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APLICACIÓN DEL MUCILAGO DE CAFÉ PARA LA OBTENCION DE BIOCOMBUSTIBLE (ETANOL)Catherine Restrepo Montoya
Cristian David Villegas
RESUMEN
A partir del mucílago de café por un proceso de destilación alcohólica se obtuvo etanol, y
de esta manera se pretende reducir el impacto ecológico en las regiones cafeteras del
país al disminuir este desecho y dar origen a un recurso energético renovable y
amigable con el medio ambiente para las zonas mas pobladas de la ciudad, además,
ayudar a aliviar un poco la crisis del petróleo y generar nuevos empleos y recursos que
ayuden a las comunidades indígenas.
IN INGLISH
From the slime of coffee by a process of alcoholic distillation ethanol was obtained, and
hereby one tries to reduce the ecological impact in the coffee regions of the country on
having diminished this waste and to giving origin to an energetic renewable and amicable
resource with the environment for the zones more populated with the city, in addition, to
help to relieve a bit the crisis of the oil and to generate new employments and resources
that help to the indigenous communities.
TABLA DE CONTENIDO
CONTENIDO PAG
Resumen 2
Tabla de contenido 3
Introducción y justificación 4
Antecedentes o planteamiento del problemas 4
Objetivo general y específicos 5
Formulación de la hipótesis y definición de las variables 5
Marco teórico o temático 6-8
Metodología 9-13
Discusión, interpretación y aplicación de los resultados 14
Conclusión y recomendaciones 14
Bibliografía 14
Anexos 15-38
2
INTRODUCCION Y JUSTIFICACION
El mucílago de café es un subproducto del beneficio ecológico del grano, liderado por la
Federación Nacional de Cafeteros de Colombia, la cual pretende disminuir la
contaminación hídrica en las regiones cafeteras del país.
Este proceso muestra como la biotecnología puede contribuir a la solución de problemas
de emisión de subproductos, empleándolos como materia prima para la elaboración de
productos de aplicación industrial, dentro de la tendencia de cero emisiones.
Este proyecto ayudara a eliminar un agente contaminante ya que este es depositado en
los ríos y así poder obtener un combustible de mucha demanda, haciéndolo rentable
para su producción y comercialización a gran escala. De esta manera determinar si este
contaminante se puede transformar en biocombustibles por medio de la fermentación
para aprovechar el mucílago en forma productiva.
Desde el punto de vista técnico. Teóricamente es posible la fermentación del mucílago
de café con la levadura saccharomyces cerevisiae para producir etanol y desde el punto
de vista económico porque la materia prima para la fermentación que es mucílago
prácticamente no tendría ningún costo comparado con las materias primas actualmente
utilizadas que son la caña de azúcar, el maíz, la yuca entre otros.
ANTECEDENTES O PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La contaminación que se produce actualmente por los desechos generados por el café,
ya que estos son eliminados en los cursos de agua perjudicando así el medio ambiente.
¿Los subproductos de beneficio del café (mucílago) que se transforman serian
susceptibles de ser utilizados como materia prima para la obtención de etanol?
3
En investigaciones anteriores Restrepo y Londoño se pudo utilizar el mucílago de café
como materia prima para la obtención através de fermentación, de otros productos tales
como el acido láctico.
OBJETIVO GENERAL Y ESPECIFICOS
OBJETIVO GENERAL:
Desarrollar el proceso de fermentación anaeróbica con Saccharomyces cerevisiae, para la obtención de etanol a fin de ser usado como fuente alternativa
de biocombustibles.
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Aprovechar el mucílago en forma productiva y no contaminante, generando
nuevos empleos y recursos que ayuden a las comunidades cafeteras,
disminuyendo el impacto ambiental que produce su eliminación en el proceso de
obtención del grano de café.
Determinar los niveles óptimos de levadura para alcanzar el máximo de
productividad en la obtención de etanol.
4
FORMULACION DE LA HIPOTESIS Y DEFINICION DE LAS VARIABLES
Es factible obtener etanol a partir de la fermentación del mucílago de café con
Saccharomyces cerevisiae
VARIABLES:Independiente:
Tiempo de fermentación (horas)
Cantidad de sustrato (mucílago) (gr.)
Levadura al 1%,2% y 4%
Dependiente:
Porcentaje de etanol formado
MARCO TEORICO O TEMATICOEl mucílago de café es un subproducto del beneficio ecológico del grano, liderado por la
Federación Nacional de Cafeteros de Colombia, el cual pretende disminuir la
contaminación hídrica en las regiones cafeteras del país.
Se denomina mucílago de café a una materia viscosa, de sabor dulce, que se desarrolla
en el mesocarpio del fruto cuando este esta en sazón. Este es una capa que varia entre
0,5 a 2 mm y que se encuentra fuertemente adherida al pergamino en el grano de café
cereza. El mucílago alcanza el 13% del peso total del fruto.
5
En la actualidad este material, una vez terminada la cosecha del café y obtenido el fruto,
es desechado, siendo eliminado en los cursos de agua, con el añadido del impacto
ambiental que esto genera, otro de los usos actuales es como un complemento del
abono de los terrenos, pero no es bien aceptado en esta función por la actividad de
moscas que son atraídas por la descomposición de los azucares.
La obtención del mucílago del café es producto del procesamiento del grano, de esta
manera existen 2 tipos de beneficiados para el café: el beneficiado seco y el beneficiado
húmedo. El más utilizado es el proceso húmedo debido a que este da una muy buena
tasa, la cual no la da el proceso seco.
Proceso húmedo: para procesar por vía húmeda se sigue todo un cuidadoso proceso
que se inicia en el tanque de recibo o sifón, para evitar el calentamiento y fermentación
de la fruta. y para hacer la primera clasificación por densidad, el café de inferior calidad
flota el de mejor calidad se hunde, el café cereza debe beneficiarse dentro de las 24
horas después de la recolección, sino sufre procesos de fermentación que alteran la
calidad.
Luego se despulpa y se clasifica, en proceso continuo, con varios tipos de maquinaria. A
continuación se elimina el mucílago por medio de la fermentación natural que se acelera
a veces con alguna enzima (pectinasa), o bien por métodos mecánicos, posteriormente
se lava con mucho agua y se vuelve a clasificar el café por densidad.
Después de esto, es procesado el café para eliminarle gran cantidad de agua, para
luego pasar a las secadoras de secado lento en las cuales el café puede pasar hasta 36
horas secándose, hasta llegar a un 12% de humedad (humedad de equilibrio pasa ser
almacenada sin perdida de calidad). Después del secado el café se almacena en silos
6
hasta el momento que se va a exportar, en ese momento se le elimina la cascarilla o
pergamino, se clasifica nuevamente y se ensaca.
En el beneficiado seco, la fruta del café no esta en contacto con el agua. Se seca, se
pela y clasifica, no hay aguas residuales. Pero es un café de calidad inferior.
Contaminación por el beneficio húmedo convencional del café:
En el beneficiado húmedo del café se generan tres diferentes contaminantes cuales son
las aguas de despulpado, las aguas de lavado y la pulpa cuando la misma es vertida en
ríos.
Investigaciones establecen que la pulpa del café puede perder hasta un 26% de su peso
seco mientras es transportado fuera del beneficio. Esta pérdida de peso no solo es
importante fuente de contaminación sino también representa un gran empobrecimiento
de la misma, lo que limita seriamente su uso futuro.
Otra de las fuentes de contaminación es el lavado de las mieles que rodean la semilla
del café operación que debe ser realizada previo al secado.
El beneficiado húmedo de un kilogramo de café verde provoca, mediante la generación
de las aguas de lavado y de despulpado, una contaminación equivalente a la generada
por 5.6 personas adultas por día.
La tercera forma de contaminación puede ser causada por el vertido de la pulpa o de
fracciones de ellas a las fuentes de agua y de producirse seria la mas importante.
En el último tiempo se ha puesto en evidencia el alto nivel de dependencia de los
combustibles fósiles por parte de la humanidad, añadido a los costos de producción,
problemas territoriales, sociales y políticos que estos acarrean, esta además la limitante
7
de un recursos no renovable y altamente contaminante, es esta la razón por la que
desde hace algunos años se ha puesto la vista en la producción y uso de combustible
alternativos, como algunos cultivos (maíz o la caña de azúcar), lamentablemente estos
productos también tiene un uso alimentario, por lo que tienden a ser sobre cultivados
para la obtención de etanol, no siendo aprovechados como alimentos, aumentando los
costos económicos de estos últimos.
