Universidad del Valle de Guatemala Facultad de Ingeniería Diseño del proceso de fermentación para la obtención de una bebida tipo vino a partir de melón tipo «C» Trabajo de Graduación presentado por Elsa Figueroa para optar al grado de Licenciada en Ingeniería Química. Guatemala 2008 Diseño del proceso de fermentación para la obtención de una bebida tipo vino a partir de melón tipo «C» Universidad del Valle de Guatemala Facultad de Ingeniería Diseño del proceso de fermentación para la obtención de una bebida tipo vino a partir de melón tipo «C» Trabajo de Graduación presentado por Elsa Figueroa para optar al grado de Licenciada en Ingeniería Química. Guatemala 2008 v PREFACIO La motivación del presente trabajo inició al conocer la situación de los exportadores de melón del país. Actualmente Guatemala no puede exportar aproximadamente el 25 % de la producción de melón. La investigación e informe se limitan al caso de una melonera guatemalteca ubicada en Jutiapa con un área de cultivo de siete hectáreas y una producción de 98,000 frutos de melón tipo Cantaloupe por ciclo de cosecha. El primer paso que se tomó fue la exploración de ideas para dar un valor agregado a los frutos de melón no exportados, estas ideas incluyeron desde el pelado y empacado al vacío de la fruta, hasta la producción de vinagre de melón, escogiendo la producción de una bebida alcohólica como idea final a investigar. Teniendo una idea clara se delimitaron objetivos y se procedió a las pruebas de campo que incluyeron la caracterización del fruto, pruebas de fermentación y caracterización del vino obtenido. Se concluyó con el diseño del proceso y la redacción del presente informe. Se agradece en especial a la melonera estudiada por la colaboración en la facilitación de información y el suministro de muestras del fruto no exportado. Así mismo, se agradece a la Universidad del Valle de Guatemala, en particular al Laboratorio de Operaciones Unitarias y su personal por la colaboración al prestar sus instalaciones y por la ayuda y apoyo brindados durante la etapa de pruebas de campo. vi CONTENIDO Página Prefacio ……………………………………………………………………………………….. v Lista de tablas ………….…………………………...…………………………………………. x Lista de figuras y gráficas …………………………………...………………………………… xii Resumen ………………………………………………………………………………………. xiii Abstract ………………………………………………………………………………………... xiv Capítulos I. Introducción ............................................................................................................................ 1 II. Antecedentes ........................................................................................................................... 3 A. La fruta de melón ................................................................................................................ 3 1. Origen de la familia Cucurbitácea (Cucurbitaceae L.) ................................................... 3 2. Morfología y taxonomía ................................................................................................. 4 a. Morfología ................................................................................................................. 4 b. Clasificación taxonómica ........................................................................................... 4 B. El melón de exportación ..................................................................................................... 5 1. Especificaciones para exportación .................................................................................. 6 a. Especificaciones técnicas del producto ...................................................................... 6 b. Residuos químicos ..................................................................................................... 6 c. Estándares de calidad ................................................................................................. 6 d. Estándares de empaque .............................................................................................. 7 2. Condiciones en Guatemala ............................................................................................. 7 C. Caracterización del melón................................................................................................... 9 1. Análisis de las características físicas ............................................................................ 10 2. Análisis de las características químicas ........................................................................ 10 3. Análisis cualitativo del fruto y mosto del melón .......................................................... 12 D. El vino ............................................................................................................................... 12 vii 1. ¿Qué es el vino? ............................................................................................................ 12 2. Tipos de vino ................................................................................................................ 13 a. Vinos calmos o naturales ......................................................................................... 13 b. Vinos fortificados o fuertes ...................................................................................... 13 c. Vinos espumantes ..................................................................................................... 13 E. Regulaciones para la producción de vino en Guatemala .................................................. 13 1. Reglamento de la ley y alcoholes y bebidas alcohólicas y fermentadas ....................... 13 2. Código de salud ............................................................................................................ 16 F. Proceso de vinificación ..................................................................................................... 18 1. Diagrama de bloques de la elaboración del vino .......................................................... 18 2. Lavado y selección: ...................................................................................................... 