EVALUACIÓN DE LA OBTENCIÓN DE BIOETANOL A PARTIR DEL ALMIDÓN DE ÑAME (DIOSCOREA ROTUNDATA, DIOSC_JOSÉ MURGAS_USBCTG_2012

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EVALUACIÓN DE LA OBTENCIÓN DE BIOETANOL A PARTIR DEL ALMIDÓN 
DE ÑAME (DIOSCOREA ROTUNDATA, DIOSCOREA ALATA Y DIOSCOREA 
TRÍFIDA) MEDIANTE LA HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA Y POSTERIOR 
FERMENTACIÓN. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
JOSE DAVID MURGAS TORRES 
MIGUEL ANGEL VASQUEZ MONTERROSA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA 
FACULTAD DE INGENIERÍAS, ARQUITECTURA, ARTE Y DISEÑOS 
PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA 
CARTAGENA 
2012 
 
 
 
EVALUACIÓN DE LA OBTENCIÓN DE BIOETANOL A PARTIR DEL ALMIDÓN 
DE ÑAME (DIOSCOREA ROTUNDATA, DIOSCOREA ALATA Y DIOSCOREA 
TRÍFIDA), MEDIANTE LA HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA Y POSTERIOR 
FERMENTACION. 
 
 
 
 
 
JOSE DAVID MURGAS TORRES 
MIGUEL ANGEL VASQUEZ MONTERROSA 
 
 
 
 
 
 
Trabajo de grado presentado como requisito para optar al título de Ingeniero 
Químico 
 
 
 
 
 
 
Asesora Externa 
Adriana Alejandra Pérez 
Bacterióloga 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA 
FACULTAD DE INGENIERÍAS, ARQUITECTURA, ARTE Y DISEÑOS 
PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA 
CARTAGENA 
2012 
 
 
 
Nota de aceptación 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Firma del Presidente del 
jurado 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Firma del jurado 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Firma del jurado 
 
 
 
 
 
 
Cartagena,Mayo de 2012 
 
 
 
 
 
 
 
DEDICATORIA 
 
 
 
 
 
Celebramos el fin de una etapa importante en nuestra vida dando las gracias, 
principalmente a nuestro señor Dios que nos permitió compartir este tiempo 
de enseñanza necesaria para nuestra formación. 
 
A mi querida madre María Lourdes por luchar junto a mí en la búsqueda de 
mis objetivos, por su educación y valores inculcados a lo largo de mi vida. 
 
A mis amigos y todos lo que hicieron parte de esta formación, por brindarme 
siempre palabras de aliento y el apoyo en los momentos difíciles. 
 
Dedico esto a una persona muy especial que ha sido una fuente inagotable de 
luz para mí, que me ha brindado su confianza y que siempre estuvo ahí, para 
apoyarme cuando lo necesite, la persona que considero como mi padre; por ese 
motivo gracias te doy mi querido tío Jonny Torres Saurith, gracias por su apoyo 
incondicional. 
 
 
 
JOSE DAVID MURGAS TORRES 
 
 
 
 
 
 
 
 
DEDICATORIA 
 
 
 
 
 
 
 
A dios principalmente ya que gracias a él todo esto fue posible 
 
A mí querida madre Milagros Monterrosa quien con mucho sacrificio me saco 
adelante durante todos estos años, siempre estuvo apoyándome en las buenas y 
en las malas, le doy las gracias por su comprensión y paciencia, por creer en mí 
en la adversidad, por darme tú ejemplo y educación me ayudaste a ser una 
mejor persona. 
 
A mi tía Carmenza Monterrosa quien siempre estuvo a lo largo del desarrollo de 
mi carrera apoyándome. 
 
A mi tía Marina quien a pesar de la distancia me dio su apoyo y consejo. 
 
A mis demás tías Clara y Raquel quienes siempre estuvieron pendientes de mi 
proceso y me brindaron su cariño y comprensión. 
 
A mi hermana Gina por ser fuente de alegría en todo momento. 
 
A mis amigos María, Carlos y Fabián con quienes pude compartir alegrías y 
tristezas, gracias por su amistad incondicional. 
 
 
 
 
 
 
 
Miguel Ángel Vásquez Monterrosa 
 
 
 
 
 
AGRADECIMIENTOS 
 
El desarrollo y culminación de este proyecto se debe al apoyo de 
todas aquellas personas que nos brindaron sus conocimientos y 
experiencia. 
 
Expresamos nuestros más sinceros agradecimientos: 
 
A nuestros padres, familiares y amigos que estuvieron siempre 
presente en cada uno de nuestros felices y difíciles, brindándonos su 
apoyo de manera incondicional. 
 
 
A la Universidad de San Buenaventura por la excelente formación 
académica brindada, logrando formar profesionales integrales. 
 
 
A Adriana Alejandra Pérez, Bacterióloga quien estuvo asesorándonos 
en el desarrollo del proyecto de grado. 
 
 
Al personal de los laboratorios: Aissa Rodríguez, Rosa Rangel, 
Carmen Muskus y Alma Estrada por brindarnos su ayuda 
incondicional. 
 
 
 
A todos muchas gracias. 
 
I 
 
CONTENIDO 
 Pag 
1 PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN 1 
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1 
1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 4 
1.3 JUSTIFICACIÓN 4 
1.4 OBJETIVOS 5 
1.4.1 Objetivo general 5 
1.4.2 Objetivos específicos 5 
2 MARCO DE REFERENCIA 6 
2.1 ANTECEDENTES INVESTIGATIVOS 6 
2.1.1 Historia del etanol 6 
2.1.2 Estado actual en Latinoamérica 7 
2.2 BASES TEÓRICAS 10 
2.2.1 Ñame 10 
2.2.2 Dioscorea Alata 11 
2.2.3 Dioscorea Trífida 12 
2.2.4 Dioscorea Rotundata 13 
2.2.5 Producción Mundial de Ñame 14 
2.2.6 Producción de Ñame en Colombia 15 
2.2.7 Almidón 16 
2.2.8 Hidrolisis 20 
2.2.9 Hidrolisis Química 21 
2.2.10 Hidrolisis Enzimática 22 
2.2.11 Fermentación 24 
2.2.12 Etanol 38 
2.2.13 Destilación 40 
2.3 MARCO LEGAL 42 
2.4 MARCO CONCEPTUAL 44 
3 DISEÑO METODOLÓGICO 46 
3.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN 46 
3.2 POBLACIÓN Y MUESTRA 48 
3.3 METODOLOGÍA UTILIZADA EN EL PROYECTO 48 
3.3.1 Obtención de la harina de ñame 48 
3.3.2 Hidrólisis enzimática 50 
3.3.3 Fermentación 52 
3.3.4 Destilación 56 
3.4 RECOLECCION DE LA INFORMACION 56 
3.4.1 Fuentes primarias 56 
3.4.2 Fuentes secundarias 56 
3.5 INSTRUMENTOS 57 
3.5.1 Instrumentos y equipos 57 
3.5.2 Materias primas y reactivos 57 
3.6 HIPOTESIS 58 
3.6.1 Hipótesis nula 58 
II 
 
3.6.2 Hipótesis alternativa 58 
3.7 VARIABLES 58 
3.7.1 Variables Independientes 58 
3.7.2 Variables Dependientes 58 
3.8 OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES 59 
3.9 PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN 59 
4 RESULTADOS 60 
4.1 Comportamiento de Dioscorea Alata en la hidrólisis enzimática 60 
4.2 Comportamiento de Dioscorea Trífida en la hidrólisis enzimática 62 
4.3 Comportamiento de Dioscorea Rotundata en la hidrólisis enzimática 64 
4.4 Lectura de pH 66 
4.4.1 Lectura de pH para Dioscorea Alata 66 
4.4.2 Lectura de pH para Dioscorea Trífida 67 
4.4.3 Lectura de pH para Dioscorea Rotundata 68 
4.5 Lectura de °BRIX 69 
4.5.1 Lectura de °BRIX para Dioscorea Alata. 69 
4.5.2 Lectura de °BRIX para Dioscorea Trífida 70 
4.5.3 Lectura de °BRIX para Dioscorea Rotundata 71 
4.6 Lectura de azucares reductores en la fermentación. 72 
4.6.1 Lectura de azucares reductores para Dioscorea Alata 72 
4.6.2 Lectura de azucares reductores para la Dioscorea Trífida 73 
4.6.3 Lectura de azucares reductores para Dioscorea Rotundata 74 
4.7 Conteo de microorganismos 75 
4.7.1 Conteo de microorganismos para Dioscorea Alata 75 
4.7.2 Conteo de microorganismos para Dioscorea Trífida 76 
4.7.3 Conteo de microorganismos para Dioscorea Rotundata 77 
4.8 Producción de etanol 78 
4.8.1 Producción de etanol de Dioscorea Alata 78 
4.8.2 Producción de etanol de Dioscorea Trífida 80 
4.8.3 Producción de etanol de Dioscorea Rotundata 82 
4.9 Rendimientos del proceso 84 
4.9.1 Rendimiento para Dioscorea Alata . 84 
4.9.2Rendimiento para Dioscorea Trífida 84 
4.9.3 Rendimiento para Dioscorea Rotundata 85 
4.10 ANÁLISIS ESTADÍSTICO 85 
5 CONCLUSIONES 87 
6 RECOMENDACIONES 88 
BIBLIOGRAFÍA 89 
ANEXOS 92 
 
 
 
 
 
 
III 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
 Pag 
 
Figura 1. Línea de tiempo de utilización de bioetanol a nivel mundial. 6 
 
Figura 2. Imagen sobre hojas de Dioscorea (izquierda) y morfología 10 
del ñame (derecha) 
 
Figura 3. Hojas D. Alata (izquierda) y tubérculo (derecha) 12 
 
Figura 4. Hoja de D.Trífida (izquierda) y tubérculo (derecha) 13 
 
Figura 5. Hojas de D. Rotundata (izquierda) y tubérculo (derecha) 14 
 
Figura 6. Producción de ñame en los departamentos de 16 
Colombia año 2010 
 
Figura 7. Estructura del almidón 18 
 
Figura 8. Esquema del proceso de glucolisis. 27 
 
Figura 9. Esquema de distintas formas de levadura 34 
 
Figura 10. Diagrama de la estructura de una levadura 35 
 
Figura 11. Curva de crecimiento de un microorganismo 37 
 
Figura 12. Diagrama de flujo de un proceso de destilación 42 
 
Figura 13. Equipo de destilación simple 42 
 
Figura 14. Proceso de extracción de harina de ñame 49 
 
Figura 15. Esquema general del proceso de hidrólisis 52 
 
Figura 16. Hidrolizados Esterilizados 53 
 
Figura 17. Fermentadores usados 54 
 
Figura 18. Toma de muestras 55 
 
Figura 19. Lecturas de pH 55 
 
Figura 20. Montaje del equipo de Destilación 56 
IV 
 
 
LISTA DE GRAFICAS. 
 Pag 
Gráfica 1. Comportamiento de azucares reductores en la hidrólisis 61 
enzimática de D. Alata 
 
Gráfica 2. Comportamiento °Brix en la hidrolisis enzimática 62 
de D. Alata 
 
Gráfica 3. Comportamiento azucares reductores en la hidrólisis 63 
enzimática de D. Trífida. 
 