La obtención del etanol se debe principalmente a la acción bioquímica que ocurre
cuando microorganismos degradan azucares reductores (monosacáridos como la
glucosa), obteniendo de esta manera energía para sus procesos vitales.
Normalmente las células obtienen su energía de procesos que se realizan en presencia
del oxigeno (respiración celular), una de las sustancias químicas mas importantes en
este sentido son las moléculas de carbohidratos, las cuales ingresan a estos ciclos
mediante la glicólisis.
La glucólisis en un proceso en el cual una molécula de glucosa de 6 carbonos se
escinde en dos moléculas de 3 carbonos de acido piruvico, de acuerdo al siguiente
cuadro.
Glucosa+2ATP + 4ADP + 2Pi + 2NAD =¨2 Acido pirúvico + 2ADP +4ATP + 2NADH + 2H + 2H2O
De esta forma, uma molécula de glucosa se convierte e dos moléculas de acido
pirúvico.La ganância neta, La energia recuperada, ES dos moléculas de ATP y dos
moléculas de NADH por molécula de glucosa. Las dos moléculas de acido pirúvico
contienen todavía una gran parte de La energía que se encontraba almacenada en La
molécula de glucosa original. La serie de reacciones que constituyen la glucólisis se
8
lleva a cabo virtualmente en todas las células vivas, desde las células procarióticas
hasta las células eucariotas de nuestros propios cuerpos.
Normalmente, este proceso que ocurre en el citoplasma celular, es intervenido por
coenzimas para su ingreso a la mitocondria donde se producirá el ciclo de Krebs y la
cadena respiratoria con la consecuente producción de energía en forma de ATP y la
formación de agua metabólica en presencia de oxigeno (vía aeróbica).
En ausencia de oxigeno, el acido piruvico puede seguir una de varias vías llamadas
anaeróbicas. En una de estas vías, el acido piruvico puede convertirse en etanol (alcohol
etílico) o en uno de varios ácidos orgánicos diferentes, de los cuales el acido láctico es el
mas común. El producto de reacción depende del tipo de célula. por ejemplo, las
levaduras, presentes como “florescencias” en el hollejo de las uvas, pueden crecer con o
sin oxigeno. cuando los jugos azucarados de las uvas y de otras frutas se extraen y se
almacenan en condiciones anaeróbicas, las levaduras transforman el jugo de fruta en
vino, convirtiendo la glucosa en etanol. Cuando el azúcar se agota, las levaduras dejan
de funcionar; en este momento, la concentración de alcohol es entre 12% y 17%
dependiendo de la variedad de uvas y de la estación en la cual fueron cosechadas.
En el primer paso de la glucólisis se desprende dióxido de carbono. En el segundo, se
oxida el NADH y se reduce el acetaldehído. La mayor parte de la energía química de la
glucosa permanece en el alcohol, que es el producto final de la secuencia. Sin embargo,
regenerando NAD+, estos pasos permiten que la glucólisis continúe, con su pequeño
(pero en algunos casos vitalmente necesarios) rendimiento de ATP.
9
METODOLOGIA1) Obtención del mucílago con la maquina desmucilaginadora la cual se encarga del
proceso de separación.
2) Después fue esterilizado el mucílago por medio del autoclave.
10
3) Esterilizamos todos los materiales que necesitábamos para la experimentación
11
4) Posteriormente hicimos se pusieron a fermentar 9 muestras con diferentes cantidades
de levadura.
5) Las 3 primeras muestras le adicionamos a cada una 300 ml de agua destilada, 50ml
de mucílago de café y 1% de levadura (Saccharomyces cerevisiae).
12
6) A otras 3 muestras le adicionamos a cada una 300ml de agua destilada, 50ml de
mucílago de café y 2% de levadura (Saccharomyces cerevisiae).
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7) Las últimas 3 muestras le adicionamos a cada una 300ml de agua destilada, 50ml de
mucílago de café y 4% de levadura (Saccharomyces cerevisiae).
8) Luego de 70 horas de fermentación nos mostró que habíamos obtenido etanol
14
9) Después reunimos solo dos muestras las cuales tenian el 2% de levadura
(saccharomyces cerevisiae) se filtró y luego fue transferido a un balón.
15
10) Esta sustancia se destilo al vacío y luego de 30 minutos 1 hora de espera de la
destilación obtuvimos 50ml de una mezcla etanol con agua, identificada por su olor a
alcohol.
DISCUSION, INTERPRETACION Y APLICACIÓN DE LOS RESULTADOS
Luego de realizar los ensayos con 300 ml de agua destilada, 50 ml de mucílago de café,
y 1%, 2% y 4% de levadura y luego de 70 horas de fermentación se observo que las
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muestras con 2%de levadura habían liberado mas CO2 que las demás. En estas se
encontraron que contenían más alcohol.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Si es factible obtener etanol a partir de la fermentación del mucílago del café con la
levadura Saccaharomyces cerevisiae y así poder disminuir la contaminación que esta
generando en nuestro medio ambiente.
Este experimento nos demostró la aplicación de un subproducto del café, ayudando a
eliminar o mitigar en parte un problema ecológico, dando como beneficio la obtención
de un producto altamente requerido como son los biocombustibles. A la par que entrega
un beneficio económico a las comunidades cafeteras ya que esta materia prima no
puede llegar a tener un valor muy alto.
Los trabajos futuros de este proyecto es desarrollar este proceso hasta llevarlo a escala
industrial y determinar características de la fermentación como la dilución optima del
mucílago, el tratamiento previo con ácidos para liberar más azúcar fermentable, así
como la velocidad y la temperatura óptimas de agitación. Rectificar el etanol para
conocer la cantidad producida.
BIBLIOGRAFIA
es.wikipedia.org/Wiki/Fermentacion_alcoholica
es.wikipedia.org/Wiki/Alcohol_etilico
es.wikipedia.org/Wiki/Saccharomyces_cerevisiae
17
www.monografias.com/trabajos6/proca/proca.shtml
www.ciiq.org/varios/peru_2005/Trabajos/V/2/4.2.01.pdf
es.wikipedia.org/wiki/Fermentacion
Curtis,H,(2001) Biologia sexta edicion , Ed. Panamericana.
ANEXOS
FERMENTACION ALCOHOLICA
18
La fermentación alcohólica es un proceso anaeróbico que además de generar etanol
desprende grandes cantidades de dióxido de carbono (CO2) además de energía para el
metabolismo de las bacterias anaeróbicas y levaduras
La fermentación alcohólica (denominada también como fermentación del etanol o incluso
fermentación etílica) es un proceso biológico de fermentación en plena ausencia de aire
(oxígeno - O2), originado por la actividad de algunos microorganismos que procesan los
hidratos de carbono (por regla general azúcares: como pueden ser por ejemplo la
glucosa, la fructosa, la sacarosa, el almidón, etc.) para obtener como productos finales:
un alcohol en forma de etanol (cuya fórmula química es: C H 3-C H 2-OH), dióxido de 19
carbono (CO2) en forma de gas y unas moléculas de ATP que consumen los propios
microorganismos en su metabolismo celular energético anaeróbico. El etanol resultante
se emplea en la elaboración de algunas bebidas alcohólicas, tales como el vino, la
cerveza, la sidra, el cava, etc. Aunque en la actualidad se empieza a sintetizar también
etanol mediante la fermentación a nivel industrial a gran escala para ser empleado como
biocombustible.
La fermentación alcohólica tiene como finalidad biológica proporcionar energía
anaeróbica a los microorganismos unicelulares (levaduras) en ausencia de oxígeno para
ello disocian las moléculas de glucosa y obtienen la energía necesaria para sobrevivir,
produciendo el alcohol y CO2 como desechos consecuencia de la fermentación. Las
levaduras y bacterias causantes de este fenómeno son microorganismos muy habituales
en las frutas y cereales y contribuyen en gran medida al sabor de los productos
fermentados. Una de las principales características de estos microorganismos es que
viven en ambientes completamente carentes de oxígeno (O2), máxime durante la
reacción química, por esta razón se dice que la fermentación alcohólica es un proceso
anaeróbico.
