Permeados concentrados de suero de quesería como medio de fermentación para la producción de etanol alimentario

Abstract

Se evaluó el uso de permeados concentrados de suero de quesería como medio de fermentación para la producción de etanol alimentario a partir de sueros obtenidos de la fabricación de queso Mozzarella y Blanco Fresco marca Paisa, suministrados por la empresa Pasteurizadora Táchira C.A (San Cristóbal, Venezuela). Para ello se realizó una serie de experiencias donde se mezclaron diferentes proporciones de permeados de sueros de quesería con el objetivo de obtener un permeado concentrado con unas características fisicoquímicas adecuadas para el crecimiento de levaduras productoras de etanol, sometiéndose los permeados de sueros de quesería a un proceso de ultrafiltración, seguido de una hidrólisis de la lactosa utilizando la enzima β-galactosidasa, obteniendo un jarabe rico en glucosa y galactosa que son azúcares fermentables. Posteriormente los permeados se concentraron por evaporación, obteniéndose un permeado concentrado de suero de quesería con un pH de 4,86±0,10 y 31,56±2,48% de azúcares reductores. El permeado concentrado fue ajustado a diferentes concentraciones de NaCl (0, 1 y 2%) con la finalidad de evaluar el efecto del NaCl sobre la producción de etanol y consumo de azúcares reductores durante la fermentación por diferentes levaduras. En las pruebas de fermentación, en una etapa preliminar, se utilizaron las levaduras Saccharomyces cerevisiae Levapan®, Saccharomyces bayanus Fermiline Tipicity® y Kluyveromyces marxianus ATCC® 36142TM durante 5 días de fermentación bajo condiciones anaeróbicas y temperatura controlada de 32±1 °C, siendo la K. marxianus la levadura con menor producción de etanol y consumo de azúcares reductores, sobre todo cuando se incrementó la concentración de NaCl en el medio de fermentación, por lo que fue descartada en estudios posteriores. Las pruebas de fermentación finales fueron realizadas con las levaduras S. cerevisiae y S. bayanus, observándose que en un medio de fermentación sin adición de NaCl, ambas levaduras consumieron cantidades similares de azúcares reductores entre los días 1 y 5, no existiendo diferencias significativas (p ≥ 0,05). Con respecto a las cantidades obtenidas de etanol producido en este medio de fermentación, aunque S. cerevisiae produjo concentraciones más elevadas respecto de S. bayanus, estas diferencias no fueron significativas (p ≥ 0,05). Así mismo, el incremento en la concentración de NaCl (1 y 2%) en el medio de fermentación hizo disminuir de manera significativa (p < 0,05) la producción de etanol de S. bayanus, mientras que S. cerevisiae solo fue afectado de manera significativa cuando el medio fue adicionado del 2% de NaCl. No existieron diferencias significativas (p > 0,05) en la producción de etanol entre levaduras para las diferentes concentraciones de NaCl ensayadas, excepto cuando el medio fue adicionado de 1% de NaCl, presentando S. cerevisiae concentraciones de etanol superiores (p < 0,05) en el quinto día de fermentación respecto a S. bayanus. En relación a los parámetros cinéticos de productividad volumétrica y cantidad de etanol por gramo de azúcares reductores, en general S. bayanus obtuvo resultados cinéticos similares a los obtenidos con S. cerevisiae en fermentaciones realizadas con los diferentes permeados concentrados de suero de quesería, observándose diferencias significativas (p 0,05) entre levaduras solo para el parámetro de productividad volumétrica a los días 1 y 5 cuando el medio utilizado fue añadido con 1% de NaCl, siendo S. cerevisiae la levadura que obtuvo mayores productividades en comparación a S. bayanus. Finalmente se verificó la calidad de los destilados obtenidos de fermentaciones realizadas con S. cerevisiae y S. bayanus a partir de los permeados fermentados, y se analizó la presencia de componentes por análisis cromatográfico GC-FID registrándose solo la presencia de etanol, y no evidenciándose formación de metanol, demostrando la calidad de los destilados obtenidos y su potencial uso en la formulación de bebidas alcohólicas.

The use of concentrated whey permeates was evaluated as a fermentation medium for the production of food grade ethanol from cheese wheys obtained from the manufacture of Mozzarella and Blanco Fresco Paisa brand, supplied by Pasteurizadora Táchira CA (San Cristóbal, Venezuela). In this sense, a series of experiences were carried out where different proportions of permeates from cheese wheys were mixed with the objective of obtaining a concentrated permeate with adequate physicochemical characteristics for the growth of ethanol producing yeasts, subjecting the permeates to a ultrafiltration process, followed by a lactose hydrolysis using the enzyme β-galactosidase, obtaining a syrup rich in glucose and galactose that are fermentable sugars. Subsequently, the permeate was concentrated by evaporation, obtaining a concentrated whey permeate with a pH of 4.86 ± 0.10 and 31.56 ± 2.48% of reducing sugars. The concentrated permeate was adjusted to different concentrations of NaCl (0, 1 and 2%) in order to evaluate the effect of NaCl on ethanol production and reducing sugars consumption during fermentation by different yeasts. In the fermentation tests and at a preliminary stage, the yeasts Saccharomyces cerevisiae Levapan®, Saccharomyces bayanus Fermiline Tipicity® and Kluyveromyces marxianus ATCC® 36142TM were used for 5 days of fermentation under anaerobic conditions and controlled temperature of 32 ± 1 °C, with K. marxianus being the yeast with lower ethanol production and reducing sugars consumption, especially when the concentration of NaCl in the fermentation medium was increased, so it was ruled out in subsequent studies. The final fermentation tests were performed with the S. cerevisiae and S. bayanus yeasts, observing that in a fermentation medium without added NaCl, both yeasts consumed similar (p ≥ 0.05) amounts of reducing sugars between days 1 and 5. With respect to the quantities obtained of ethanol produced in this fermentation medium, although S. cerevisiae produced higher concentrations related to S. bayanus, these differences were not significant (p ≥ 0.05). Likewise, the concentration increase of NaCl (1 and 2%) in the fermentation medium significantly reduced (p ≤ 0.05) the production of ethanol from S. bayanus, while S. cerevisiae was only significantly affected when the medium was added with 2% NaCl. There were no significant differences (p ≥ 0.05) in the production of ethanol between yeasts for the different concentrations of NaCl tested, except when the medium was added with 1% NaCl, with S. cerevisiae having higher ethanol concentrations (p ≤ 0.05) on the fifth day of fermentation with respect to S. bayanus. In relation to the kinetic parameters studied (volumetric productivity and quantity of ethanol per gram of reducing sugars), in general S. bayanus obtained kinetic results similar to those obtained with S. cerevisiae in fermentations carried out with the different concentrated whey permeates, observing significant differences (p 0.05) among yeasts only for the volumetric productivity parameter on days 1 and 5 when the medium used was added with 1% NaCl, with S. cerevisiae being the yeast that obtained higher productivity compared to S. bayanus. Finally, the quality of the distillates obtained from fermentations carried out with S. cerevisiae and S. bayanus was verified, and the presence of components analyzed by GC-FID chromatographic analysis, registering only the presence of ethanol, but not the methanol formation, demonstrating the quality of the distillates obtained and its potential use in the formulation of alcoholic beverages.