18 a. Método de selección y lavado .................................................................................. 19 3. Despulpado o prensado: obtención del mosto .............................................................. 19 a. Equipo de despulpado y prensado ............................................................................ 19 4. Preparación del mosto .................................................................................................. 19 a. Adición de sulfito de sodio ...................................................................................... 19 b. Ajustes de azúcar en el mosto .................................................................................. 20 c. Sedimentación .......................................................................................................... 21 d. Separación de líquido ............................................................................................... 22 5. Fermentación ................................................................................................................ 23 a. Proceso de fermentación .......................................................................................... 23 b. Preparación del inóculo ............................................................................................ 24 c. Modelos matemáticos de la fermentación ................................................................ 25 d. Proceso por lotes y proceso continuo ....................................................................... 29 e. Instrumentación y control ........................................................................................ 30 f. Esterilización ............................................................................................................ 32 g. Equipo para la fermentación .................................................................................... 33 h. Rendimiento la fermentación ................................................................................... 34 6. Añejamiento ................................................................................................................. 34 7. Refinamiento ................................................................................................................ 34 8. Filtración ...................................................................................................................... 35 viii a. El proceso de filtración ............................................................................................ 35 b. Equipo de filtración .................................................................................................. 35 9. Embotellado .................................................................................................................. 35 G. Caracterización del vino ................................................................................................... 36 1. Análisis de mostos ........................................................................................................ 36 a. Determinación de la densidad .................................................................................. 36 b. Determinación de azúcares reductores ..................................................................... 36 c. Determinación de la acidez ...................................................................................... 37 2. Análisis de vinos ........................................................................................................... 37 a. Determinación de la densidad .................................................................................. 37 b. Determinación del alcohol ....................................................................................... 37 c. Determinación del extracto seco .............................................................................. 39 d. Determinación de la acidez ...................................................................................... 39 e. Determinación del pH .............................................................................................. 39 f. Determinación de la acidez volátil ........................................................................... 39 g. Determinación de azúcares reductores ..................................................................... 39 h. Determinación de cenizas ........................................................................................ 39 i. Caracterización sensorial ......................................................................................... 40 III. Justificación ...................................................................................................................... 41 IV. Objetivos ........................................................................................................................... 42 A. Generales .......................................................................................................................... 42 B. Específicos ........................................................................................................................ 42 V. Problema a resolver ............................................................................................................... 43 VI. Metodología ...................................................................................................................... 44 A. Diagrama de bloques del proceso experimental ............................................................... 44 B. Caracterización del fruto ................................................................................................... 45 C. Obtención y caracterización del mosto ............................................................................. 46 D. Fermentación en el laboratorio ......................................................................................... 47 E. Caracterización de la bebida tipo vino .............................................................................. 