CONSIDERACIONES GENERALES
La fermentación alcohólica se puede considerar (desde una perspectiva humana) como
un proceso bioquímico para la obtención de etanol, que por otras vías se ha obtenido
gracias a procedimientos químicos industriales, como por ejemplo mediante la
hidratación de etileno. La finalidad de la fermentación etílica (desde una perspectiva
microbiana) es la obtención de energía para la supervivencia de los organismos
unicelulares anaeróbicos.
20
BIOQUIMICA DE LA REACCION
21
Bioquímica de la reacción de fermentación
La glucólisis es la primera etapa de la fermentación, lo mismo que en la respiración
celular, y al igual que ésta necesita de enzimas para su completo funcionamiento. A
pesar de la complejidad de los procesos bioquímicos una forma esquemática de la
reacción química de la fermentación alcohólica puede describirse como una glicólisis (en
la denominada vía Embden-Meyerhof-Parnes) de tal forma que puede verse como
participa inicialmente una molécula de hexosa: C6H12O6 + 2 Pi + 2 ADP → 2 CH3-CH2OH
+ 2 CO2 + 2 ATP + 25.5 kcal.
22
Se puede ver que la fermentación alcohólica es desde el punto de vista energético una
reacción exotérmica, se libera una cierta cantidad de energía. La fermentación alcohólica
produce gran cantidad de CO2, que es la que provoca que el cava (al igual que el
Champagne y algunos vinos) tengan burbujas. Este CO2 (denominado en la edad media
como gas vinorum) pesa más que el aire, y puede llegar a crear bolsas que desplazan el
oxígeno de los recipientes donde se produce la fermentación. Por ello es necesario
ventilar bien los espacios dedicados a tal fin. En las bodegas de vino, por ejemplo, se
suele ir con una vela encendida y colocada a la altura de la cintura, para que en el caso
de que la vela se apague, se pueda salir inmediatamente de la bodega. La liberación del
dióxido de carbono es a veces "tumultuosa" y da la sensación de hervir, de ahí proviene
el nombre de fermentación, palabra que en castellano tiene por etimología del latín
fervere.
Un cálculo realizado sobre la reacción química muestra que el etanol resultante es casi
un 51% del peso, los rendimientos obtenidos en la industria alcanzan el 7%. Se puede
ver igualmente que la presencia de fósforo (en forma de fosfatos, es importante para la
evolución del proceso de fermentación. La fermentación alcohólica se produce por regla
general antes que la fermentación maloláctica, aunque existen procesos de fermentación
específicos en los que ambas fermentaciones tienen lugar al mismo tiempo. La
presencia de azúcares asimilables superiores a una concentración sobre los 0,16 g/L
produce invariablemente la formación de alcohol etílico en proceso de crecimiento de
levadura (Saccharomyces cerevisiae) incluso en presencia de exceso de oxígeno
(aeróbico), este es el denominado efecto Crabtree, este efecto es tenido en cuenta a la
hora de estudiar y tratar de modificar la producción de etanol durante la fermentación. Si
bien el proceso completo (vía Embden-Meyerhof-Parnes) descrito simplificado
anteriormente explica los productos resultantes de la fermentación etílica de un hexano,
cabe destacar que el proceso se puede detallar en una glicólisis previa gobernada por
23
un conjunto de enzimas en la que se obtiene un piruvato tal y como se describe a
continuación:
C6H12O6 → 2 CH3COCOO− + 2 H2O + 2H+
La reacción química se describe como la reducción de dos moléculas de Nicotinamida
adenina dinucleótido (NAD+) de NADH (forma reducida del NAD+) con un balance final
de dos moléculas de ADP que finalmente por la reacción general mostrada
anteriormente se convierten en ATP (adenosín trifosfato). Otros compuestos trazados en
menores proporciones que se encuentran presentes tras la fermentación son: el ácido
succínico, el glicerol, el ácido fumárico.
En más detalle durante la fermentación etílica en el interior de las levaduras, la vía de la
glucólisis es idéntica a la producida en el eritrocito (con la excepción del piruvato que se
convierte finalmente en etanol). En primer lugar el piruvato se descarboxila mediante la
acción de la piruvato descarboxilasa para dar como producto final acetaldehído liberando
por ello dióxido de carbono (CO2) a partir de iones del hidrógeno (H+) y electrones del
NADH.24 Tras esta operación el NADH sintetizado en la reacción bioquímica catalizada
por el GADHP se vuelve a oxidar por el alcohol deshidrogenasa, regenerando NAD+ para
la continuación de la glucólisis y sintetizando al mismo tiempo etanol. Se debe
considerar que el etanol va aumentando de concentración durante el proceso de
fermentación y debido a que es un compuesto tóxico, cuando su concentración alcanza
aproximadamente un 12% de volumen las levaduras tienden a morir. Esta es una de las
razones fundamentales por las que las bebidas alcohólicas (no destiladas) no alcanzan
valores superiores a los 20% de concentración de etanol.
LIMITACIONES DEL PROCESO
24
La determinación de los factores que limitan la glicólisis fermentativa del etanol son
complejos debido a la interrelación existente y a la naturaleza de los parámetros
intervinientes durante el proceso de fermentación. Algunos de ellos se deben tener en
cuenta en la fermentación alcohólica industrial. En las limitaciones que surgen durante el
proceso se pueden enumerar algunos de los más importantes como son:
Concentración de etanol resultante - Una de las principales limitaciones del
proceso, es la resistencia de las levaduras a las concentraciones de etanol
(alcohol) que se llegan a producir durante la fermentación, algunos
microorganismos como el saccharomyces cerevisiae pueden llegar a soportar
hasta el 20% de concentración en volumen. En ingeniería bioquímica estos
crecimientos se definen y se modelizan con las ecuaciones de crecimiento celular
dadas por las ecuaciones de Tessier, Moser y de la ecuación de Monod.
Acidez del substrato - El pH es un factor limitante en el proceso de la
fermentación ya que las levaduras se encuentran afectadas claramente por el
ambiente, bien sea alcalino o ácido. Por regla general el funcionamiento de las
levaduras está en un rango que va aproximadamente desde 3.5 a 5.5 pH. Los
procesos industriales procuran mantener los niveles óptimos de acidez durante la
fermentación usualmente mediante el empleo de disoluciones tampón. Los ácidos
de algunas frutas (ácido tartárico, málico) limitan a veces este proceso.
Concentración de azúcares - La concentración excesiva de hidratos de carbono
en forma de monosacáridos y disacáridos puede frenar la actividad bacteriana. De
la misma forma la baja concentración puede frenar el proceso. Las
concentraciones límite dependen del tipo de azúcar así como de la levadura
responsable de la fermentación. Las concentraciones de azúcares afectan a los
procesos de osmosis dentro de la membrana celular.
25
Contacto con el aire - Una intervención de oxígeno (por mínima que sea) en el
proceso lo detiene por completo (es el denominado Efecto Pasteur). Esta es la
razón por la que los recipientes fermentadores se cierren herméticamente.
La temperatura - El proceso de fermentación es exotérmico, y las levaduras
tienen un régimen de funcionamiento en unos rangos de temperatura óptimos, se
debe entender además que las levaduras son seres mesófilos. Si se expone
cualquier levadura a una temperatura cercana o superior a 55 ºC por un tiempo de
5 minutos se produce su muerte. La mayoría cumple su misión a temperaturas de
30ºC.
Ritmo de crecimiento de las cepas - Durante la fermentación las cepas crecen
en número debido a las condiciones favorables que se presentan en el medio,
esto hace que se incremente la concentración de levaduras.
EFECTOS DE LA FERMENTACION ETILICA
Los efectos de la fermentación etílica se derivan de los productos resultantes del
proceso que son liberados de una forma u otra al medio ambiente: el etanol y el dióxido
de carbono. Los efectos de la fermentación dependerán de como se trate cada uno de
estos subproductos. Uno de los efectos más sorprendentes se encuentra en la
contaminación etílica existente en algunos insectos que se alimentan de frutas y del
néctar de las flores, un ejemplo claro son las abejas (véase abejas y elementos tóxicos).
De la misma forma puede intoxicar a los pájaros que se alimentan de algunas bayas
maduras ya parcialmente fermentadas. La fermentación alcohólica en pequeña escala
se produce de la misma forma en las raíces de algunas plantas que son regadas de
manera muy frecuente, la falta de aireación del terreno hace que las condiciones
anaeróbicas que necesitan las levaduras actúen pudiendo envenenar el suelo mediante
26
un aumento de la concentración de etanol lo que se traduce en una disminución de la
capacidad de producción de las mismas.