Gráfica 4. Comportamiento °Brix en la hidrólisis enzimática 64 
de D. Trífida. 
 
Gráfica 5. Comportamiento azucares reductores en la hidrólisis 65 
enzimática de D. Rotundata. 
 
Gráfica 6. Comportamiento °Brix en la hidrólisis enzimática 66 
de D. Rotundata. 
 
Gráfica 7. Comportamiento del pH durante la fermentación 67 
de D. Alata. 
 
Gráfica 8. Comportamiento del pH durante la fermentación 68 
de D. Trífida. 
 
Gráfica 9. Comportamiento del pH durante la fermentación 69 
de D. Rotundata. 
 
Gráfica 10. Comportamiento del descenso de °Brix durante 70 
la fermentación de D. Alata. 
 
Gráfica 11. Comportamiento del descenso de °Brix durante 71 
la fermentación de D. Trífida. 
 
Gráfica 12. Comportamiento del descenso de °Brix durante 72 
la fermentación de D. Rotundata. 
 
Gráfica 13. Comportamiento del descenso de azucares 73 
reductores durante la fermentación de D. Alata. 
V 
 
 
 
Gráfica 14. Comportamiento del descenso de azucares 74 
reductores durante la fermentación de D. Trífida 
 
Gráfica 15. Comportamiento del descenso de azucares 75 
reductores durante la fermentación de D. Rotundata 
 
Gráfica 16. Comportamiento del crecimiento de biomasa 76 
durante la fermentación de D. Alata 
 
Gráfica 17. Comportamiento del crecimiento de biomasa 77 
durante la fermentación de D. Trífida 
 
Gráfica 18. Comportamiento del crecimiento de biomasa 78 
durante la fermentación de D. Rotundata 
 
Gráfica 19. Comportamiento de la producción de alcohol 79 
durante la fermentación de D. Alata 
 
Gráfica 20. Gráfico de medias variedad Dioscorea Alata 80 
 
Gráfica 21. Comportamiento de la producción de alcohol 81 
durante la fermentación de D. Trífida. 
 
Gráfica 22. Gráfico de medias de la variedad Dioscorea Trífida 82 
 
Gráfica 23. Comportamiento de la producción de alcohol 83 
durante la fermentación de D. Rotundata 
 
Gráfica 24. Gráfico de medias de la variedad Dioscorea Rotundata 83 
 
 
 
 
 
VI 
 
LISTA DE TABLAS 
 Pag 
Tabla 1. Producción de Ñame A nivel Mundial año 2005. 15 
 
Tabla 2. Almidón presente en diferentes alimentos. 19 
 
Tabla 3. Compuestos producidos por el proceso de fermentación. 29 
 
Tabla 4. Metabolitos microbianos comerciales. 29 
 
Tabla 5. Tamaño de células en procesos Biotecnológicos. 34 
 
Tabla 6. Cantidad de ñame utilizada en el proceso 49 
 
Tabla 7. Condiciones de la enzima α Amilasa 51 
 
Tabla 8. Condiciones de la enzima AMG (Amiloglucosidasa) 51 
 
Tabla 9. Condiciones en el proceso de la fermentación 53 
 
Tabla 10. Equipos e instrumentos laboratorio 57 
 
Tabla 11.Lista de materias primas y reactivos 57 
 
Tabla 12. Operacionalización de las variables 59 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
VII 
 
 
RESUMEN 
 
 
Hoy en día la búsqueda de energías alternativas y su utilización se ha convertido 
en una de las principales preocupaciones y desafíos para la humanidad. De seguir 
así, con el consumo desaforado de los combustibles fósiles, el futuro de la 
humanidad y del planeta se prevé desastroso debido al acelerado ritmo de 
contaminación y al gran impacto que se ha generando en la capa de ozono por su 
combustión. Por lo planteado anteriormente esta investigación tiene como finalidad 
realizar la evaluación de la obtención de etanol a partir de tres variedades de 
ñame como sustrato,mediante el proceso de hidrólisis enzimática y posterior 
fermentación, teniendo en cuenta las propiedades que posee este tubérculo y 
sualta producción en las zonas regionales, con lo que se busca darle un valor 
agregado al uso de este producto agrícola. 
 
De acuerdo a lo planteado anteriormente, en el primer capítulo del proyecto se 
realizó el planteamiento y la formulación del problema, en donde se destaca la 
importancia de evaluar un nuevo sustrato (ñame) para la obtención de etanol y 
utilizarlo como alcohol carburante y así minimizar las emisiones de gases en la 
atmósfera reduciendo así el impacto ambiental, también se proponen los objetivos 
los cuales deben ser alcanzables para que la investigación sea valedera. En el 
segundo y tercer capítulo, se recopilaron las investigaciones realizadas 
previamente a esta investigación, las bases teóricas que fundamentan la 
investigación y se planteo la metodología empleada para la obtención de los 
resultados, además se establece las fuentes de información utilizadas y la 
descripción de las variables implicadas en el proceso. 
 
En el capítulo 5 y 6 se encuentran las conclusiones y recomendaciones que se 
pudieron extraer del proyecto, que servirán como punto de referencia a futuros 
investigadores que decidan indagar o explorar en este campo o que deseen llevar 
a cabo el proceso a escala piloto o industrial
1 
 
ESTUDIO DE LA OBTENCIÓN DE BIOETANOL A PARTIR DEL ALMIDÓN DE 
ÑAME (DIOSCOREA ROTUNDATA, DIOSCOREA ALATA Y DIOSCOREA 
TRÍFIDA), MEDIANTE LA HIDRÓLISIS ENZIMATICA Y POSTERIOR 
FERMENTACIÓN. 
 
1. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN 
 
 
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 
 
 
Históricamente las fuentes de energía que se han utilizado en el desarrollo de 
muchos procesos (el transporte, las fábricas, la calefacción y las industrias de 
generación de energía eléctrica) son los combustibles fósiles (petróleo, carbón y 
gas natural). Por eso estos compuestos son claves en el desarrollo de la vida y 
sociedad de nuestro planeta. 
 
Debido al agotamiento progresivo de los combustibles fósiles, en los últimos años 
se ha generado una gran preocupación por parte de los países de todo el mundo 
por buscar nuevas fuentes de energía, pero hasta el momento no se ha 
desarrollado una fuente de energía que reemplace por completo a los 
combustibles fósiles, debido a que poseen un gran potencial energético.Sin 
embargo, se han desarrollado innumerables estudios a lo largo de estas cuatro 
últimas décadas y en la literatura científica se reporta que una potencial fuente 
nueva energía es la biomasa, que supone la obtención de combustibles desde 
fuentes vivas (plantas, microorganismos, incluso algunos residuos de animales), 
como el etanol o alcohol etílico, producido a partir de la fermentación de los 
azucares que se encuentran en los productos vegetales (cereales, caña de 
azúcar, remolacha, maíz entre otros). Este combustible debidamente procesado 
poco a poco comienza a penetrar como combustible en el mercado internacional1. 
 
Cada día que pasa se hace más evidente la necesidad de encontrar nuevas 
alternativas que puedan reemplazar a los combustibles fósiles, que ayuden a la 
conservación y recuperación del medio ambiente. Es por esto que la energía a 
partir de la biomasa, es sin lugar a duda una fuente importante a tener en cuenta, 
porque se puede reducir la contaminación proveniente de la utilización de 
energía a partir de los combustibles fósiles. Teniendo en cuenta esto, para la 
investigación se utilizó como biomasa un producto vegetal(ñame), que por su 
composición permite la obtención de bioetanol, que se puede utilizar como 
combustible o como aditivo de la gasolina. 
 
 
1
 Estudio realizado por Global Bioenergy Partnership (Asociación Global de Bioenergía) [GBEP 
(2007)] 
2 
 
El ñame pertenece a la familia DIOSCOREACEA, género Dioscorea. Se encuentra 
distribuido en las regiones tropicales de alta pluviosidad, contiene fécula 
abundante y constituye un importante alimento en las regiones tropicales. Las 
especies más cultivadas corresponden a Dioscorea Alata, D. Rotundata, D. 
Cayenensis, D. Esculenta, D. Bulbífera y D. trífida, de los cuales la primera es la 
preferida en la producción de tubérculos para el consumo humano. El área 
mundial cultivada comprende tres regiones principales: África occidental, sur de 
Asia incluyendo parte de China, Japón, Oceanía y los países del Caribe. En 
América, el ñame es solo importante en Brasil, Colombia, Haití, Venezuela y 
Antillas Francesas. 
 
En Colombia se pueden encontrar varias especies de ñame, como el ñame criollo 
(D. Alata), ñame espino (D. Rotundata), ñame papa (D. Bulbífera), ñame azúcar 
(D. Esculenta) y ñampin (D. Trífida). D. Alata y D. Rotundata son las especies de 
mayor importancia tanto por el área sembrada como por la demanda del tubérculo, 
seguidas por D. Trífida. El cultivo del ñame se considera abundante en la Costa 
Atlántica, las áreas de mayor producción en Colombia son: la zona costera del 
departamento de Córdoba, la subregión natural de los montes de María en los 
departamentos de Sucre y Bolívar, y algunos municipios de los departamentos del 
Cesar y la Guajira. Aun cuando actualmente se le conoce en todo el mundo, en 
Colombia el ñame se ha caracterizado como producto de cultivo y consumo 
tradicional en la Costa Atlántica2. 
 
El uso del ñame se ve en reflejado en las comidas cotidianas como (mote de 
ñame, dulce de ñame y sancocho). El cultivo de este tubérculo involucra a 9.000 
familias de pequeños productores cuyos sistemas de comercialización se 
caracterizan por bajos volúmenes, escasa infraestructura de acopio, transporte y 
almacenamiento y una reducida transformación, donde el 78% de la producción se 
dirige al mercado en fresco; además en la región de la Costa Atlántica, donde se 
cultivan alrededor de 29.757 ton/año3; a pesar de la alta producción en el año el 
ñame no es utilizado con otros fines a parte del alimenticio, ya que no se conocen 
transformaciones tecnológicas que permitan generar otro uso para este. Su 
condición de alimento regional que no se sitúa como de primera necesidad ha 
estancado su explotación, que se realiza generalmente en predios de economía 
campesina con bajo nivel de tecnificación. 
 