48 F. Diseño del proceso de fermentación ................................................................................. 49 Vii. Resultados ......................................................................................................................... 50 ix A. El fruto de melón .............................................................................................................. 50 B. La bebida tipo vino de melón ............................................................................................ 51 C. El proceso de fermentación ............................................................................................... 52 1. Diagrama de bloques del proceso ................................................................................. 53 2. Diagrama de flujo del proceso ...................................................................................... 54 3. Balance de masa ........................................................................................................... 55 4. Balance de energía ........................................................................................................ 55 5. Equipo e instrumentación ............................................................................................. 56 a. Equipo de proceso .................................................................................................... 56 b. Equipo auxiliar ......................................................................................................... 57 c. Instrumentación dentro del tanque: .......................................................................... 58 6. Costo estimado de la planta y la bebida tipo vino ........................................................ 58 a. Costo de la planta ..................................................................................................... 58 b. Costo de la bebida tipo vino ..................................................................................... 59 Viii. Discusión de resultados .................................................................................................... 60 Ix. Conclusiones ..................................................................................................................... 68 X. Recomendaciones .................................................................................................................. 69 XI. Bibliografía ....................................................................................................................... 70 Xii. Apéndice ........................................................................................................................... 72 A. Datos Originales ............................................................................................................... 72 B. Bases de diseño ................................................................................................................. 81 C. Diseño de equipo y balances de masa y energía ............................................................... 84 D. Primera corrida de laboratorio .......................................................................................... 90 E. Muestro y propagación de error ........................................................................................ 92 1. Muestreo y tamaño de muestra ..................................................................................... 92 2. Propagación de error ..................................................................................................... 94 x LISTA DE TABLAS Página Tabla 1 Clasificación taxonómica de la fruta comúnmente conocida como melón ......................... 4 Tabla 2 Plaguicidas aprobados para aplicar en el control de plagas ................................................ 6 Tabla 3 Área, producción y rendimiento del cultivo de melón en Guatemala ................................. 8 Tabla 4 Comercio exterior, período 2001/2007 ............................................................................... 8 Tabla 5 Precios promedio de melón Cantaloupe mediano (quetzales/ciento) ................................. 9 Tabla 6 Panorama de la exportación del melón ............................................................................... 9 Tabla 7 Escala de color para la caracterización del melón ............................................................ 12 Tabla 8 Escala para la caracterización del sabor del melón ........................................................... 12 Tabla 9 Grado alcohólico en relación al contenido inicial de azúcar............................................. 20 Tabla 10 Sensores del proceso y sus funciones de control ............................................................ 31 Tabla 11 Caracterización cualitativa del melón ............................................................................. 50 Tabla 12 Caracterización cuantitativa del melón ........................................................................... 50 Tabla 13 Caracterización cuantitativa del mosto de melón ........................................................... 51 Tabla 14 Caracterización cualitativa de la bebida vino de melón, calificación ponderada............ 51 Tabla 15 Calificación promedio de la bebida tipo vino de melón ................................................. 52 Tabla 16 Caracterización cuantitativa de la bebida tipo vino de melón ........................................ 52 Tabla 17 Equipo del proceso .......................................................................................................... 57 Tabla 18 Equipo auxiliar del proceso ............................................................................................ 57 Tabla 19 Instrumentación en el tanque .......................................................................................... 58 Tabla 20 Inversión inicial de la planta ........................................................................................... 