Otro aspecto importante es el efecto que produce en el cuerpo humano el consumo
reiterado en los humanos de bebidas alcohólicas procedentes de la fermentación etílica,
ya que el etanol es una potente droga psicoactiva con un nivel de efectos secundarios
además de la adicción que genera su consumo habitual. Los lugares donde se realiza la
fermentación de algunas bebidas alcohólicas (generalmente sótanos) suelen ser
peligrosos ya que el dióxido de carbono 'desplaza' al oxígeno pudiendo causar asfixia a
las personas que se encuentren en estos lugares
ETANOL ( COMBUSTIBLE)
El etanol puede utilizarse como combustible para automóviles sin mezclar o mezclado
con gasolina en cantidades variables para reducir el consumo de derivados del petróleo.
El combustible resultante se conoce como gasohol (en algunos países, "alconafta"). Dos
mezclas comunes son E10 y E85, que contienen el etanol al 10% y al 85%,
respectivamente.
El etanol también se utiliza cada vez más como añadido para oxigenar la gasolina
estándar, como reemplazo para el metil tert-butil éter (MTBE). Este último es
responsable de una considerable contaminación del suelo y del agua subterránea.
También puede utilizarse como combustible en las celdas de combustible.
El etanol que proviene de los campos de cosechas (bioetanol) se perfila como un
recurso energético potencialmente sostenible que puede ofrecer ventajas
medioambientales y económicas a largo plazo en contraposición a los combustibles
fósiles. Se obtiene fácilmente del azúcar o del almidón en cosechas de maíz y caña de
27
azúcar, por ejemplo. Sin embargo, los actuales métodos de producción de bio-etanol
utilizan una cantidad significativa de energía en comparación al del combustible
producido. Por esta razón, no sería recomendable sustituir enteramente el consumo
actual de combustibles fósiles por bio-etanol.
FUENTES Y PROCESO DE FABRICACION
FERMENTACION
Artículo principal: Fermentación del etanol
Desde la antigüedad se obtiene el etanol por fermentación anaeróbica de azúcares con
levadura en solución acuosa y posterior destilación. La aplicación principal tradicional ha
sido la producción de bebidas alcohólicas.
Hoy en día se utilizan varios tipos de materias primas para la producción a gran escala
de etanol de origen biológico (bioetanol):
Sustancias con alto contenido de sacarosa
o caña de azúcar
o remolacha
o melazas
o sorgo dulce
Sustancias con alto contenido de almidón
o maíz
o patata
o yuca
Sustancias con alto contenido de celulosa
o madera 28
o residuos agrícolas (incluyendo los residuos de los cítricos 1 2 ).
El proceso a partir de almidón es más complejo que a partir de sacarosa porque el
almidón debe ser hidrolizado previamente para convertirlos en azúcares. Para ello se
mezcla el vegetal triturado con agua y con una enzima (o en su lugar con ácido) y se
calienta la papilla obtenida a 120 - 150ºC. Luego se cuela la masa, en un proceso
llamado escarificación, y se envía a los reactores de fermentación.
A partir de celulosa es aun más complejo porque primero hay que pre-tratar la materia
vegetal para que la celulosa pueda ser luego atacada por las enzimas hidrolizantes. El
pre-tratamiento puede consistir en una combinación de trituración, pirólisis y ataque con
ácidos y otras sustancias. Esto es uno de los factores que explican por qué los
rendimientos en etanol son altos para la caña de azúcar, mediocres para el maíz y bajos
para la madera.
La fermentación de los azúcares es llevada a cabo por microorganismos (levaduras o
bacterias) y produce etanol así como grandes cantidades de CO2. Además produce otros
compuestos oxigenados indeseables como el metanol, alcoholes superiores, ácidos y
aldehídos. Típicamente la fermentación requiere unas 48 horas.
En la actualidad tres países han desarrollado programas significativos para la fabricación
de bioetanol como combustible: Estados Unidos (a partir de maíz), Brasil y Colombia
(ambos a partir de caña de azúcar). El etanol se puede producir a partir de otros tipos de
cultivos, como remolachas, zahína, mijo perenne, cebada, cáñamo, kenaf, patatas,
mandioca y girasol. También puede extraerse de múltiples tipos de celulosa "no útil".
Esta producción a gran escala de alcohol agrícola para utilizarlo como combustible
requiere importantes cantidades de tierra cultivable con agua y suelos fértiles.
29
En cambio es menos atractiva para las regiones con alta densidad de población e
industrializadas como Europa occidental, o para las regiones que al roturar nuevas
tierras para labranza disminuyen las dedicadas a recursos naturales importantes como
las selvas lluviosas. Se pueden obtener cantidades más reducidas de alcohol
combustible de los tallos, de elementos reciclados, de la paja, de las mazorcas de maíz,
y de productos sobrantes de las granjas que ahora se utilizan para hacer piensos,
fertilizantes, o que se utilizan como combustibles de plantas de energía eléctrica. De
hecho, EEUU podría conseguir todo el etanol que necesita usando una mezcla de, por
ejemplo, los tallos (parte no aprovechada) del maíz y de la planta de maíz, sin roturar
más tierras de labrantío (sin embargo habría que cultivar más tierra para substituir las
partes de la planta, usadas por muchos granjeros como fuente barata, confiable y limpia
de piensos o fertilizantes).
PURIFICACION
El método más antiguo para separar el etanol del agua es la destilación simple, pero la
pureza está limitada a un 95-96% debido a la formación de un azeótropo de agua-etanol
de bajo punto de ebullición. En el transcurso de la destilación hay que desechar la
primera fracción que contiene principalmente metanol, formado en reacciones
secundarias. Aún hoy, éste es el único método admitido para obtener etanol para el
consumo humano.
30
Para poder utilizar el etanol como combustible mezclándolo con gasolina, hay que
eliminar el agua hasta alcanzar una pureza del 99,5 al 99,9%. El valor exacto depende
de la temperatura, que determina cuándo ocurre la separación entre las fases agua e
hidrocarburos.
Para obtener etanol libre de agua se aplica la destilación aceotrópica en una mezcla con
benceno o ciclohexano. De estas mezclas se destila a temperaturas más bajas el
azeótropo, formado por el disolvente auxiliar con el agua, mientras que el etanol se
queda retenido. Otro método de purificación muy utilizado actualmente es la adsorción
física mediante tamices moleculares.
A escala de laboratorio también se pueden utilizar desecantes como el magnesio, que
reacciona con el agua formando hidrógeno y óxido de magnesio.
MEZCLAS COMBUSTIBLES CON ETANOL
Generalmente, cuanto mayor es el contenido de etanol en una mezcla de gasohol, más
baja es su conveniencia para los motores corrientes de automóvil. El etanol puro
reacciona o se disuelve con ciertos materiales de goma y plásticos y no debe utilizarse
en motores sin modificar. Además, el etanol puro tiene un octanaje mucho más alto (116
AKI, 129 RON) que la gasolina común (86/87 AKI, 91/92 RON), requiriendo por tanto
cambiar el cociente de compresión o la sincronización de la chispa para obtener el
rendimiento máximo. Cambiar un coche que utilice gasolina pura como combustible a un
coche que utilice etanol puro como combustible, necesita carburadores y caudales más
grandes (un aumento de área de cerca del 30-40%). El metanol requiere un aumento
uniforme más grande de área, aproximadamente 50% más grande.
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Los motores de etanol también necesitan un sistema de arranque en frío para asegurar
la suficiente vaporización con temperaturas por debajo de 15°C a 11°C para maximizar
la combustión, evitar problemas de arranque con el motor frío y para reducir al mínimo la
no combustión de etanol no vaporizado. Sin embargo, una mezcla de gasolinas con un
10 a un 30% de etanol, no necesita en general ninguna modificación del motor. La
mayoría de coches modernos pueden funcionar con estas mezclas sin ningún problema.