Es necesario realizar un análisis sobre cómo afecta la producción de 
biocombustible al campo, y hay que tener presente que se necesitan alimentos 
para vivir, pero también se necesitan combustibles para atender las necesidades 
 
2
Evaluación De Propiedades Tecnofuncionales De Variedades De Ñame De La Costa Atlántica. 
Disponible en: http://www.unicordoba.edu.co/pregrado/copia%20alimentos/proyectos/pba.pdf 
fecha:13/03/2012 
3
ALVIS, Armando y VELEZ, Carlos. Información Tecnológica-Vol. 19 N°5-2008, pág.: 11-18 
Disponible en: http://www.scielo.cl/scielo.php?pid=S0718-07642008000500003&script=sci_arttext 
3 
 
de transporte, industria, vivienda, comercio, etc. La elección entre alimentos y 
biocombustibles no se puede plantear en términos absolutos, porque no se puede 
renunciar a ninguno. La demanda de alimentos y la demanda de combustibles van 
en aumento, tanto por el desarrollo económico, como por el crecimiento 
poblacional. Ambos mercados, el de alimentos y el de combustibles, existen y van 
a seguir existiendo; están y seguirán compitiendo por los productos agrarios que 
son materia prima para la fabricación de biocombustibles. 
 
Se necesita tanto de los alimentos como de los combustibles. Esta competencia 
exige volcar la vista al campo, a la agricultura. En el mundo son aproximadamente 
5.000millones de hectáreas las que se ocupan en agricultura. 
 
Sin embargo, todavía queda superficie cultivable, aproximadamente 4.000 millones 
de hectáreas, la que actualmente está cubierta por bosques. Pero mejor si no los 
tomamos en cuenta. Si hoy en día de una hectárea se puede obtener 
aproximadamente 3.000 – 9.000 litros de bioetanol/año y 1.000 – 5.000 litros de 
biodiesel, entonces se necesitarían entre 220 y 800 millones de hectáreas para 
producir un volumen de bioetanol y biodiesel igual al volumen de gasolina y diesel 
consumidos actualmente. Si se mantiene la superficie agrícola actual solamente 
para la producción de alimentos, entonces se necesitará incrementar las hectáreas 
arriba mencionadas. ¿Habrá otras alternativas? Sí, elevar la productividad y hacer 
más eficiente el uso de combustibles. Fuera de ampliar la frontera agrícola, elevar 
los rendimientos de producción agraria y reducir el consumo de combustibles por 
persona son alternativas viables para enfrentar la crisis. Para elevarla productividad 
agraria se tiene que aplicar nuevas tecnologías en la producción. Las nuevas 
tecnologías incluyen riego, semillas mejoradas, técnicas más eficientes, 
mecanización, mejoramiento del empresariado, créditos, etc. La reducción del 
consumo de combustibles por persona tiene mucho que ver con el tipo de 
vehículos que se utilizan4. 
 
Debido a la creciente necesidad en el país para la producción de bioetanol, es 
relevante realizar investigaciones relacionadas con la evaluación de nuevos 
sustratos y metodologías para la obtención de azucares fermentables por medio 
de hidrólisis. 
 
El ñame en su composición química posee almidón, que es un componente 
importante de los tubérculos encontrándose en una concentración aproximada de 
15,5 %5, por lo que se puede considerar una buena fuente de dicho polisacárido6, 
 
4
BARRIENTOS, Juan Carlos. Alimentos o combustible ¿Sinergia o dilema? Revista “Análisis” ISSN 
1999‐6233vol 1 Nr 1 2008.Disponible en www.ibepa.org 
5
TREADWAY, R. H. Manufacture of potato starch. In Whistler & Paschal (Eds.), Starch: Chemistry 
and Technology (pp 87-101). New York: Academic Press Inc.1984. fecha: 30/11/2011 
6
GONZALES, Jorge y MOLINA, Manuel. Estudio de los factores que afectan la hidrolisis enzimática 
y el proceso fermentativo para la producción de alcohol a partir de la papa. Revista de ingeniería 
vol. 16(1), Enero/Julio 2006. 
4 
 
Por tal razón en esta investigación se evaluará un sustrato rico en almidón. Es 
necesario realizar este estudio ya que busca dar un uso diferente a este alimento, 
utilizándolo como materia prima para la obtención de etanol a partir de la 
hidrolizacióndel almidón mediante el uso de enzimas como la alfa amilasa, 
Amiloglucosidasa y posteriormente la fermentación con la Saccharomyces 
cerevisiae. 
 
1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 
 
¿Se podrá obtener bioetanol a partir de la hidrólisis de almidón de ñame a 
concentraciones de 10.5, 13.5 y 15 en %m/v utilizando las enzimas alfa amilasa, 
Amiloglucosidasa y la fermentación con Saccharomyces cerevisiae? 
 
1.3 JUSTIFICACIÓN 
 
Los recursos no renovables (combustibles fósiles) en el país día a día se están 
agotando debido a la gran demanda que estos generan a nivel mundial por las 
diferentes aplicaciones y usos que estos tienen en procesos industriales. Este 
proyecto se hace necesario para la búsqueda de alternativas energéticas viables 
con el fin de disminuir el consumo de los combustibles fósiles debido a la 
contaminación que estos generan y con el tiempo poder llegar a remplazarlos. Por 
otra parte generaría desarrollo en las investigaciones del país cerrando poco a 
poco la brecha tecnológica con los países industrializados de Suramérica como 
Brasil. 
 
Este proyecto es importante para investigadores y la comunidad científica porque 
se aplican las bases y conocimientos prácticos adquiridos a lo largo del proceso de 
aprendizaje, para enfrentar los retos que se nos presenten a lo largo de nuestra 
carrera profesional. Esto permite tener una visión más amplia del papel que ocupa 
el profesional formado en la Universidad de San Buenaventura en la sociedad. 
 
La Ingeniería Química como ciencia está a la expectativa de nuevas 
investigaciones, teorías o procesos de fabricación las cuales conforman una ciencia 
más competitiva frente al ámbito laboral ya que el papel del ingeniero químico en la 
industria es fundamental en el desarrollo de muchos procesos. Mediante la 
obtención de etanol a nivel de laboratorio se desarrollaran los pasos adecuados 
para realizar el proceso en mayores proporciones. 
 
Este proyecto se caracterizó por su proyección social, debido a la generación de 
oportunidades para personas de escasos recursos que pueden desempeñarse en 
la siembra y recolección de la materia prima, mejorando así su calidad de vida, 
razón por la cual se identifica con las políticas de la Universidad de San 
Buenaventura planteado en su PEB “ La Universidad de San Buenaventura concibe 
 
 
5 
 
la proyección social como la relación permanente que la institución establece con la 
comunidad o medio externo para articularse en ella; influir en los procesos de 
transformación social y en las realidades de su propio desarrollo, comunidades 
regionales y nacionales.”7 
 
En la realización de este proyecto se hizo necesaria la utilización de conocimientos, 
información, adquiridos durante la formación universitaria las áreas de operaciones 
unitarias, biotecnología, tecnología ambiental, ética, evaluación de proyectos entre 
otras. Y con ellas se desarrollaran todas las actitudes y destrezas necesarias para 
la gestión del proyecto, ayudando por medio de estas a la conservación del medio 
ambiente en busca del mejoramiento de su entorno. 
 
Además en esta investigación se ponen al servicio de la sociedad los 
conocimientos adquiridos para mejorar la calidad de vida del hombre sin causar 
daño a la naturaleza. Dentro de la trascendencia de esta investigación, se hace 
necesaria relacionarlas con la orientación y aplicación de los programas 
académicos vistos en la Facultad de Ingeniería, Arquitectura, Arte y Diseño de La 
Universidad de San Buenaventura. 
 
1.4 OBJETIVOS 
 
1.4.1 Objetivo general 
 
Evaluar la obtención bioetanol a partir del almidón de ñame (Dioscorea 
Rotundata, Dioscorea Alata y Dioscorea Trífida) mediante la hidrolisis enzimática y 
posterior fermentación. 
 
1.4.2 Objetivos específicos 
 
Realizar la hidrólisis enzimática de las tres variedades de harina de ñame a las 
concentraciones 10.5, 13.5y 15% m/v utilizando la enzima α amilasa y la 
amiloglucocidasa. 
 
Realizar la fermentación del hidrolizado obtenido, mediante la utilización de la 
levadura Saccharomyces cerevisiae. 
 
Determinar los parámetros (azucares reductores, crecimiento microbiano y etanol 
producido) de las 3 variedades a las concentraciones 10.5, 13,5 y 15% m/v. 
 
 
 
7
Proyecto Educativo Bonaventuriano. 2010. P49 
6 
 
2. MARCO DE REFERENCIA 
 
 
2.1 ANTECEDENTES INVESTIGATIVOS 
 
La producción de alcohol existe desde que el hombre conoce el fenómeno de la 
fermentación. Una de las primeras menciones, se han hallado en papiros egipcios 
que datan de 3.500 A.C, sin embargo, la preparación de vinos y cervezas se 
sugiere desde la prehistoria. La figura 1 ilustra la evolución del uso de bioetanol a 
nivel mundial en el siglo 20. 
 
Figura 1. Línea de tiempo de utilización de Bioetanol a nivel mundial. 
 
 
Fuente:http://www.epn.edu.ec/bio2008/Documentos/BIOETANOLPPT.pdf fecha: 28/10/2011 
 
2.1.1 Historia – etanol 
 
El Programa PROALCOHOL, iniciado en 1975 por el gobierno brasileño a raíz de 
la crisis del petróleo, tenía por finalidad reducir la dependencia del país respecto a 
las importaciones del combustible fósil. Este programa se basó en los siguientes 
conceptos: 
 
 Un volumen de compras y precio garantizados de etanol por parte de 
Petrobras. 
 El establecimiento de incentivos a la inversión en nuevos centros de 
producción. 
 Una subvención a la compra de vehículos impulsados por etanol puro. 
 
 A mediados de los 80’s, el descubrimiento de yacimientos de Petrobras, 
debilitaron el argumento de la independencia del petróleo y la caída de los precios 
7 
 
de este, hizo que el apoyo a la producción de etanol decayera por el diferencial 
elevado de precios. Por otro lado, la evolución del mercado del azúcar, hizo para 
los productores de caña más atractivo la producción de éste que del etanol. 
 
Durante la década del 90, el programa fue revisado a fondo y a partir de 1999 se 
produjo la apertura del mercado de etanol y el fin de los precios garantizados y 
con las siguientes modificaciones: 
 
 Orientación hacia el sistema de mezcla. 
 