58 Tabla 21 Costos totales de la planta ............................................................................................... 59 Tabla 22 Costo y precio estimado de la bebida tipo vino .............................................................. 59 Tabla 23 Datos primarios de la caracterización cualitativa del melón ........................................... 72 Tabla 24 Datos primarios de la caracterización cuantitativa del melón ......................................... 73 Tabla 25 Datos primarios de la caracterización cuantitativa del mosto ......................................... 74 Tabla 26 Valoración del NaOH ..................................................................................................... 74 xi Tabla 27 Titulación del mosto ....................................................................................................... 75 Tabla 28 Datos primarios de la caracterización cualitativa de la bebida tipo vino ........................ 75 Tabla 29 Ponderación de las características de la bebida tipo vino ............................................... 76 Tabla 30 Titulación de la bebida tipo vino .................................................................................... 76 Tabla 31 Datos primarios de la caracterización cuantitativa de las muestras seleccionadas de labebida tipo vino ........................................................................................................................... 76 Tabla 32 Contenido de azúcar en las muestras durante la fermentación del melón ....................... 77 Tabla 33 Contenido de alcohol en las muestras durante la fermentación del melón ..................... 79 Tabla 34 Hogares con poder de compra ......................................................................................... 81 Tabla 35 Propiedades del vino ....................................................................................................... 81 Tabla 36 Porcentaje de materia prima a utilizar en la elaboración de la bebida tipo vino de melón ............................................................................................................................................. 82 Tabla 37 Capacidad de producción de la planta ............................................................................ 82 Tabla 38 Tiempos de producción por ciclo .................................................................................... 83 Tabla 39 Espesor de pared recomendados para tanques sobre el nivel del piso ............................ 84 Tabla 40 Tamaño del reactor ......................................................................................................... 84 Tabla 41 Diseño de chaqueta ......................................................................................................... 85 Tabla 42 Producción de CO2 .......................................................................................................... 86 Tabla 43 Balance de masa .............................................................................................................. 87 Tabla 44 Balance de energía en el calentamiento de mosto........................................................... 87 Tabla 45 Balance de energía en el enfriamiento para inactivación de levaduras ........................... 88 Tabla 46 Corrida 1: Análisis cuantitativo del mosto ..................................................................... 90 Tabla 47 Corrida 1: Análisis cualitativo de la bebida tipo vino ..................................................... 90 Tabla 48 Corrida 1: Análisis cuantitativo de la bebida tipo vino ................................................... 90 Tabla 49 Corrida 1: Tiempo de fermentación de las muestras ....................................................... 91 xii LISTA DE FIGURAS Y GRÁFICAS Página Figura 1 Diagrama de bloques de la elaboración del vino ............................................................. 18 Figura 2 Definición del volumen control, entradas y salidas ......................................................... 25 Figura 3 Fermentador vertical ........................................................................................................ 34 Figura 4 Diagrama de bloques del proceso experimental .............................................................. 44 Figura 5 Diagrama de bloques para la caracterización de la fruta ................................................. 45 Figura 6 Diagrama de bloques de la obtención y caracterización del mosto ................................. 46 Figura 7 Diagrama de bloques del proceso de fermentación ......................................................... 47 Figura 8 Diagrama de bloques de la caracterización de la bebida tipo vino .................................. 48 Figura 9 Diagrama de bloques del proceso .................................................................................... 53 Figura 10 Diagrama de flujo del proceso ....................................................................................... 54 Figura 11 Balance de masa del proceso ......................................................................................... 55 Figura 12 Tanque de fermentación de 300 galones de capacidad .................................................. 56 Gráfica 1 Predicción de las constantes para un fermentador anaeróbico ....................................... 29 Gráfica 2 Crecimiento típico de un cultivo microbiológico por lotes ............................................ 30 Grafica 3 Concentración de azúcar en las muestras durante la fermentación del melón ............... 78 Grafica 4 Concentración de alcohol en las muestras durante la fermentación del melón .............. 