El gasohol E10, la variante más común, se ha introducido por toda Dinamarca, y en
1989, Brasil produjo 12 mil millones litros de etanol para combustible a partir de la caña
de azúcar, que fue utilizado para mover 9.2 millones de coches. También suele estar
disponible en el medio-Oeste de Estados Unidos y es el único tipo de gasolina que
puede ser vendida en el estado de Minnesota. Las mezclas similares incluyen el E5 y el
E7. Estas concentraciones son generalmente seguras para los últimos motores de
automóvil, sin modificar, y algunas regiones y municipios asignan por mandato los
límites en la cantidad de etanol en los combustibles vendidos. Un método para medir la
cantidad de combustibles alternativos en EE.UU. es mediante “galones equivalentes de
gasolina” (GEG), en España se suelen utilizar las toneladas equivalentes de
petróleo(tep). En 2002, EE.UU. utilizaron como combustible una cantidad de etanol igual
a 137 petajulios (PJ), la energía de 1,13 mil millones galones de EE.UU. (ó 4.280.000
m³) de gasolina, lo que representa menos del 1% del total de combustible usado ese
año.
El término E85 se utiliza para la mezcla de un 15% de gasolina (por volumen) y de un
85% de etanol. Esta mezcla tiene un octanaje de cerca del 105. Lo cual es
sensiblemente más bajo que el etanol puro, pero mucho mayor que el de la gasolina
normal. La adición de una pequeña cantidad de gasolina ayuda a un motor convencional
a arrancar al estar el motor (y el combustible) frío. El E85 no contiene siempre
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exactamente un 85% de etanol. En invierno, especialmente en climas más fríos, donde
las temperaturas llegan a bajar de 11°C se agrega una mayor proporción de gasolina
con el fin de facilitar el arranque en frío, siendo sustituido el E85 por E70 en Estados
Unidos y E75 en Suecia. Normalmente el E85 ha tenido un costo similar a la gasolina,
pero con las grandes subidas del precio del petróleo de 2005 ha llegado a ser común ver
E85 vendido hasta $ 0.18 menos por litro que la gasolina, haciéndolo altamente atractivo
al pequeño pero creciente número de usuarios con coches capaces de quemarlo.
Desde que apareció el modelo de 1999, va en aumento el número de vehículos en el
mundo que se fabrican con motores que pueden funcionar con cualquier gasolina a partir
del etanol de la 0% hasta el etanol del 85% sin modificación. Muchos coches
comerciales ligeros (una clase que contiene monovolúmenes, todoterrenos y furgonetas)
se diseñan como vehículos flexibles para utilizar varias combinaciones de combustible,
pues pueden detectar automáticamente el tipo de combustible y cambiar el
comportamiento del motor, principalmente la sincronización de la ignición y la relación de
compresión para compensar los diversos octanajes del combustible en los cilindros del
motor.
ECONOMIA
DEPENDENCIA DEL PETROLEO
Casi cualquier país con suficiente terreno en su territorio puede producir etanol para su
uso como combustible. A diferencia del petróleo, que debe ser extraído de unos
yacimientos no existentes en todas las regiones.
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El etanol es pues una alternativa interesante, que puede incluso ayudar a mitigar las
tensiones internacionales derivadas de la dependencia y adicción de algunos países por
el petróleo. Aunque en realidad todo esto depende del balance energético (no del
económico), ya que el cultivo y procesado de agro-combustibles se realiza actualmente
con petróleo por el uso de agroquímicos y maquinaria, por lo que en el mejor de los
casos el proceso equivale a un pequeño aumento del rendimiento energético del
petróleo si el balance energético es positivo; pero en caso de incluir el ciclo de vida
completo, incorporando por ejemplo la energía necesaria para producir y reparar la
maquinaria agrícola y la usada en el proceso de destilación y fermentación, entonces
hace aparición el balance negativo, es decir, consume más energía fósil que la
renovable que produce.
CUAL ES EL PROCESO DEL CAFÉ Y SUS CONSECUENCIAS EN LAS AGUAS DE LOS RIOS.
Café: El café proviene de la planta denominada Cafeto, esta es originaria de los montes
boscosos de Etiopía.
Como bebida se extendió por Arabia, y no llego a Europa hasta el siglo XVI, desde
donde fue llevado a Sudamérica (allí se encuentran en la actualidad las mayores
plantaciones de café del mundo).
En su estado natural, el cafeto, pertenece al genero COFFEA, es un árbol, pero en las
plantaciones comerciales se poda para dar arbustos de entre 1.5 y 2 metros. El cafeto
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requiere para florecer una temperatura bastante estable, un clima húmedo y un tipo muy
concreto de suelo, por lo que solo se puede cultivar en algunas regiones tropicales. Los
granos de café, que están envueltos en un fruto carnoso, se recogen una o mas veces al
año, para luego ser secados y exportados a los países consumidores, en donde es
tostado.
El café como antes se dijo proviene de Arabia existen dos principales clases: El
COFFEA ARABICA y el COFFEA CANEPHORA.
Existen diversas variedades de semillas que se distinguen por el nombre del país de
origen. Las más estimadas son el moka procedente del café de Moka en el Yemin, en
Sumatra, el Brasil, el Bogotá, el Puerto Rico que por la forma especial de su semilla se
denomina caracolillo son también excelentes los productos en Cubay las demás islas de
el mar de las Antillas, Los cafés africanos y de las islas son de calidad inferior.
Los principales productores son Brasil y Colombia, le siguen el Salvador, Guatemala,
México, Etiopía, Angola, Etc.
Historia del Café en Costa Rica: Un grano de café introducido a Costa Rica hacia los
comienzos del siglo XIX termino transformando la vida de esta sociedad desde donde
partieron los primeros embarques hacia Panamá, Chile y finalmente Europavía el
Estrecho de Magallanes. Más tarde se construyó una línea férrea hacia Puerto Limón ,
con el objeto de tener un acceso más directo a Europa, lo cual cambio definitivamente la
geografía del país.
Desde mediados del siglo pasado hasta tiempos recientes, en que la producción
bananera lo desplazó, al segundo lugar, el café constituyo el primer renglón, de
exportación nacional. En la actualidad, después del banano y del turismo, es el tercero
en lo que al intercambio comercial con el extranjero se refiere.
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La ilusión, originaria de Etiopía y Arabia fue introducida en el nuevo mundo por
Franceses, Españoles y Portugueses. Y hoy nadie duda que el café que se produce en
Costa Rica esta entre los primeros del mundo.
El de mejor sabor se cultiva a una altura promedio de 1219 mts, en tierras donde la
temperatura oscila entre los 15C y 25C. La región norte y oeste de Heredia, cerca de
10km al noreste de San José, la capital, es cafetalera por excelencia.
Los cafetos crecen en viveros hasta que tienen al rededor de 1 año, y luego son
trasplantados a los campos.
La siembra tiene lugar en los meses mayo y junio, formando largas filas de plantas que
descienden por las faldas de las empinadas colinas, y su cosecha es manual. Como los
granos no maduran al mismo tiempo, ni siquiera los que pertenecen a una sola planta,
por lo que se requiere un enorme volumen de trabajo.
Para lograr que una planta de café rinda comercialmente se requiere un periodo
promedio de dos años, algunos cafetaleros logran cosechas hasta de 20 años en sus
plantaciones, y luego podan las plantas para que puedan rendir por otros 20 años antes
de sustituirlas definitivamente.
Por las primeras lluvias brotan pequeñas flores blancas y el aire se llena de un perfume
con reminiscencias de jazmín.
Pronto los boscajes de verde brillante se coloran con el rojo de los frutos. Cada uno de
estos cuya coloración pasa de verde a rojo con la maduración, contiene dos semillas que
son precisamente los granos del café.
Importancia del café en Costa Rica: Costa Rica es un país cuya economía ha estado
sustentando históricamente en la agricultura y dentro de esta, el café a sido el cultivo de
mayor importancia económica y social.
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La depresión de los precios en los últimos años desplazó al café a un segundo lugar, en
generación de divisas dentro el agro, permitiendo al banano ocupar por primera ves en
la historia el primer lugar.
El periodo de 1990-1994 época de precios deprimidos para la caficultura mundial el café
en Costa Rica tuvo, una participación promedio en el valor bruto de la producción
agropecuaria de un 13.64%.
Para ese mismo periodo el café presento un 13.54% del valor F.O.B. de las
exportaciones costarricenses.
El café se desempeño en el pasado y se desempeña en el presente un papel de capital
importancia en la economía de nuestro país y el mismo ha sido asociado históricamente
a la democracia económica de esta nación.
Es muy conocida la frase de un ex mandatario costarricense quien décadas atrás señalo
que ¨ su mejor ministro de hacienda era una buena cosecha de café; ¨ vendida a un
buen precio, agregaríamos ahora.