 Desgravación fiscal prácticamente total para la venta de etanol. 
 
 La obligación de añadir a la gasolina una proporción mínima de etanol del 
22-24%, determinada por el gobierno8. 
 
2.1.2 Estado actual Latinoamérica 
 
El sector mundial de la producción de etanol se encuentra en plena expansión, 
ejemplo claro de esto se ve en su parque automovilístico que suma hoy casi tres 
millones de vehículos “dedicados” (solo etanol) y cerca de 16 millones de vehículos 
que consumen mezcla etanol – gasolina. En los últimos años, la industria 
automovilística brasileña desarrolló vehículos que operan con flexibilidad en el tipo 
de combustible, popularmente conocidos como "Flex", ya que el motor funciona con 
cualquier proporción de gasolina (mezcla E20-E25) y etanol anhidro (E100), 
disponibles en el mercado a partir de 2003. En agosto de 2008 la flota de carros 
"Flex" ya había alcanzado 6 millones de vehículos, incluyendo automóviles y 
vehículos comerciales livianos, representando un 23% de la flota de vehículos 
livianos de Brasil. En Colombia desde el 2005 se usa E10 en el 70% del territorio y 
a finales de 2009 estará el 100% del país usando esta mezcla. La legislación sobre 
producción y uso de biocombustibles también se está aplicando en países como: 
Argentina, Bolivia, Costa Rica, Guatemala, Honduras, Nicaragua, Paraguay, Perú9. 
 
En Colombia las investigaciones para utilizar el etanol como combustible 
comenzaron en 2001, año en que el gobierno aprobó la ley 693 que obligaba al 
enriquecimiento en oxígeno de la gasolina. Esto se hizo inicialmente para reducir 
las emisiones de monóxido de carbono de los coches. Regulaciones más recientes 
eximieron al etanol elaborado a partir de biomasa de algunos impuestos que 
gravan la gasolina, haciendoasí más barato el etanol que la gasolina10. Al principio 
todo el interés en la producción del etanol vino de la industria de azúcar existente, 
 
8
LEÓN, José Guillermo. Los Biocombustibles. Conferencia ARPEL 2009. Punta del Este. Uruguay 
p.6 
9
Ibíd. p.7 
10
Ley 788 de 2002 articulo 88 “Exención de impuestos para el alcohol carburante” disponible 
en:http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=7260 
8 
 
ya que es relativamente fácil añadir un módulo para desarrollar etanol al final de 
una fábrica de azúcar, y las necesidades energéticas son similares a las que se 
necesitarían para producir el azúcar. El gobierno alienta a convertir gradualmente 
las fuentes de combustible de los coches a una mezcla del 10 por ciento de etanol 
y de 90 por ciento de gasolina. Las plantas del etanol están siendo incentivadas por 
tratos fiscales. Ha habido interés en plantas de etanol de yuca (mandioca) y de 
nuevas plantaciones de la caña de azúcar, pero aún no se ha conseguido producir 
carbohidratos a bajo precio. 
 
Las investigaciones sobre el bioprocesamiento de ñame y de tubérculos afines son 
escasas debido a que por lo general su estudio va más dirigido como alimento.En 
la industria del alcohol el ñame es muy poco empleado, pero este es de los 
tubérculos con mayor presencia de almidón, lo que lo convierte en materia 
disponible para el procesamiento de etanol, algunos de los que se han utilizado con 
estos fines son la yuca y la papa, por lo tanto se realizó una recopilación de 
estudios e investigaciones afines con esta proyecto y que presentamos a 
continuación: 
 
CASTAÑO y colaboradores, (2011) Evaluaron la producción de etanol a partir de 
harina de yuca en un sistema de hidrolisis enzimática y fermentación. Se obtuvo 
una concentración de etanol de 14,6% v/v con una productividad de 2.5 g/h (48 
horas de proceso) y con una concentración de harina de ñame de 28% m/v 
empleando la enzima STARGENTM0.01 (mezcla de alfa amilasa y glucoamilasa) en 
la hidrolisis y la Saccharomyces cerevisiae en la fermentación. 
 
ASTURIZAGA y BOCANEGRA, (2008) Evaluaron los rendimientos en el proceso 
de obtención de alcohol a partir de harina de Ñame (Dioscorea Bulbífera, Trífida) 
por vía enzimática. Los resultados en la producción de alcohol demostraron que la 
variedad D. Trífida en las concentraciones 10% y 13% m/v presentó mayores 
rendimientos en cuanto a volúmenes de alcohol, con valores de 786,87 y 792,96 
L/Tm de harina respectivamente. De forma similar se demostró que la variedad D. 
Bulbífera en las concentración 16% m/v arrojo los menores rendimientos con un 
valor de 520,66 L/Tm de harina. Empleando las enzimas comerciales Pectinex 
UltraSP-L, Termamyl 120 L y la AMG 300 L de la Novo Nordisk en la hidrólisis y 
Saccharomyces cerevisiae en la fermentación. 
 
Assis. T, (2007), en el estudio para la cuantificación de alcohol a partir de harina 
de batata obtuvo una concentración de etanol del 9.4% v/v y un rendimiento de 
129 L de etanol/Tm de harina de batata, durante un tiempo de fermentación de 56 
horas, empleando como microorganismo Saccharomyces cerevisiae. 
 
González y Molina en el 2006, estudiaron la hidrólisis enzimática y la fermentación 
de la papa (Solanum tuberosum), a fin de determinar las mejores condiciones para 
producir alcohol, quienes en el seguimiento del proceso de fermentación 
alcanzaron una concentración máxima de alcohol de 10,33% v/v. El rendimiento 
9 
 
de etanol del proceso fue de 94,5 L de etanol/Tm de papa, utilizando una 
concentración de 20% m/v de sustrato. 
 
BRINGHENTI. L y CABELLO. C, también en el 2006, en el estudio de la 
fermentación alcohólica de sustrato amiláceo hidrolizado enriquecido con melaza 
de caña, obtuvieron concentraciones de etanol del 1.6% v/v; 2% v/v; 2.4% v/v; 
3.6% v/v y4% v/v a partir de un hidrolizado de almidón residual de harina de yuca 
del 10%m/v, enriquecido con concentraciones de melaza de caña del 5, 10, 15 y 
20% v/v respectivamente, en un volumen de reacción de 500 ml, usando como 
microorganismo Saccharomyces cerevisiae. 
 
BRINGHENTI. L y CABELLO. C en el 2005, obtuvieron una concentración de 
etanol del9.76% v/v a partir de residuos del proceso de obtención de harina y 
almidón de yuca usando una concentración del 18% m/v y enriquecido con un 
12% de melaza residual del proceso de producción de sacarosa de caña de 
azúcar. 
 
MAGALY L. CEREDA M., en Brasil 2004.Desarrollaron un estudio sobre la 
utilización del residuo sólido obtenido en la extracción de almidón de yuca que es 
usado fundamentalmente en la alimentación animal, el objetivo de este trabajo fue 
desarrollar la evaluación técnica económica de la producción de alcohol a partir 
del subproducto de la obtención del almidón de yuca. Para esto se usó como 
enzima complementaria la pectinasa para la hidrólisis del mosto, la caracterización 
del subproducto presentándolos siguientes resultados en base seca: 80% de 
almidón, 11.5% de fibra, 1.14% de cenizas, 0.85% de proteínas y 0.45% de 
azucares. El proceso de hidrólisis tuvo una conversión de 86.31% del almidón 
inicial y un 80% de rendimiento de azucares totales. Un análisis mostró que cerca 
del 75% de la materia seca inicial fue hidrolizado y el residuo presento 37% de 
almidón, 30% de azucares totales, 30% de fibra en base seca, el mosto obtenido 
presentó una concentración de 13 ºBrix siendo necesario concentrarlo, la 
fermentación alcohólica se realizó en 48 horas, el análisis económico demostró un 
proceso viable, necesitando un ajuste para su realización comercial. 
 
GRISALES. P. A, et, al., (2001). En el diseño de un proceso de producción de 
etanol anhidro a partir de jugo de caña, obtuvieron una concentración de 6 - 8% 
v/v de etanol. El jugo de caña contenía una composición de 14% de sólidos 
solubles (14 ºBrix) y en la fermentación el microorganismo utilizado fue 
Saccharomyces cerevisiae. 
 
En el trabajo “Estudio preliminar para la obtención de jarabe de glucosa a partir de 
la hidrólisis enzimática del almidón de yuca utilizando extractos crudos de alfa 
amilasa (B. Licheniformis) y glucoamilasa (A. Níger)”, aplicaron extractos crudos 
enzimáticos a una solución de almidón de yuca 20% (m/v). Se ensayaron tres 
relaciones enzimas /sustrato 10, 20 y 30 ml/Kg. de almidón para el extracto de alfa 
amilasa y 15, 20, 45 ml/ Kg. de almidón para el extracto de glucoamilasa. Los 
10 
 
mejores resultados de la hidrólisis del almidón de yuca se lograron con las 
relaciones de 30 ml/ Kg. de almidón en la, licuefacción y 45 ml/Kg de almidón en la 
licuefacción, con lo que se obtuvo un jarabe de glucosa de 83.34% de equivalente 
de dextrosa (Lujan D. Alvarino N. Salcedo J., Revista Temas Agrarios, SIN 012-
7610, 2001)11. 
 
2.2 BASES TEÓRICAS 
 
2.2.1 Ñame 
Nombre Científico: Dioscorea spp 
En la figura 2 se puede observar la forma de las hojas y del tubérculo de una de las 
especies de este género. 
Figura 2. Imagen sobre hojas de Dioscorea (izquierda) y Tubérculo (derecha) 
 
Fuente: www.infojardin.com y www.elapuron.com/blogs/cocina/9/el-ame/ fecha: 13/06/2011 
Identificación del Producto 
El ñame es una de varias especies de plantas del género Dioscorea (de la familia 
Dioscoreácea), nativo a regiones cálidas de ambos hemisferios. Este tubérculo 
tropical cuya parte expuesta es en forma de enredadera, es muy popular en centro y 
sur América, al igual que en el Caribe, África y partes de Asia. Diversas variedades 
de ñame se cultivan a través de los trópicos y en parte de las regiones sub-tropicales 
y templadas. En África occidental y en Nueva Guinea el de ñame es uno de los 
principales cultivos primarios. 
 