80 xiii RESUMEN El presente informe tiene por objeto exponer el diseño del proceso de fermentación de melón Cantaloupe tipo «C» para la obtención de una bebida tipo vino. El trabajo fue elaborado con base en el caso de una melonera nacional que no exporta un promedio de 15 % de los frutos cosechados por incumplimiento con los estándares de tamaño, peso y/o apariencia, dejando estos frutos para venta en el mercado local. El problema radica en que el melón no exportado debe ser vendido a un valor menor que su costo de producción debido a los precios del mercado local. Como una solución al problema se consideró la opción alterna de convertir el melón en una bebida tipo vino para poder comercializarlo de esta forma. Tras varias pruebas de fermentación se determinó que la mejor bebida se obtiene al fermentar un mosto de melón elaborado del fruto pelado incluyendo semillas. La fermentación se llevó a cabo con levaduras del género Sacharomyses cerevisae en una concentración de 12 g/L. La bebida obtenida fue una bebida tipo vino natural de sabor dulce, color anaranjado pálido y olor a melón, con un pH de 4.0 ± 0.5 y un contenido de alcohol del 9.8 ± 0.1 %. Se concluyó que el proceso de fermentación debe constar de siete etapas: lavado y pelado de la fruta, despulpado y obtención del mosto, fermentación con levaduras, clarificación por gravedad, añejamiento, rectificación del sabor, filtración y embotellado. xiv ABSTRACT The present report intends to describe the design of the fermentation process of Cantaloupe melon type «C» to obtain a wine-like beverage. The work was elaborated based on the case of a national melon plantation that is unable to export an average of 15 % of the fruits harvested, by breach with the standards of size, weight and/or appearance, these fruits are left for sale in the local market. The problem is that the melon has to be sold at a value smaller than its production cost due to the prices of the local market. The production of a commercial wine-like was considered an alternate solution to the problem. After several tests of fermentation it was determined that the best beverage is obtained by fermenting a melon must elaborated of the peeled fruit including the seeds. The fermentation was carried out with yeast of the species Sacharomyses cerevisae in a concentration of 12 g/L. The obtained beverage was a fermented beverage with characteristics similar to those of a natural wine, with sweet flavor, pale orange color and melon scent, with a pH of 4.0 ± a 0.5 and an alcohol content of 9.8 ± 0.1 %. It was determined that the fermentation process must consist of seven stages: washing and peeling of the fruit, pressing of fruit to obtain the must, anaerobic yeast fermentation, clarification by gravity, aging, rectification of the flavor, filtration and bottling. 1 I. INTRODUCCIÓN El cultivo de melón y su exportación representan una industria creciente en Guatemala, para el año 2006 la producción de melón alcanzó las 344,000 toneladas métricas. Sin embargo esta industria se ve comprometida por la cantidad de producto que no puede ser exportado. Cualquier fruto que no cumpla con los estándares de calidad establecidos es clasificado como Tipo «C» y debe ser vendido en el mercado local a un precio menor que el costo de producción, durante los últimos cinco años Guatemala no ha podido exportar un promedio del 25 % de la producción anual. El caso estudiado indica que no se exportan un promedio de 15 % de los frutos cosechados anualmente. Esto significa que de 98,000 frutos de melón cultivados, 14,700 frutos deben ser vendidos en el mercado local como pérdida para la compañía. Es posible que los frutos no exportados se utilicen en la industria alimentaria de diversas formas para lograr así la recuperación de la inversión, si no es que una pequeña ganancia. Una de ellas es la obtención de una bebida comercial a través de la fermentación. La fermentación es un proceso químico que incluye una reacción exotérmica y puede ser aeróbica, que requiere oxígeno, o anaeróbica, que no requiere un flujo de oxígeno. Una fermentación anaeróbica con una sepa de levadura, convierte los azúcares contenidos en un sustrato en alcohol etílico o en ácido acético, comúnmente conocido como vinagre, el alcohol etílico obtenido a partir de una fermentación puede encontrarse comercialmente en bebidas, tales como cerveza, bebidas espirituosas o vino. Si bien, la Organización Internacional del Vino (OIV) define al vino estrictamente como la fermentación del mosto de uva, esta investigación se basa en el proceso de obtención del vino para la elaboración de una bebida fermentada de melón, por lo que se refiere a ésta como una bebida tipo vino y se hace referencia a las técnicas y términos utilizados en la obtención de vino. Así mismo puede observarse que en la actualidad el término vino es usado también para referirse a los jugos fermentados de frutas, comercialmente existen páginas de Internet dedicas a la obtención de vino de frutas y literatura que se refiere a estos jugos fermentados como vino, además, se conocen marcas como Paradise Wines, Bokbonjajoo, Florida Orange Groves and Winery, Reunite y Schnebly que comercializan sus productos como vino a pesar de tener origen en mostos de fruta. De ahí que se le llame bebida tipo vino de melón a la bebida obtenida por el proceso de fermentación expuesto en el presente trabajo y que se haga referencia a los términos de vinificación para describir dicho proceso. Los vinos de uva pueden clasificarse según la técnica de producción que se utiliza en: vinos naturales o calmos, vinos fuertes o fortificados y vinos espumantes. El vino más sencillo de obtener es un vino natural, y dará como resultado un vino más dulce y suave que las otras dos técnicas de vinificación, éste es el tipo de bebida que se obtuvo en la presente investigación. 2 El proceso de fermentación debe incluir etapas que van más allá de la fermentación en sí. El proceso debe incluir una etapa de clarificación, proceso que ayuda a remover partículas sólidas que dan turbidez al vino; etapa de rectificación en la que se ajusta el sabor y otras características cualitativas del vino y una etapa de filtrado, proceso de separación por medio del cual se remueven partículas sólidas de tamaño reducido de una mezcla de sólidos y fluidos. El objetivo del presente trabajo es proponer un uso alterno para el melón tipo «C» y diseñar el proceso de fermentación para obtener una bebida tipo vino a partir del fruto. Este proceso tendrá como sepa de fermentación la Sacharomises cerevisiae y se realizará sobre un sustrato de melón tipo Cantaloupe. 