Proceso del café : Existen 2 tipos de beneficiados para el café el beneficiado seco y el
beneficiado húmedo. El más utilizado es el proceso húmedo debido a que este da una
muy buena tasa, la cual no la da el proceso seco.
Proceso húmedo: Para procesar por vía húmeda se sigue todo un cuidadoso proceso
que se inicia en el tanque de recibo o sifón, para evitar el calentamiento y fermentación
de la fruta, y para hacer la primera clasificación por densidad, el café de inferior
calidadflota el de mejor calidad se hunde, el café cereza debe beneficiarse dentro de las
24 horas después de la recolección, sino sufre procesos de fermentación que alteran la
calidad.
Luego se despulpa y se clasifica, en proceso continuo, con variados tipos de maquinaria.
A continuación se elimina el mucilago por medio de la fermentación natural que se 37
acelera a veces con alguna enzima (pectinasa), o bien por métodos mecánicos,
posteriormente se lava con mucha agua y se vuelve a clasificar el café por densidad.
Después de esto, es procesado el café para eliminarle gran cantidad de agua, para
luego pasar a las secadoras de secado lento en las cuales el café puede pasar hasta 36
horas secándose, hasta llegar a un 12% de humedad(humedad de equilibrio para ser
almacenada sin perdida de calidad). Después del secado el café se almacena en silos
hasta el momento que se va a exportar, en ese momento se le elimina la cascarilla o
pergamino, se clasifica nuevamente y se ensaca.
En el beneficiado seco, la fruta del café no esta en contacto con el agua. Se seca, se
pela y clasifica, no hay aguas residuales. Pero es un café de calidad inferior.
Contaminación por el beneficiado húmedo convencional del café:
Costa Rica, nació conocida como productora de un excelente café, se enfrenta hoy día
al reto de seguir produciendo y beneficiando sus cafés lavados de muy buena calidad sin
contaminar el agua empleada en el beneficio húmedo.
La consciencia conservacionista creciente en el ámbito nacional como internacional
determinan nuestra obligación y nuestro compromiso de desarrollar una tecnología
adecuada que nos permita trabajar los 330 kilogramos de demanda química de
oxigeno( D.Q.O) generada por cada tonelada de café verde elaborado en el beneficiado
húmedo convencional.
El hecho de que en la gran área metropolitana, donde habitan el 50% de la población
costarricense –1.5 millones de personas solo el café produjera hace cuatro años- antes
de implementar el programa de descontaminaron - una contaminación equivalente a la
que produce una población de seis millones de personas refleja la gravedad del
problema y la necesidad imperiosa de cambio.
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En el beneficiado húmedo del café se generan tres diferentes contaminantes cuales son
las aguas de despulpado, las aguas de lavado y la pulpa cuando la misma es vertida a
los ríos.
Investigaciones establecen que la pulpa del café puede perder hasta un 26% de su peso
seco mientras es transportado fuera del beneficio. Esta perdida de peso no solo es una
importante fuente de contaminación sino que también representa un gran
empobrecimiento de la misma, lo que limita seriamente su uso futuro, hemos
determinado que las aguas de despulpado en el beneficiado húmedo convencional
aportan una carga contaminante de 160 gramos D.Q.O. por kilogramo de café verde.
Otra de las fuentes de contaminación es el lavado de las mieles que rodean la semilla
del café operación que debe ser realizada previo al secado. Las aguas de lavado
aportan 170 gramos de D.Q.O.
El beneficiado húmedo de un kilogramo de café verde provoca, mediante la generación
de las aguas de lavado y de despulpado, una contaminación equivalente a la generada
por 5.6 personas adultas por día.
La tercera forma de contaminación puede ser causada por el vertido de la pulpa o de
fracciones de ellas a las fuentes de agua y de producirse seria la mas importante.
La toma de conciencia creciente, la generación de nuevas tecnologías y la voluntad de
nuestra sociedad esta determinando que abandonemos la concepción negativa de
manejo de desechos del café y visualicemos los mismos como valiosos subproductos.
Esta forma de visualizar el problema es de gran importancia en la solución del mismo.
Formulación del convenio Interinstitucional
La situación atrás señalada llevo al Instituto de café de Costa Rica por medio de su
centro de investigaciones en café a proponer un programa de descontaminaron, el cual
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fue acogido por cuatro instituciones publicas convirtiéndose en un Convenio de
Cooperación entre estas instituciones.
El convenio en mención plantea un programa a ser realizado en cuatro etapas cuya
meta mas importante es reducir la contaminación generada por esta agroindustria en un
80% . El mismo establece como obligatorias diversas practicas, las actuales involucran
cambios importantes en el proceso de beneficiado- tecnologíalimpia- así como
tratamientos orientados a la remoción de sólidos gruesos y suspendidos, dejando la
tarea de la remoción de sólidos disueltos al tratamiento anaerobica.
Seguidamente aparecen las etapas previstas en el convenio :
I Etapa
Reducción del uso del agua en el beneficio :
Antes de la firma del convenio se empleaba 15.5 L. de agua por kg. De fruta beneficiada
estableciendo como obligatorio la meta de reducir ese consumo a una cuarta parte o sea
3.87 L. por kg. De fruta.
II Etapa
Recuperación de sólidos pequeños de las aguas residuales del beneficiado. En esta
etapa se estableció por obligatorio el empleo de tamices finos construidos en acero
inoxidable con alambres de forma trapezoidal los cuales permiten la recuperación de
sólidos mayores a 0.75 mm. de grosor.
Se establece también como obligatorio en esta etapa la eficiente separación de la pulpa
y la disposición final adecuada de la misma.
III Etapa
Disminución del 50% de los sólidos suspendidos.
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Se implementa en esta etapa la construcción de tanques sedimentadores así como de
pequeñas lagunas de lodos para la disposición de los sedimentos.
En esta misma etapa se establece como obligatorio el despupaldo en seco de las
cerezas ( no confundir con beneficiado seco ) así como el transporte no - hidráulico de la
pulpa -
IV ETAPA
Tratamiento anaerobica de las aguas
Se establece aquí como meta la reducción de contaminantes en un 80%, en términos de
demanda química de oxigeno y de demanda Bioquímica de oxigeno.
La resirculación de aguas:
Esta practica se plantea como obligatoria con el propósito de tornar viable el tratamiento
de la contaminación generada por el beneficio. Se solicita al sector beneficiador bajar el
consumo de agua de 15.5 litros por kilogramos de fruta a solo 3.87 litros.
La resirculación de las aguas no solo es obligatoria para lograr la viabilidad económica
del tratamiento de las aguas residuales del café sino que de acuerdo a investigaciones
realizadas, la resirculación disminuye la liberación de sólidos por la pulpa hasta en un
30% (Gráfico 2) cuando en la concentración de las aguas se ubican en 11.000mg/l.
Cuando esta concentración se ubica en 30.000mg/1 de D.Q.O. la liberación de
contaminantes por la pulpa puede bajar hasta en mas de un 50% (ver gráfico 1).
La resirculación de aguas inhibe la generación de contaminantes de la pulpa,
entregando de esta forma una pulpa mas rica para cualquier uso posterior que de ella se
quiera hacer. Estas observaciones fueron particularmente en las etapas en que todavía
no era exigido el despulpado en seco y el transporte no-hidraulico de la pulpa.
El empleo de tanques sedimentadores:
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El empleo de tanques sedimentadores para la remoción de sólidos suspendidos fue
obligatoria a partir de la cosecha 1995-1996 en dichos tanques el tiempo de retención
hidráulica es de una hora estos tanques deben ser diseñados para remover el 50% de
los sólidos suspendidos; cumplen además en muchos casos la función de tanques de
trasiego de agua ya que desde ellos el agua es devuelta al beneficio para ser
reutilisados .
Diariamente se deben evacuar los sedimentos y las natas y los mismos deben ser
llevados a las lagunas de sólidos.
El despulpado en seco:
Permite el transporte no hidráulico de la pulpa. La practica de no arrastrar la pulpa en
agua es la verdaderamente responsable de bajar la generación de contaminantes en un
mas de un 50%. Este despulpado en seco significa sin embargo el rediseño de muchos
de los beneficios y el empleo de transportadores mecánicos como bandas de hule.
