.900 Und MENAJE TABLA DE CORTAR 2 $ 63.900 $ 127.800 Und MP ÁCIDO CÍTRICO 500 $ 80.000 $ 160 g MP AGUA MINERAL 20000 $ 12.000 $ 0,6 mL MP ALCOHOL 20000 $ 100.000 $ 5 mL MP BOTELLA VIDRIO 750 mL 12 $ 192.000 $ 16.000 Und MP ENEBRO 250 $ 40.000 $ 160 g MP GULUPA 20 $ 85.000 $ 4.250 kg MP HIERBAS 1 $ 10.000 $ 10.000 MP HIERBAS DE PÁRAMO 40 $ 100.000 $ 2.500 MP HIGO 20 $ 150.000 $ 7.500 kg MP LEVADURA 500 $ 150.000 $ 300 g MP MIEL DE BOSQUE 800 $ 28.800 $ 36 g PERSONAL SALARIO 300 $ 1.750.000 $ 5.833 - SERVICIOS AGUA 300 $ 56.167 $ 187 - SERVICIOS ARRIENDO 300 $ 1.080.000 $ 3.600 - SERVICIOS GAS 300 $ 75.916 $ 253 - SERVICIOS GASOLINA 1 $ 2.449 $ 2.449 L SERVICIOS LUZ 300 $ 188.605 $ 629 - PRECIO DE VENTA POR PRODUCTO GINEBRA GULUPA MATERIAL CANTIDAD CU TOTAL MATERIAL CANTIDA D CU TOTAL AGUA MINERAL 450 mL $ 1 $ 270 GULUPA 16,5 kg $ 4.250 $ 70.125 ALCOHOL 300 mL $ 5 $ 1.500 LEVADURA 15 g $ 300 $ 4.500 30 PRECIO DE VENTA POR PRODUCTO GINEBRA GULUPA MATERIAL CANTIDAD CU TOTAL MATERIAL CANTIDA D CU TOTAL BOTELLA VIDRIO 750 mL 1 Und $ 16.000 $ 16.000 ÁCIDO CÍTRICO 15 g $ 160 $ 2.400 ARRIENDO - $ 3.600 ARRIENDO - $ 3.600 GAS m³ $ 253 GAS m³ $ 253 LUZ kWh $ 629 LUZ kWh $ 629 SALARIO - $ 5.833 SALARIO - $ 5.833 TOTAL COSTO $ 39.232 TOTAL COSTO $ 103.527 UTILIDAD 30% $ 11.770 UTILIDAD 30% $ 31.058 PRECIO VENTA $ 51.002 PRECIO VENTA $ 134.585 HIERBAS DE PÁRAMO HIGO MATERIAL CANTIDAD CU TOTAL MATERIAL CANTIDA D CU TOTAL AGUA MINERAL 450 mL $ 1 $ 270 HIGO 16,5 kg $ 7.500 $ 123.750 ALCOHOL 300 mL $ 5 $ 1.500 LEVADURA 15 g $ 300 $ 4.500 BOTELLA VIDRIO 750 mL 1 Und $ 16.000 $ 16.000 ÁCIDO CÍTRICO 15 g $ 160 $ 2.400 ENEBRO 6 g $ 160 $ 960 BOTELLA VIDRIO 750 mL 1 Und $ 16.000 $ 16.000 HIERBAS DE PÁRAMO 6 g $ 2.500 $ 15.000 AGUA m³ $ 187 AGUA m³ $ 187 ARRIENDO - $ 3.600 ARRIENDO - $ 3.600 GAS m³ $ 253 GAS m³ $ 253 LUZ kWh $ 629 LUZ kWh $ 629 SALARIO - $ 5.833 SALARIO - $ 5.833 TOTAL COSTO $ 44.232 TOTAL COSTO $ 157.152 UTILIDAD 30% $ 13.270 UTILIDAD 30% $ 47.146 PRECIO VENTA $ 57.502 PRECIO VENTA $ 204.298 MIEL MATERIAL CANTIDAD CU TOTAL MIEL DE BOSQUE 2310 g $ 36 $ 83.160 LEVADURA 6 g $ 300 $ 1.800 AGUA MINERAL 450 g $ 1 $ 270 BOTELLA VIDRIO 750 mL 1 Und $ 16.000 $ 16.000 AGUA m³ $ 187 ARRIENDO - $ 3.600 GAS m³ $ 253 LUZ kWh $ 629 SALARIO - $ 5.833 TOTAL COSTO $ 111.732 UTILIDAD 30% $ 33.520 PRECIO VENTA $ 145.252
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