11
ASTURIZAGA AVILEZ, Yajaira y BOCANEGRA AMAYA, Carmen. Evaluación de los 
rendimientos en el proceso de obtención de alcohol a partir de harina de Ñame (Dioscorea 
Bulbífera, Trífida) por vía enzimática. Sincelejo. Universidad de Sucre. Facultad de Educación Y 
Ciencias.Programa de Biología, 2008. 108 p. 
11 
 
Aunque el Camote "SweetPotato" y el ñame son similares en muchas formas, (y por 
ello en países como los EE.UU. y Canadá se presta a confusión), estas son plantas 
de diferentes especies. 
Existen más de 150 especies de ñames en el mundo, dependiendo de la variedad del 
ñame, la parte carnosa puede ser de diferentes tonalidades de blanco, amarillo, 
púrpura o rosado, y la piel desde blancuzca a chocolate oscuro. La textura de este 
tubérculo puede variar de suave y húmedo a áspero, seco y harinoso. En nuestro 
medio el ñame se presenta por regla general en trozos y se vende por masa. 
Ecología 
El ñame requiere para su cultivo temperaturas entre 18º C y 34º C y condiciones de 
precipitación de entre 1,200 mm y 1,300 mm Y suelo franco arenoso (más arenoso 
que arcilloso), con altura máxima de 800 más. Sobre el nivel del mar. 
Características 
El ñame es un planta (tubérculo) cuya raíz comestible es muy apetecida por su valor 
alimenticio y rico sabor. La parte superficial de la planta es una enredadera trepadora 
con tallos (bejucos) que pueden alcanzar hasta más de 3 m, estas especies tienen 
hojas de forma acorazonada y se propagan por rajas (trozos), cada una con dos o 
tres yemas. 
Variedad 
Dioscorea spp., Dioscorea Alata (ñame de agua), Dioscorea Rotundata (ñame 
blanco), Dioscorea Cayenensis (ñame amarillo), Dioscorea Japónica, Diamante 22, 
Baboso de Ocú, Culebra, Mano de Tigre. 
2.2.2 Dioscorea Alata (Ñame Diamante) 
Tipos silvestres de esta especie se encuentran aún en las selvas húmedas de 
malasia. En el viejo continente su área de distribución solo incluye zonas de alta 
humedad. A América fue introducido por los esclavos africanos y navegantes 
portugueses en el siglo XVII. En la actualidad el ñame es el más difundido 
especialmente en las Antillas, Brasil y Venezuela. 
Esta especie se caracteriza por sus tallos cuadrangulares, con las alas membranosas 
de borde irregular, con frecuencia manchadas de morado. La lámina es acorazonada, 
con 3 a 5 nervios principales que salen de la inserción del peciolo. 
Como es una planta de cultivo muy antiguo se conocen numerosos clones, estos se 
caracterizan principalmente por la forma de los rizomas (esféricos, planos, cilíndricos, 
12 
 
encorvados y alargados) son de forma irregular generalmente. El color de la pulpa 
varía de blanco a amarillento12. La figura 3 ilustra el tipo de hojas y la forma del 
tubérculo de la especie Dioscorea Alata 
Figura 3. Hojas D. Alata (izquierda) y tubérculo (derecha) 
 
Fuente:http://www.stuartxchange.org/Ubi.html y http://www.flickr.com.Fecha: 13/06/2011 
2.2.3 Dioscorea Trífida (Ñame Baboso). 
D. trífida es una planta de tallos volubles, delgados que enrollan hacia la izquierda, 
provistos de dos a ocho alas membranosas, generalmente en mayor número y 
desarrollo en la parte inferior del tallo. Las hojas miden hasta 25 cm de largo, son 
digitadas, con tres a siete segmentos o lóbulos, con el central más grande. 
Las plantas son unisexuales. Las inflorescencias estaminadas son racimos simples o 
muy ramificados, con flores verduzcas de 4 a 6 mm de diámetro; mientras que las 
inflorescencias pistiladas consisten de dos racimos simples qué nacen de la misma 
axila con flores de 12 a 24 mm de largo. Esta especie florece más regularmente que 
las otras especies del genero Dioscorea spp cultivadas. El fruto es una cápsula, con 
tres lóculos, cada uno con dos semillas diminutas, aladas. El tallo subterráneo es un 
órgano irregular y corto del que emergen los tallos aéreos, raíces y estolones, estos 
últimos en círculos sucesivos. El estolón que mide hasta 70 cm de largo, se ensancha 
formando el tubérculo. 
Los tubérculos varían mucho en forma y tamaño, aun en la misma planta; se observa 
forma esférica, fusiforme, claviforme y a menudo con ramificaciones muy cortas. La 
superficie es rugosa, a veces con raicillas. La pulpa es uniforme, compacta y varía de 
 
12LEÓN, Jorge. Fundamentos Botánicos de los Cultivos Tropicales. Costa Rica. 1968. 
92p. 
13 
 
color blanco, amarillo hasta morado, con un sabor y apariencia muy agradable 
después de cocinado. El peso de los tubérculos está entre 300 y 400g cada uno13. 
 La figura 4 muestra ejemplares que corresponden a las características descritas 
anteriormente. 
Figura 4. Hoja de Dioscorea Trífida (izquierda) y tubérculo (derecha) 
 
Fuente:http://www.tramil.net/fototeca/imageDisplay.php?id_elem=160&famil=DIOSCOREACEAE 
fecha: 06/05/2012 
2.2.4 Dioscorea Rotundata (Ñame Espino) 
El ñame espino (Dioscorea rotundata) es un cultivo de pequeños y medianos 
agricultores, que constituye en muchas regiones la principal fuente de ingresos, de 
empleo rural y de oferta de alimento a sus pobladores y también es un producto de 
exportación. En Colombia, el ñame se usa para alimentación de la población de la 
Costa Atlántica; es cultivado por pequeños y medianos agricultores y constituye la 
principal fuente de ingresos y de empleo rural en muchas zonas. Además su 
exportación a los mercados de Estados Unidos y Europa le genera al país más de 
US$2.5 millones anuales14. 
La planta de ñame tiene un sistema de raíces fibroso. Los tubérculos durante el 
período de almacenamiento, presentan puntos elevados semejantes a pústulas que 
van a dar origen a raíces. El tubérculo es una estructura del tallo y no de la raíz cuya 
función es el almacenamiento de gránulos de almidón. Los gránulos de almidón son 
 
13
ASTURIZAGA AVILEZ, Yajaira y BOCANEGRA AMAYA, Carmen. Evaluación de los 
rendimientos en el proceso de obtención de alcohol a partir de harina de Ñame (Dioscorea 
Bulbífera, Trífida) por vía enzimática. Sincelejo. Universidad de Sucre. Facultad de Educación Y 
Ciencias. Programa de Biología, 2008. 108 p. 
14
 SÁNCHEZ, C., HERNÁNDEZ, L., “Descripción de aspectos productivos, de postcosecha y de 
comercialización del ñame en Córdoba, Sucre y Bolívar”, Corpoica, 2003. 
14 
 
redondeados o elípticos y algunas especies de ñame (D. rotundata) los concentran 
más que otras especies (D. Alata). Además de almidones los tubérculos de ñame, 
dependiendo de la especie, tienen concentraciones de sustancias urticantes, de 
taninos, fenoles y otras sustancias como esteroides o corticoides15. En la figura 5 se 
observa la forma de las hojas y el tubérculo de la especie Dioscorea Rotundata. 
Figura 5. Hojas de D. Rotundata (izquierda) y tubérculo (derecha) 
Fuente:http://insumosdeamecoloso.blogspot.com/y species.wikimedia.org.fecha: 13/06/2011 
2.2.5 Producción de Ñame a nivel Mundial 
 
La mayoría de los ñames cultivados pertenecen a la familia Dioscoreácea, y al 
género Dioscorea. Es el principal alimento cultivado en África occidental, el Caribe, 
islas del Pacifico sur, sur este de Asia, India y partes de Brasil)16. Esta planta se 
presenta como una enredadera y se caracteriza por la presencia de tubérculos 
subterráneos y aéreos, los cuales junto con la papa, la yuca, la arracacha y la 
batata ocupan un lugar importante en la alimentación humana. Está estimado que 
existen más de 600 especies en el mundo. Las especies más cultivadas son: D. 
Alata, D. Rotundata, D.Cayenensis, D.Esculenta, D.Bulbífera y D. trífida, de los 
cuales la primera es la preferida en la producción de tubérculos para el consumo 
humano. 
 
La mayor producción de ñame y los mejores rendimientos de los cultivos se dan en 
el continente africano, en donde en una escala de mayor a menor productor los 
primeros 9 países constituye a este continente, siendo Nigeria el mayor productor 
con 26587000 toneladas; Colombia ocupa el séptimo lugar con una producción de 
333532 y en el último lugar se encuentra se encuentra la República Democrática 
del Congo, con una producción de 84900. Todas las estadísticas están reflejadas 
en la tabla 1. 
 
15
GAMERO, Galo. “Consideraciones sobre fisiologíade la planta de ñame”, Corpoica, 2004 
16
ADELUSI A, LAWANSON AO. (1987). Disease induced changes in carotenoid content of edible 
yam (Dioscorea spp) infected by Botryo diploid theobromaeandAspergillusNiger. Mycopathologia 
98:49-58. 
15 
 
 
Tabla 1. Producción de Ñame A nivel Mundial año 2005 
 
 
Fuente: www.fao.org - dirección estadística, “principales productores de alimentos y productos 
agrícolas. Fecha: 06/05/2012 
 
2.2.6 Producción de ñame en Colombia 
 
De acuerdo con las cifras del Ministerio de Agricultura y el Instituto Colombiano 
Agropecuario (2009), en el país se cultivan 25,000 hectáreas en ñame y se 
producen 200,000 Tm, con un rendimiento medio de 12 a 15 Tm/ha entre las 
variedades espino y diamante17. La producción se realiza principalmente en las 
regiones de las costas Atlántica y Pacífica, siendo los principales productores los 
 
17
 Articulo exportadores de ñame de la mano del ICA (2009) disponible en: www.ica.gov.co 
16 
 
departamentos de Córdoba, Bolívar y Sucre, como se ilustra en la figura 6. 
 
Figura 6. Producción de ñame en los departamentos de Colombia año 2010 
 
Fuente: Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural. Anuario estadístico (2010) fecha de 
actualización 27/03/2012 
 
En Colombia el ñame es cultivado por pequeños y medianos agricultores, con 
bajo nivel tecnológico, generalmente asociado con cultivos de yuca y maíz, y 
constituye la principal fuente de ingresos y de empleo rural en muchas zonas de la 
Costa Atlántica. La comercialización de ñame es regional para consumo en fresco, 
aunque una parte se exporta a Estados Unidos, España y Alemania para 
alimento de la población latina y uso farmacológico. Además su exportación a los 
mercados de Estados Unidos y Europa le genera al país más de US$2.5 millones 
anuales. En el anexo A se observa la superficie cosechada, producción y 
rendimiento obtenido por los departamentos de Colombia entre los años 1997 – 
2008. 
 