También significa el no poder usar agua para recuperar algunas semillas que se
confunden con la pulpa cuando el mantenimientode los equipos no es hecho
oportunamente.
El tratamiento Anaerobica de las aguas:
Los tratamientos anaerobicos se caracterizan entre otras cosas por generar biogás, una
mezcla de metano y anhídrido carbónico. Surge el reto de reutilizar este metano para el
calentamiento de las aguas a tratar o bien como combustible en el secado del café, O
ambas.
Dos reactores ejemplos utilizados en el país en pequeños beneficios son el Instituto del
café de Costa Rica junto a un beneficiador- Beneficio San Juanillo – y con la
colaboración del gobierno Francés termino de construir un reactor anaerobica de flujo
ascendente con una capacidad de 400 metros cúbicos el cual se espera utilizar como
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sistema demostrativos para el sector. Este sistema fue diseñado para tratar las aguas de
un beneficio de 10 320 toneladas de fruta (1840 toneladas de café verde)
Disminución del uso de agua
El consumo de agua ha sido disminuido a una cuarta parte. El agua es todavía usada
para sacar la fruta de los tanques de recibo y para transportar la misma a los
despulpadores previo paso por los despedradores. La fruta de café es desaguada antes
de ingresar a los despulpadores.
Valorización de los subproductos del café:
En Costa Rica, durante el ultimo quinquenio se han producido un promedio anual de 900
000 toneladas de café en fruta por año. La producción de ese café conlleva la
generación de 350 000 toneladas de pulpa por año, de 150 000 toneladas de mucilago
así como de 40 635 toneladas de pergamino cascarilla. Los dos primeros subproductos
tienen un gran potencial de contaminación.
Pulpa del café:
Abono orgánico a partir de pulpa:
En los beneficios costarricenses, la disposición final adecuada de la pulpa requiere de
maquinaria grande como son los tractores y camiones para su transporte, demanda
igualmente de terrenos suficientemente grandes para el vertido de esa pulpa, para darle
movimiento periódicos y finalmente para enfardarla y comersialisarla.
La eventual conversación de las 350 000 toneladas de pulpa supondría una producción
aproximada de 87 000 toneladas de compost, pudiéndose de esa forma devolver al
cafetal 780 kilogramos de abono orgánico a cada una de las 115 000 hectáreas de café.
El empleo de abono orgánico posee un buen potencial para atenuar los ataques de
nematodos, plaga mas importante de la caficultura costarricense.
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Nos debe preocupar el aprovechamiento que hagamos de este residuo orgánico ya que
de no darle un buen uso, el mismo produciría lixiviados que representan una fuente
importante de contaminación de aguas.
La producción de compost de pulpa de café es sin lugar a dudas la forma mas sencilla y
por lo tanto más asequible que tenemos para disponer racionalmente de este
subproducto.
El composteo de la pulpa de café con lombrices rojas californianas empieza a perfilarse
como una importante actividad donde se generan dos valiosos subproductos cuales son
las lombrices rojas y el compost.
Si bien es cierto, la maduración del café y consecuentemente el beneficiado del mismo
inicia en el mes de Junio para la zona baja y finaliza en Marzo, para las zonas de
maduración tardía, periodo cercano a los nueve meses – la mayor parte de ese café se
cosecha y beneficia dentro de su zona en escasos dos meses para cada beneficio,
dificultando el manejo de los residuos. En el gráfico No.5 se observa la distribución de la
maduración del café en Costa Rica y consecuentemente la forma en que se generan los
subproductos de café.
La generación de buena parte de esos contaminantes en los meses secos, época en
que el caudal de los ríos es menor e igualmente menor es su capacidad de
autopurificacion, hacen que el problema sea mas serio y que la solución sea demandada
con mayor vehemencia.
.
Mucilago del café:
El mucilago del café es normalmente fermentado o desprendido del café mecánicamente
para posibilitar el lavado de la semilla permitriendose la ilusión del mismo y obligando a
44
su tratamiento. Las bacterias anaerobias digieren mas fácilmente las aguas de lavado
que las aguas de despulpado por existir menos taninos en las primeras.
El mucilago del café se compone principalmente por azucares reductores y no
reductores así como por sustancias tecticas donde la ilusión de las mismas a
imposibilitado su uso hasta el presente. El desmucilaginado mecánico del café y el uso
de muy poca o ninguna agua por parte de algunos beneficiadores costarricenses abre la
posibilidad de la industrialización de este subproducto el cual, de otra forma, debe ser
neutralizado para ser tratado, produciendo gas metano.
SACCHAROMYCES CEREVISIAE
Clasificación científica
Reino: Fungi
División: Ascomycota
Clase: Hemiascomycetes
Orden: Saccharomycetales45
Familia: Saccharomycetaceae
Género: Saccharomyces
Especie: S. cerevisiae
Nombre binomial
Saccharomyces cerevisiaeMeyen ex E.C. Hansen
La levadura de cerveza (Saccharomyces cerevissiae) es un hongo unicelular, es un tipo
de levadura utilizado industrialmente en la fabricación del pan, cerveza y vino. Se divide
por gemación y puede tener una reproducción asexual cuando se encuentra en su forma
haploide, y de manera sexual cuando a partir de un cigoto se forma un asca que
contiene cuatro ascosporas haploides.
Saccharomyces cerevisiae es uno de los modelos más adecuados para el estudio de
problemas biológicos. Es un sistema eucariota, con una complejidad sólo ligeramente
superior a la de la bacteria pero compartiendo con ella muchas de sus ventajas técnicas.
Además de su rápido crecimiento, dispersión de las células y la facilidad con que se
replican cultivos y aíslan mutantes, destaca por un sencillo y versátil sistema de
transformación de ADN. Por otro lado, la ausencia de patogenicidad permite su
manipulación con las mínimas precauciones.
S. cerevisiae es un sistema genético que, a diferencia de la mayoría de otros
microorganismos, presenta dos fases biológicas estables: haploide y diploide. La fase
haploide permite generar, aislar y caracterizar mutantes con mucha facilidad, mientras
que en la diploide se pueden realizar estudios de complementación. Una levadura
haploide contiene 16 cromosomas variando en tamaño de 200 a 2200 kilobases (kb).46
Una ventaja adicional de este microorganismo consiste en que se conoce la secuencia
completa de su genoma y se mantiene en constante revisión. Ello ha permitido la
manipulación genética de los casi 6600 genes que codifica el genoma de levadura, el
uso extensivo de micromatrices de ADN para investigar el transcriptoma y estudios a
escala genómica de, entre otros muchos aspectos, la expresión génica, localización de
proteínas y la organización funcional del genoma y el proteoma.
La maquinaria molecular de muchos procesos celulares se encuentra conservada tanto
en levadura como en plantas y en mamíferos. Esto se ilustra con el hecho de que
rutinariamente se han introducido genes de eucariotas superiores en levadura para el
análisis sistemático de su función. Por estas razones S. cerevisiae se ha convertido en
una importante herramienta a gran escala de análisis de genómica funcional,
proporcionando un punto de partida para el análisis de organismos eucariotas más
complejos. Al ser un organismo unicelular con una tasa de crecimiento rápida, la
levadura se puede utilizar para los estudios de células que resultarían muy complicados
o costosos en organismos multicelulares.
Las utilidades industriales más importantes de esta levadura son la producción de
cerveza, pan y vino, gracias a su capacidad de generar dióxido de carbono y etanol
durante el proceso de fermentación. Básicamente este proceso se lleva a cabo cuando
esta levadura se encuentra en un medio muy rico en azúcares (como la D-glucosa). En
condiciones de escasez de nutrientes, la levadura utiliza otras rutas metabólicas que le
permiten obtener un mayor rendimiento energético, y por tanto no realiza la
fermentación.
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Desde el punto de vista científico, este microorganismo se ha empleado como modelo
simple de la célula eucariota. Esto se debe a una serie de ventajas como su facilidad de
cultivo y su velocidad de división celular (aproximadamente dos horas).
NECESIDADES MÍNIMAS PARA EL CRECIMIENTO DE S. CEREVISIAE
Fuente de carbono: azúcares
Fuente de nitrógeno: sulfato amónico, urea o aminoácidos
Biotina, también llamada vitamina B8 o vitamina H
Sales y elementos traza
APAREAMIENTO EN LEVADURAS
El apareamiento sexual de las levaduras sólo puede ocurrir entre células haploides de
distinto sexo. Se definen por tanto dos tipos sexuales de levaduras, las células a y las
celulas alfa. En el caso de las levaduras la determinación sexual no se debe a un
cromosoma distinto entre géneros sino más bien a una diferencia en un único locus.
Dicho locus se conoce con el nombre de MAT y gobierna el comportamiento sexual
entre células haploides y células diploides.
Café, nombre común de un género de árboles de la familia de las Rubiáceas y también
de sus semillas y de la bebida que con ellas se prepara. De la treintena de especies que
comprende el género Coffea sólo son importantes tres: arabica, canephora y liberica. El
arbusto o arbolillo, de 4,6 a 6 m de altura en la madurez, tiene hojas aovadas, lustrosas,
verdes, que se mantienen durante tres a cinco años y flores blancas, fragantes, que sólo
permanecen abiertas durante unos pocos días. El fruto se desarrolla en el curso de los
seis o siete meses siguientes a la aparición de la flor; cambia desde el verde claro al rojo
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y, cuando está totalmente maduro y listo para la recolección, al carmesí. El fruto maduro,
que se parece a la cereza, se forma en racimos unidos a las ramas por tallos muy
cortos; suele encerrar dos semillas rodeadas de una pulpa dulce.
El café crece bien en las islas de Java y Sumatra, y en Arabia, India, África, Antillas y
América Central y del Sur. América, donde se cultivan cafés del tipo arabica, produce
aproximadamente las dos terceras partes de todo el café del mundo. Es el producto
básico de exportación para los países centroamericanos.
PRODUCCIONEl café necesita para crecer un suelo rico y húmedo, que absorba bien el agua y drene
con rapidez el exceso de precipitación. Los mejores suelos son los formados por un
pequeño manto de hojas, materia orgánica de otra clase y roca volcánica desintegrada.
Aunque las heladas dañan enseguida las plantas del café, éste se cultiva en regiones
frías; las temperaturas de crecimiento oscilan entre 13 y 26 °C. Las plantaciones de café
ocupan altitudes comprendidas entre el nivel del mar y el límite de las nieves perpetuas
tropicales, que se encuentra a unos 1.800 m. Los tipos canephora y liberica crecen
mejor por debajo de los 900 m; las de tipo arabica prefieren altitudes superiores. La
semilla se planta directamente en el terreno o en semilleros especiales; en este caso, las
plántulas jóvenes seleccionadas se trasplantan a pleno suelo pasado cierto tiempo. Se
utilizan grandes cantidades de fertilizantes comerciales para estimular el crecimiento de
plantas más saludables y para aumentar el rendimiento. Tanto los arbustos como los
frutos están expuestos al ataque de insectos y a enfermedades microbianas, que se
combaten con tratamientos químicos y técnicas de cultivo adecuadas.
RECOLECCION49
Las plantas de café producen la primera cosecha de rendimiento pleno cuando tienen en
torno a cinco años de edad. A continuación mantienen una producción constante durante
15 a 20 años. Algunas plantas rinden entre 900 gr y 1,3 kg de semillas de valor
comercial al año, pero se considera que es de 450 gr el rendimiento anual medio. Se
utilizan dos métodos de recolección. Uno se basa en la recolección selectiva y el otro
consiste en agitar la planta y recoger todos los frutos. Las semillas obtenidas mediante la
primera técnica suelen beneficiarse, si hay agua, por el llamado método húmedo:
ablandamiento en agua, eliminación mecánica de la pulpa, fermentación en grandes
depósitos, nuevo lavado y secado al aire o en cilindros giratorios calientes. El método
seco, que suele reservarse para las semillas recolectadas de la segunda forma, se
reduce a secar el grano y eliminar las envolturas externas. El producto final es siempre
el llamado café verde, que se selecciona a mano o a máquina para eliminar las semillas
defectuosas y la materia extraña, y se clasifica en función del tamaño.
CARACTERISTICAS:La semilla del café contiene una compleja mezcla de componentes químicos; algunos de
ellos no se ven afectados por el tueste, pero otros, en particular aquellos de los que
depende el aroma, son producto de la destrucción parcial del grano verde por la
torrefacción. Los compuestos que extrae el agua hirviente se clasifican en componentes
de sabor no volátiles y componentes de aroma volátiles. Los compuestos no volátiles
más importantes son la cafeína, trigonelina, ácido clorogénico, ácidos fenólicos,
aminoácidos, hidratos de carbono y minerales. Entre los volátiles hay ácidos orgánicos,
aldehídos, cetonas, ésteres, aminas y unos compuestos de azufre llamados
mercaptanos. Los principales efectos fisiológicos del café se deben a la cafeína, un
alcaloide con propiedades suavemente estimulantes. Desde hace algunos años se
debate si el café podría resultar más nocivo de lo que normalmente se acepta para
50
quienes deben tomar pocos estimulantes y si la cafeína es peligrosa para el feto. Sin
embargo, estos estudios no han arrojado por el momento resultados definitivos.
MUCÍLAGO El otro subproducto de interés es el mucílago el cual está localizado entre la pulpa y la
cáscara del grano de café. Este material representa alrededor del 5% del peso seco de
este (Bressani et al., 1972. Ver anexo).
El mucílago es una capa de aproximadamente 0,5 a 2 mm de espesor que está
fuertemente adherida a la cáscara del grano de café. Desde el punto de vista físico, el
mucílago es un sistema coloidal líquido, liofílico, siendo por lo tanto un hidrogel.
Químicamente, el mucílago contiene agua, pectinas, azúcares y ácidos orgánicos.
Durante la maduración del grano de café el pectato de calcio, localizado en la laminilla
media y la protopectina de la pared celular, es convertido en pectinas.
Esta transformación o hidrólisis de las protopectinas resulta en la desintegración de la
pared celular, dejando un plasma celular libre. En este plasma, además de pectinas, se
encuentran azúcares y ácidos orgánicos derivados del metabolismo y la conversión del
almidón
EL PERGAMINO DE CAFÉEl pergamino del café o cascarilla es la parte que envuelve el grano inmediatamente
después de la capa mucilaginosa, y representa alrededor de
12% del grano de café en base seca (ver Cuadro 2). En el Cuadro 5 del artículo adjunto
de Bressani et al. se muestra la composición química de este material comparada con la
del olote de maíz y la de la cascarilla de algodón. La concentración proteínica es similar
entre los tres subproductos, mientras que el contenido de fibra cruda es significativamente
mayor en el cascabillo de café. El contenido de extracto libre de nitrógeno del pergamino
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del café es el más bajo (18,9 g) y por consiguiente, su valor como alimento para animales
deja mucho que desear, cuando se quiere encontrar otro fin.
LA PULPA: es uno de los subproductos del cultivo del café que presenta una gran
variedad de alternativas para ser recicladas en su totalidad, por ejemplo:
‹ La transformación de la misma en humus a partir del cultivo de lombrices.
‹ Su participación en la elaboración de abonos orgánicos fermentados tipo
bocashi.
‹ Su participación en la elaboración de aboneras (composteras).
‹ Su utilización como substrato para la reproducción biológica, principalmente de
Aspergillus oryzae, Bacillus megatherium y Saccharomyces carevisae, lo que es deseable
para obtener abonos orgánicos de muy buena calidad.
En El Salvador, Suárez de Castro (1960) indica que 100 libras de pulpa de café seca
equivalen, con base en su composición química, a 10 libras de fertilizanteinorgánico de N-
P-K en las proporciones 14 -3-37; aquí queda reflejada la altacantidad de potasio que
contiene este subproducto para ser utilizado como abono, especialmente en aquellos
cultivos que manifiestan necesidades elevadas de este elemento, como las musáceas
(banano, plátano, guineo).
EL MUCÍLAGO: por su alto contenido en diferentes tipos de azúcares, este subproducto
es un excelente medio para la elaboración de biofertilizantes enriquecidos con minerales,
y así llegar a ser utilizado en los cultivos del propio café y del plátano. En la preparación
del abono orgánico tipo bocashi, se recomienda usar el mucílago o aguas mieles
directamente, sustituyendo al máximo volumen de agua que se desee. El mucílago es un
excelente sustrato para el crecimiento de hongos, bacterias y otros microorganismos
benéficos y deseables para la recuperación de la vida en los suelos que se encuentran
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agotados por el maltrato provocado por algunas de las prácticas utilizadas en la
agricultura convencional.
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