2.2.7 ALMIDÓN 
 
Historia del almidón 
 
Exactamente no se sabe desde que época es conocido como el almidón. Los 
griegos los llamaron Anylon quizás debido a que el contrario de lo que sucede con 
la harina, se obtenía no por el molino, sino por el lavado18.Según rastros 
arqueológicos hallados en las tumbas de los reyes egipcios, presentan muestras 
 
18
 ULLMAN, F, enciclopedia de química industrial. tomo VI. Barcelona: Gustavo Gill, 1954 p. 
17 
 
de pegantes a base de almidón, los cuales datan aproximadamente de año 3500 
A.C. 
 
En la industria de almidón se conoce muy poco acerca de su aparición. Se admite 
probablemente que los holandeses en el siglo XVI habían fabricado almidón a 
gran escala, pero usando como materia prima el trigo; el desarrollo debió 
efectuarse muy lentamente al igual que en otros países. 
 
Después de la celulosa, el almidón es la sustancia orgánica más ampliamente 
distribuida en la naturaleza; la celulosa forma parte del armazón de las plantas, 
mientras que el almidón representa su reserva de carbohidratos, transformándolos 
por hidrolisis en glucosa la cual es transformada por medio de la savia, 
aprovechando su solubilidad. En las plantas existen tres clases de almidón: 
Almidón de asimilación, transitorio y de reserva. El almidón de asimilación es 
aquel que ha de hervir en la nutrición de la planta y el cual se encuentra en forma 
de almidón soluble. El almidón en el interior de la planta, es transformado en 
azucares por medio de enzimas diastáticas; pasando primero por la fase de 
almidón soluble, el cual puede transformarse algunas veces en gránulos muy 
finos, formando así el almidón transitorio. El resto de almidón es transportado a los 
sitios de almacenamiento donde tiene como función servir de alimento para los 
brotes jóvenes; es llamado almidón de reserva. 
 
El almidón se halla en forma de gránulos con la forma y tamaño característicos de 
la planta de la cual se obtiene, por lo que un análisis microscópico es muy útil para 
confirmar el origen del almidón; además ayuda a determinar la presencia de 
materiales extraños, afrecho, insectos o residuos de estos. Cuando los gránulos 
están intactos, son insolubles en agua fría; si su membrana externa se rompe al 
ser molidos, estos gránulos se hinchan en agua fría y si se calienta por encima de 
55 ºC, forma un gel19. 
El almidón es un polisacárido de reserva alimenticia predominante en las plantas, 
y proporciona el 70-80% de las calorías consumidas por los humanos de todo el 
mundo. Tanto el almidón como los productos de la hidrólisis del almidón 
constituyen la mayor parte de los carbohidratos digestibles de la dieta habitual. Del 
mismo modo, la cantidad de almidón utilizado en la preparación de productos 
alimenticios, sin contar el que se encuentra presente en las harinas usadas para 
hacer pan y otros productos de panadería. En la figura 7 se ilustra la estructura 
química del almidón. 
 
 
19
FERMEMA, O. Química de los Alimentos, 2
da
 ed. Editorial ACRIBIA, Zaragoza, España 2000. P. 
228-240 
 
 
18 
 
Figura 7. Estructura del almidón. 
 
 
Fuente: http://www.biologia.edu.ar/botanica/tema8/8-4plastidios.htm. Fecha: 24/04/2011 
Los almidones comerciales se obtienen de las semillas de cereales, 
particularmente de maíz (Zea mays), trigo (Triticum spp.), varios tipos de arroz 
(Oryza sativa), y de algunas raíces y tubérculos, particularmente de patata 
(Solanum tuberosum), batata (Ipomoea batatas) y mandioca (Manihot esculenta). 
Tanto los almidones como los almidones modificados tienen un número enorme de 
posibles aplicaciones en los alimentos, que incluyen las siguientes: adhesivo, 
ligante, enturbiante, formador de películas, estabilizante de espumas, agente anti-
envejecimiento de pan, gelificante, glaseante, humectante, estabilizante, 
texturizante y espesante. 
Propiedades del almidón 
 
El almidón es un polvo blanco, amorfo, plástico, cuya densidad es 1,6 mg/ml, que 
a veces se caracteriza por un brillo peculiar. Es insoluble en agua, alcohol y éter. 
Al microscopio presenta características definidas, pudiéndose identificar 
fácilmente. Químicamente, es un hidrato del carbono (oxigeno, nitrógeno y 
carbono). Su procedencia se distingue por el tamaño y la forma de los granos. En 
virtud de su forma podemos dividir los almidones en 5 clases: 
 
 Almidones de gránulos en forma de óvalos grandes formando anillos 
concéntricos y con el núcleo (hilum) colocado excéntricamente. Ejemplo: la 
papa. 
 Almidones de gránulos ovoides usualmente formando anillos concéntricos, 
con núcleo irregular. Ejemplo: las leguminosas. 
 Almidones de gránulos ovoides con núcleo central. Ejemplo: el trigo. 
 Almidones de gránulos truncos en uno de los extremos. Grupo del sagú. 
 Ejemplo: la yuca. 
 Almidones cuyos gránulos forman ángulos pequeños y poligonales. 
Ejemplo: el arroz. 
 
19 
 
La tabla 2 muestra la concentración en masa seca de almidón presente en varios 
alimentos. 
 
Tabla 2. Almidón presente en diferentes alimentos 
 
 
Fuente: FAO (1999). Los carbohidratos en la nutrición humana, estudio de alimentación y nutrición 
año 1997. 
 
Estructura y composición 
 
Todos los almidones tienen fórmula empírica (C6H10O5)n. el factor n tiene por lo 
menos un valor igual a 4; llegándose a encontrar fórmulas con 100 a más átomos 
de carbono. 
 
La diferencia entre la celulosa y el almidón radica en que en el almidón, los restos 
de glucosa están unidos entre sí por uniones glucosidicas 1-4, con orientación α, 
mientras que la celulosa tiene uniones 1-4 glucosidicas con orientación β. Además 
de esto se sabe que el almidón contiene alrededor del 20 % de una fracción 
soluble en agua llamado Amilosa y el 80% de una solución insoluble conocida 
como amilo pectina. 
 
En el granulo de almidón podemos distinguir tres partes: 
 
La primera es una envoltura de amilopectina y α-amilosa o un almidón a menos 
solubley que contiene un Ester fosfórico, el cual es un Ester amilofosfórico. Es 
difícilmente atacada por enzimas, necesitándose para ello un calentamiento. Con 
dicho calentamiento forma una pasta y con una solución alcohólica de yodo-
yoduro da una coloración violeta 
 
La segunda parte es una sustancia inerte formada por β-amilosa, granulosa o β-
almidón. Esta parte es más soluble que la anterior y no forma una pasta, ni da 
color con el yodo-yoduro. 
 
La tercera parte es hallada solo en los cereales, pero no como constituyente del 
granulo, la hemicelulosa. Químicamente es una mezcla de dos polisacáridos muy 
Alimento % en masa de Almidon 
Cereal 65-75
Edulcorantes 10-12
Raices y Tuberculos 70-75
Frutas 5-8
Hortalizas 8-15
Legumbres 50-60
Cantidad de almidon presente en algunos alimentos
20 
 
similares, la amilosa y la amilopectina; contienen regiones cristalinas y no 
cristalinas en capas alternadas. 
Puesto que la cristalinidad es producida por el ordenamiento de las cadenas de 
amilopectina, los gránulos de almidón céreo tienen parecido grado de cristalinidad 
que los almidones normales. La disposición radial y ordenada de las moléculas de 
almidón en un gránulo resulta evidente al observar la cruz de polarización (cruz 
blanca sobre un fondo negro) en un microscopio de polarización cuando se 
colocan los polarizadores a 90° entre sí. El centro de la cruz corresponde con el 
hilum, el centro de crecimiento de gránulo20 
Amilosa 
 
La α- amilosa está constituida por cadenas largas no ramificadas en las que todas 
las unidades de D- glucosa se encuentran unidas mediante enlaces glucosidicos α 
(1,4); por lo tanto la unidad que se repite es la maltosa. El peso molecular de la 
amilosa depende de su origen botánico, su aislamiento y el método utilizado. Entre 
los valores aceptados para la amilosa están entre 1,1 y 1,9 millones de daltons. 
 
Amilopectina 
Presenta una cadena lineal de tipo α como en la amilosa; además tiene alrededor 
de 4-5% de las unidades de glucosa unidas por enlaces α (1,6) dando una 
estructura ramificada creciente. El peso molecular de la amilopectina es muy 
variable; las mejores valoraciones del peso molecular promedio (pro difracción) es 
de 10 a más de 20 millones de daltons21. 
2.2.8 Hidrólisis 
 
Se denomina hidrólisis a las reacciones de la química inorgánica, en donde el 
agua efectúa una doble descomposición con otro compuesto, (el H+ va en un 
componente y el OH- va en el otro). Este término también puede aplicarse a 
reacciones en donde un ácido se añade al agua, en mayor o menor cantidad para 
acelerar la reacción; esta hidrólisis puede llevarse a cabo con ácidos inorgánicos, 
ácidos orgánicos o por acción enzimática, la cual es la más utilizada 
industrialmente22. 
 
 
 
 
20
 Disponible en: http://www.eis.uva.es/~macromol/curso08-09/pls/quees.htm 
21
MORRISON, Robert. Y BOYD, Robert.Química Orgánica. 5
ta
Ed. Addison–Wesley 
Iberoamericana. USA. 1996. 
22
 FERMEMA, O. Química de los Alimentos, 2
da
 ed. Editorial ACRIBIA, Zaragoza, España 2000. P. 
228-240 
21 
 
Reacción de hidrólisis enzimática: 
 
 
 
Con la finalidad de transformar las moléculas del almidón en azucares fermentables 
los cuales son asimilados por las levaduras o bacterias. El almidón es sometido a 
un proceso de hidrolisis mediante la cual ocurre un desdoblamiento ya sea por un 
exceso de agua o por la presencia de una pequeña cantidad de fermento o acido. 
 
2.2.9 Hidrólisis Química. 
 
El almidón tratado con ácidos se rompe en cadenas cortas de dextrina. El grado 
de degradación depende de la concentración del ácido, la temperatura, y el tiempo 
de hidrolisis. A medida que actúa el ácido, el peso molecular y la viscosidad de los 
productos decrecen y el poder reductor aumenta. Los ácidos utilizados para la 
producción de dextrinas son el Ácido clorhídrico y el Ácido Nítrico. Si hervimos el 
almidón con ácido Clorhídrico 1N durante 1 hora, el almidón se rompe totalmente y 
se reduce a glucosa esta reacción es conocida como hidrolisis intensa. 
 
Los productos de degradación son principalmente el hidroximetulfurtutal, el ácido 
levulinico, y el ácido fórmico, que da al jarabe un sabor amargo. La recombinación 
de unidades de D-glucosa o de esta con fragmentos como maltosas, conducen a 
la formación de productos de reversión los cuales pueden ser hidrolizados, un 
ejemplo de estos productos en la Genciobiosa. 
 
Mediante este procedimiento se logra el desdoblamiento de las moléculas de 
almidón por la acción de ácido sulfúrico o ácido clorhídrico diluidos. La clase de 
ácido, su concentración, la cantidad empleada referida a la cantidad de almidón, 
así como la presión y la temperatura ejercen gran influencia en la duración de la 
sacarificación. Por lo general, la cantidad de ácido empleado es tal que el valor de 
pH se ajuste a 1.5 paz una solución al 33% de almidón. El agua utilizada, de ser lo 
más pura posible y libre de hierro, ya que el ácido fosfórico que existe en el 
almidón forma después de neutralizarse fosfatos de hierro insolubles, finamente 
dividido, quedando en suspensión en el jarabe y es muy difícil su separación por 
filtración23. 
 
 
 
23
 FERMEMA, O. Química de los Alimentos, 2
da
 ed. Editorial ACRIBIA, Zaragoza, España 2000. P. 
228-240 
22 
 
2.2.10 Hidrólisis enzimática (sacarificación de materiales amiláceos) 
 
La sacarificación es el proceso que tiene por objeto la transformación del almidón 
de las materias primas amiláceas en azucares. Dicha transformación es catalizada 
por enzimas. Estas enzimas se encuentran en la saliva, los jugos pancreáticos, las 
células de la sangre, las semillas y granos de muchas plantas, en hongos y 
bacterias. La función de estas enzimas se encuentra en la saliva, los jugos 
pancreáticos, las células de la sangre, las semillas y granos de muchas plantas, 
en hongos y bacterias. La función de estas enzimas es de romper las moléculas 
de almidón, dando productos semejantes a los obtenidos por hidrólisis acida. Las 
dos clases de amilasas más conocidas actualmente son: 
 
Alfa-amilasas: las cuales desdoblan el almidón en glucosa y maltosa, se 
caracteriza por la facilidad de fragmentación de los almidones en dextrinas 
reductoras, que no dan color con el yodo. 
 
Beta-amilasas: convierten el almidón en glucosa. 
 
Las amilasas actúan muy lentamente sobre el almidón, por lo que debe ser 
sometido a un proceso de cocción para obtener una buena dispersión y 
rompimiento de los granos de almidón llevándose a cabo una hidrolisis rápida. La 
acción de las amilasas sobre el almidón depende del origen del mismo; ya que el 
almidón consta de una mezcla de 75-80% de amilopectina y el recto de amilosa. 
Esta última se compone de cadenas longitudinales que contienen unidades de 
glucosa unidas por enlaces α-1,4 glucosídicos. Una cadena lineal puede contener 
de 70 a 100 unidades de glucosa aproximadamente24 
 
Enzimas. 
 
Las enzimas son piezas esenciales en el funcionamiento de todos los organismos 
vivos, actuando como catalizadores de las reacciones de síntesis y degradación 
que tienen lugar en ellos25.La utilización de estas en la hidrolisis del almidón 
presenta una serie de ventajas, además de las de índole económica o tecnológica, 
su gran especificidad de acción hace que no se produzcan reacciones laterales 
imprevistas26. 
 
Asimismo se puede trabajar en condiciones moderadas, especialmente de 
temperatura, lo que evita alteraciones de los componentes. La producción de 
jarabes de glucosa a partir de almidón se realiza en dos pasos, primero la 
 
24
 DE RAFOLS, W. Aprovechamiento Industrial de los productos agrícolas. Barcelona. 1964 
25
MONTES, M y MAGANA, I. Enzimas con Aplicación Industrial. Disponible en: 
http://www.cinvestav.mx/publicaciones/avaype/sepoct02/HORCASITAS.PDF.2004. 
26
TUCKER, G y WOODS, L. Eds.Enzymes in Food Processing. Blackie and Son Ltd.London.1991. 
23 
 
licuefacción del almidón y segundo la sacarificación (conversión de la molécula de 
almidón en moléculas de glucosa). 
 
La licuefacción se realiza utilizando como catalizador las enzimas α-amilasas ó β-
amilasas, y la sacarificación se realiza utilizando como catalizador la glucoamilasa 
o la pollulanasa y también se puede utilizar mezclas de enzimas27. 
 
Enzimas degradadoras de almidón (amilasas). Se encuentran ampliamente 
distribuidas en la naturaleza, son las enzimas responsables de la degradación del 
almidón, hidrolizan los enlaces glucosídicos α 1-4. Las amilasas se pueden dividir 
en tres grupos: α amilasas, las cuales rompen al azar enlaces α 1-4 glucosídicos 
presentes en la parte interior del sustrato o de la cadena de amilasa y amilopectina 
(endo amilasas); β amilasas o examilasas, que rompen enlaces α 1-4 y enlaces 
α1-6 glucosídicos ordenadamente a partir de los extremos no reductores del 
sustrato28. 
 
Actúan sobre los residuos de glucosa externos de la amilasa y amilopectina 
produciendo solamente glucosa (glucoamilasa y glucosidasa) o maltosa y 
dextrinas y glucoamilasa que liberan unidades de glucosa a partir de los extremos 
no reductores del sustrato. Existen otras enzimas que degradan almidón tales 
como las desramificantes que hidrolizan enlaces α 1-6 glucosídicos. La isoamilasa 
hidroliza enlaces α 1-6 en la amilopectina y la pollulanasa tipo I hidroliza enlaces α 
1-6 glucosídicos en pululan y amilopectina29. Estas enzimas degradan 
amilopectina obteniéndose así polisacáridos de longitud lineal. 
 
Enzimas α – amilasas. La familia de la α- amilasas puede ser dividida en dos 
grupos. Las enzimas que hidrolizan el almidón y las que lo modifican o enzimas 
transglicolisantes30. Las enzimas hidrolizadas prefieren la hidrolisis acida, en los 
procesos de industria del almidón y de un número de ventajas tales como: 
especificidad de la reacción, estabilidad de los productos generados, bajo 
requerimientos de energía y eliminación de la etapa de neutralización. Estas 
enzimas se caracterizan por actuar sobre los enlaces α glucosídicos e hidrolizan 
estos enlaces para producir mono u oligosacáridos α-anomericos (hidrolisis), de 
enlaces α 1-4 o α 1-6 glucosídicos (transglicosilación), o una combinación de 
ambas actividades; poseen una estructura (β/α) o barril TIM conteniendo residuos 
 
27
FRAZIER, W. y WESTHOFF D. Microbiología de los alimentos. Zaragoza, España. Acribia S.A 
1993, p. 431-438 
28
ARTIME, R. Aplicaciones de las enzimas. Universidad de Salamanca. 2005 
29
SATYANARAYANA, T; RAO, J; EZHILVAN NAN, M. 2005. a- Añilases. In: Enzyme Technology, 
A. Pandey, C. Webb, CR. Soccol, C. La roche (Eds.), Asiatech Publishers Inc; New Delhi, India pp 
189 – 220. 
30
CARRERA, J. Módulos de Biotecnología. Enzimas industriales, Universidad del Cauca, 1ª 
edición. 
24 
 
del sitio catalítico y tienen cuatro regiones altamente conservadas en su secuencia 
primaria que contienen los aminoácidos que forman el sitio catalítico31. 
 
La acción de la α- amilasas sobre la fracción de amilasa del almidón, se da en dos 
etapas. Inicialmente, tiene lugar una rápida degradación de la amilasa para dar 
maltosa y maltotriosa. En la segunda fase, más lenta ocurre hidrolisis de los 
oligosacáridos, formando glucosa y maltosa como productos finales. La acción 
sobre la amilopectina produce glucosa, maltosa y una serie de dextrinas y 
oligosacáridos de cuatro o más residuos de glucosa todos con enlaces glucosídicos 
α 1-632. 
 
Enzimas β- Amilasas.AMG 300L. Es una Amiloglucosidasa de grado alimenticio, 
producida a partir de una cepa seleccionada de Aspergillus Níger. La enzima 
hidroliza los enlaces α 1-4 y α 1-6 del almidón licuado. Durante la hidrolisis, elimina 
gradualmente las unidades de glucosa de los extremos no reductores 
desacarificado. La velocidad de hidrolisis depende del tipo de enlace y del 
rompimiento de la cadena. La AMG es recomendada para la sacarificación del 
almidón y la producción de glucosa33. 
 
2.2.11 Fermentación. 
 
Una fermentación es una reacción de oxidación-reducción interna equilibrada en la 
que algunos átomos de la fuente de energía (donador de electrones) se reducen 
mientras otros se oxidan34, y la energía se produce por fosforilación a nivel 
sustrato. Una ruta bioquímica muy usada para la fermentación de la glucosa es la 
glucolisis, también denominada vía de Embdem-Meyerhof en atención a sus 
descubridores. 
 
El proceso, simplificado, de la fermentación es: 
 
 
 
Ahora bien la glucolisis se puede dividir en tres etapas principales, cada una de las 
cuales comprende una serie de reacciones individuales catalizadas 
enzimáticamente. 
 
 
31
KURIKI, T; IMANAKAT, T. The concept of the a-amylase family: structure Similarity and common 
catalytic mechanism. J. Biosci, Bioeng. 1999, p.p87, 557 – 565. 
32
LOPEZ, J. Semilla vegetativa de yuca. En: Ospina, B y Ceballos, H. La yuca en el tercer milenio. 
Sistemas modernos de producción, procesamiento, utilización y comercialización, 2002. pp. 49-75. 
CIAT. Cali, Colombia. 586 pp. 
33
CARRERA, Jorge y MERA, Ingrid. Obtención de glucosa a partir de almidón 
de yuca Manihot sculenta. Facultad de Ciencias Agropecuarias Vol 3 No.1 Marzo 2005. 
34
 BROCK y MADIGAN. Michael. Biología de los Microorganismos. 2004. Editorial prentice hall. 10 
edición. 114 p. 
25 
 
La etapa 1 incluye una serie de reacciones preparatorias que no implican ni 
oxidación ni reducción y que no liberan energía, pero que conducen a la 
producción a partir de glucosa de dos moléculas del intermediario clave 
gliceraldehido-3-fosfato. En la etapa 2 ocurre un proceso redox, la energía se 
conserva en forma de ATP, y se forman dos moléculas de piruvato. En la etapa 3 
tiene lugar una segunda reacción redox y se originan los productos de 
fermentación (etanol y CO2 o ácido láctico) 
 
Etapas I y II: reacciones preliminares y reacciones redox. 
 
En la etapa 1, la glucosa es fosforilada por el ATP dando lugar a glucosa-6-fosfato, 
que es convertida a continuación a una forma isomérica, la fructosa-6-fosfato, que 
mediante una segunda fosforilación se convierte en fructosa-1,6-difosfato, que es 
un metabolito intermediario clave de la glucolisis. Si se fermentan otros azucares 
distintos a la glucosa, se convierte antes a fructosa-1,6-difosfatopara poder ser 
utilizados por la ruta de Embdem-Meyerhof. La enzima aldolasa cataliza la rotura 
de la fructosa-1,6-difosfato en dos moléculas de tres átomos de carbono, el 
gliceraldehido-3-fosfato y su isómero dihidroxiacetona-fosfato. Existe una enzima 
que cataliza la interconversión de dihidroxiacetona-fosfato a gliceraldehido-3-
fosfato pero, para simplificar, se considera solo este último ya que es el que será 
metabolizado. En esta primera etapa no ha ocurrido ninguna reacción redox y que 
todas las reacciones, incluyendo las del consumo de ATP, tienen lugar sin 
transferencia de electrones. 
 
La primera reacción redox de la glucolisis tiene lugar en la etapa 2 durante la 
conversión del gliceraldehido-3-fosfato a acido 1,3-difosfoglicerico. En esta 
reacción (que ocurre dos veces, una por cada molécula de gliceraldehido-3-
fosfato), una enzima cuyo coenzima es NAD+ acepta 2 átomos de hidrogeno y el 
NAD+ se convierte en NADH; la enzima que cataliza esta transformación se llama 
gliceraldehido-3-fosfato deshidrogenasa. 
 
Simultáneamente, cada molécula de gliceraldehido-3-fosfato es fosforilada por la 
acción de una molécula de fosfato inorgánico se convierte en orgánico, prepara el 
escenario para la conservación de la energía por fosforilación a nivel de sustrato; 
la formación de ATP es posible porque cada uno de los fosfatos de la molécula de 
ácido 1,3-difoglicerico y cuando más tarde se convierte en acido 1,3-fosfoglicerico 
y cuando más tarde en la vía, cada molécula fosfoenol piruvato se convierteen 
piruvato. En la glucolisis, se consumen dos moléculas de ATP en las dos 
fosforilaciones de la glucosa y se sintetizan cuatro moléculas de ATP (dos por 
cada molécula de ácido 1,3-difosfoglicerico convertida a piruvato). Por tanto, la 
ganancia neta del organismo es de dos moléculas de ATP por cada molécula de 
glucosa. 
 
 
 
26 
 
Etapa III Producción de productos de fermentación 
 
Durante la formación de dos moléculas de ácido 1-3, difosglicerico, se reducen 
dos moléculas de NAD+ a NADH. Sin embargo, las células contienen solo una 
pequeña cantidad de NAD+, y si todo se convirtiera en NADH se detendría la 
oxidación de la glucosa, la oxidación continuada del gliceraldehido-3-fosfato solo 
se puede proseguir si está presente una molécula de NAD+ para aceptar los 
electrones liberados. Este bloqueo se supera en la fermentación mediante la 
nueva oxidación de NADH a NAD+, a través de reacciones que suponen la 
reducción del piruvato a una extensa variedad de productos de fermentación. 
 
Se conocen muchas rutas para la oxidación del piruvato en procariotas 
fermentativos, pero el resultado final es el mismo; el NADH debe volver a la forma 
oxidada NAD+, a fin de que las reacciones que liberan energía en la fermentación 
puedan continuar. Como coenzima difusible, el NADH puede soltarse de la enzima 
gliceraldehido-3-fosfato deshidrogenasa y unirse a una enzima que reduzca el 
piruvato de nuevo, haciendo que le ciclo de reconversión del NADH a NAD+ y de 
NAD+ a NADH se repita otra vez. 
 
En cualquier proceso que produzca energía, la oxidación debe acompañarse de 
una reducción y debe haber un aceptor de electrones por cada electrón cedido. En 
este caso, la reducción del NAD+ en un paso enzimático de la glucolisis se 
equilibra con su oxidación en otro paso. Los productos finales deben estar también 
en equilibrio redox con el sustrato inicial, la glucosa. De aquí que los productos 
que aquí se generan, etanol más CO2 o lactato más protones, estén en equilibrio 
atómico y electrónico con la glucosa inicial35. En la figura 8 podemos ver una 
descripción del proceso de glucolisis. 
 
35
 BROCK y MADIGAN. Michael. Biología de los Microorganismos. 2004. Editorial prentice hall. 10 
edición.120-123 p. 
 
27 
 
Figura 8. Esquema del proceso de glucolisis.
 
Fuente: BROCK y MADIGAN. Michael. Biología de los Microorganismos. 2004. Editorial Prentice 
hall. 10edición. 
 
 
28 
 
Concepto Microbiológico de la fermentación 
 
Se entiende por fermentación aquel proceso en el que los microorganismos 
producen metabolitos o biomasa, a partir de la utilización de sustancias orgánicas 
en ausencia o presencia de oxígeno. La descomposición de los sustratos es 
llevada a cabo por enzimas producidas por microorganismos para tal finalidad. Se 
debe observar que el concepto llega a excluir a los microorganismos del proceso, 
siempre y cuando estén presentes sus enzimas; sin embargo, en estos casos, la 
velocidad de obtención y los rendimientos del producto son menores. 
 
Clasificación de los primeros procesos de fermentación 
 
La gran cantidad de procesos y productos que involucra el termino fermentación 
hace difícil no solo la definición del concepto si no también su clasificación. En 
general, se establecen divisiones con base en: 
 
 El tipo de producto final por obtener 
 La presencia o ausencia de oxígeno en el proceso. 
 
Productos Finales de la fermentación 
 
Desde el punto de vista comercial se pueden clasificar tomando en cuenta los 
productos que se obtendrán entre ellos, se pueden mencionar: 
 
 Células microbianas (biomasa) 
 Metabolitos microbianos: metabolitos primarios y secundarias (enzimas, 
etanol, butanol, acetona, ácidos orgánicos, etc. 
 Células Microbianas (biomasa). 
 
Esto ocurre en el proceso de fermentación cuando hay un sobre crecimiento de 
células, y solo utilizan el sustrato para su crecimiento y hay poca producción de 
metabolitos36. 
 
Metabolitos primarios microbianos. Son moléculas de bajo peso molecular que se 
forman en la fase exponencial o tropofase e intervienen como productos finales o 
intermediarios, en las distintas rutas anabólicas y catabólicas del proceso. Algunos 
ejemplos de éstos, Que poseen importancia comercial se encuentran en la tabla 3. 
 
 
 
 
 
 
36
HERNÁNDEZ, Alicia. Microbiología industrial. 2003. Editorial EUNED. Edición 1 pág. 37-39 
29 
 
Tabla 3. Compuestos producidos por el proceso de fermentación 
 
 
 
Fuente: Hernández, Alicia. Microbiología industrial. 2003. Editorial EUNED. Edición 1. pág. 39 
 
Metabolitos Secundarios Microbianos. Son moléculas orgánicas complejas que 
para su formación requieren un gran número de reacciones enzimáticas 
específicas. Estos se forman durante la ideofase (fase durante la cual un cultivo 
sintetiza productos distintos a los Metabolitos primarios, sustancias que no tienen 
un papel significativo en el metabolismo celular) y donde los metabolitos 
secundarios tienden a ser sintetizados de los productos intermedios y finales del 
metabolismo primario, en la tabla 4 podemos ver algunos de estos metabolitos. 
 
Tabla 4. Metabolitos microbianos comerciales 
 
 
 
Fuente: WALKER, J.M. Gingold. Biotecnología Molecular. Edición, Acribia, SA. Pág. 5-6 
Tipo de Sustancia Productos
acético, cítrico fumarico,
gluconico, itaconico, láctico
Aminoácidos lisina, metionina, triptófano, valina
acetona, butanol, 2,3-butanodiol
etanol, glicerol
bacitracina, estreptomicina, neomicina
Penicilina, tetraciclina
Esteroides cortisona, hidrocortisona, testosterona
acido ascórbico, cianocobalamina
caroteno, riboflavina
Células de hongos, levaduras, bacterias
y algas
Alcaloides, Enzimas, insecticidas, Biológicos, 
metano, polisacáridos y saborizantes
Algunos compuestos de interés comercial 
producidos por fermentación
Ácidos orgánicos
Alcoholes y Solventes
Antibióticos
Vitaminas
Proteína Unicelular (biomasa)
Otros
Metabolito Secundario Utilidad Comercial
Penicilina Antibiotico
Cefalosporina Antibiotico
Tretraciclina Antibiotico
Estreptomicina Antibiotico
Griseofulvina Antibiotico (antifungico)
Actinomicina Antitumoral
Pepstatina Tratamientos antiulcerosos
Ciclosporina A Inmunosupresor
Krestina Tratamiento de cancer
Betatina Tratamiento de cancer
Gibberelina Regulador de crecimiento vegetal
Metabolitos microbianos secundarios comercializados
30 
 
A simple vista puede resultar extraño que los microorganismos elaboren 
compuestos que no parecen tener ninguna función metabólica y que, en realidad 
no constituyen productos intermediaros del catabolismo, como por ejemplo, el 
etanol y la acetona. Sin embargo, muchos Metabolitos secundarios poseen 
propiedades anti-microbianas y por lo tanto, en el medio ambiente natural podrían 
ser implicados en procesos competitivos37. 
 
Oxígeno en el proceso de fermentación 
 
También es posible clasificar las fermentaciones con base en la presencia o 
ausencia de oxigeno molecular durante el proceso. De acuerdo con esta división, 
los procesos se denominan: 
 
Fermentación aerobia. En este tipo de fermentación el aceptor final de electrones 
es el oxígeno; es imprescindible su presencia para el desarrollo del 
microorganismo y la producción del compuesto deseado. En este tipo de 
procesos, se produce fundamentalmente biomasa, dióxido de carbono y agua. 
 
Fermentación anaerobia. En este tipo de fermentación el proceso de producción 
de metabolito de interés se desarrolla en ausencia de oxigeno; los productos 
finales son sustancias orgánicas, por ejemplo, ácido láctico, ácido propionico, 
ácido acético, butanol, etanol, y acetona. Sin embargo, en la mayoría de las 
fermentaciones anaeróbicas se requiere un poco de oxígeno al principio del 
proceso para favorecer el crecimiento y la reproducción del microorganismo. 
 
En los procesos anaerobios, los microorganismos producen mucho menos energía 
que en los aerobios y, para suplir sus necesidades