3 II. ANTECEDENTES A. La fruta de melón 1. Origen de la familia Cucurbitácea (Cucurbitaceae L.). La familia de cucurbitáceas está dentro de la clase de las dicotiledóneas en el filo antofita del reino vegetal. La familia Cucurbitácea consiste de casi 100 géneros y más de 750 especies. Aunque la mayoría tiene orígenes en el Viejo Mundo, muchas especies se originaron en el Nuevo Mundo y al menos siete géneros tienen origen en ambos hemisferios. Existe una tremenda diversidad genética dentro de la familia y el rango de adaptación para las plantas cucurbitáceas incluye desde regiones tropicales y subtropicales hasta desiertos áridos y locaciones templadas. La diversidad genética de las cucurbitáceas se extiende a ambas características, vegetativas y reproductivas. La evidencia arqueológica ha indicado que las cucurbitáceas estaban presentes en las culturas antiguas y prehistóricas. La especie Lagenaria fue asociada al hombre desde 12,000 A.C. en Perú y las expediciones arqueológicas en la región de Oaxaca de México han divulgado la presencia de la familia Cucúrbita Pepo en el período de 8,500 A.C. y de ser cultivada a partir del año 4,050 A.C. Así sucesivamente, se ha encontrado evidencia de la presencia de las cucurbitáceas en la cultura china, azteca y africana. Dependiendo de la especie, virtualmente todas las partes de la planta, incluyendo las hojas, retoños, raíces, flores, semillas y frutos maduros o verdes pueden ser utilizados como fuente de alimento. Puede obtenerse almidón de las raíces y las semillas son una fuente rica en aceites y proteínas. Adicionalmente, algunas cucurbitáceas se han utilizado con propósitos ornamentales, como utensilios y como fuentes de combustible y aplicaciones farmacéuticas en ciertas áreas del mundo. Las plantas cucurbitáceas generalmente producen retoños en forma de espiral que se enrollan en objetos adyacentes y los utilizan como soporte, por esto se refiere a ellas como cosechas tipo viñedo. Las cucurbitáceas son, generalmente, plantas trepadoras con hojas simples y veteadas en forma de palma. Las plantas son, usualmente, monoecias con flores masculinas conteniendo el polen y flores femeninas conteniendo la semilla, en la misma planta. La flor masculina tiene, generalmente, cinco pétalos fusionados juntos alrededor de tres o cinco estambres, mientras que la flor femenina consiste de tres lóbulos del estigma con un ovario inferior. La polinización debe efectuarse por un portador exterior, tal como, abejas ya que el polen no es acarreado por el viento. Dentro de la familia de las cucurbitáceas, el término melón se utiliza para referirse a varios miembros con frutos carnosos. Las frutas generalmente comercializadas como melones pertenecen al género Cucumis melo, y fueron cultivados originalmente, hace más de cuatro mil años en Persia y África. (Infoagro, 2006) 4 2. Morfología y taxonomía a. Morfología. El melón es una plana anual herbácea, de porte rastrero o trepador con sistema radicular abundante, muy ramificado y de rápido desarrollo. Los tallos están recubiertos de formaciones pilosas, y presentan nudos en los que se desarrollan hojas y flores. El fruto es de forma variable (esférica, elíptica, ovalada, etc.) dependiendo de la variedad botánica; la corteza puede variar entre los colores verde, amarillo, anaranjado o blanco y puede ser lisa, reticulada o estriada. La pulpa, que también depende de la variedad botánica, puede ser blanca, amarilla, cremosa, anaranjada o verdosa. La placenta contiene las semillas y puede ser seca, gelatinosa o acuosa. (Infoagro, 2006) b. Clasificación taxonómica. Las frutas comerciales conocidas como melones están clasificadas taxonómicamente de la forma siguiente: Tabla 1 Clasificación taxonómica de la fruta comúnmente conocida como melón Reino: Plantae División: Spermatophyta Subdivisión: Angiospermae Clase: Dicotyledoneae Subclase: Metachlamideae Orden: Cucurbitales Familia: Cucurbitaceae Género: Cucumis Especie: Cucumis melo Fuente: Infoagro, 2006 1) Variedades botánicas de melón. Las variedades botánicas de melón más utilizadas comercialmente son: • Melones piel de sapo: se caracterizan por poseer frutos uniformes en cuanto a calidad y producción, alargados, con pesos comprendidos entre 1.5 Kg y 2.5 Kg con pulpa blanca amarillenta, compacta, crujiente, con un contenido de azúcar de alrededor de 12º - 15º Brix y poco olorosa. La corteza es fina, de color verde, con manchas oscuras que dan nombre a este tipo de melones. Su conservación puede ser de hasta tres meses y su resistencia al transporte es muy buena. (Infoagro, 2006) 5 • Melones tipo Rochet: se caracterizan por su buena calidad, y buena producción, frutos alargados con pesos de 1.5 Kg a 2 Kg, piel lisa, ligeramente acostillada y con cierto escriturado, sobre todo en las extremidades, de color verde. La pulpa es blanca-amarillenta, compacta, poco aromática, muy azucarada (14º – 17º Brix) y de consistencia media. Buena resistencia al transporte pero corta conservación de 1 a 2 meses máximo. (Infoagro, 2006) • Melones tipo Tendral: son originarios del sudeste español, de gran resistencia al transporte y excelente conservación. El fruto es bastante pesado (2 Kg - 3 Kg), de corteza rugosa de color verde oscuro y un elevado grosor que le confiere gran resistencia al transporte. Es uniforme, redondeado y muy asurcado pero sin escriturado. La pulpa es muy sabrosa, blanca, firme, dulce y nada olorosa. La planta es de porte medio, vigorosa, con abundantes hojas, aunque no llega a cubrir todos los frutos, por lo que deben cuidarse los daños producidos por el sol. (Infoagro, 2006) • Melones Cantaloupe: presentan frutos esféricos, ligeramente achatados, de pesos comprendidos entre 700 y 1200 gramos, de piel fina y pulpa de color naranja, dulce, con un contenido de azúcar de alrededor de unos 15º Brix y de aroma característico. Existen variedades de piel lisa (europeos, conocidos como «Charentais» o «Cantaloupe») y variedades de piel escriturada (americanos, conocidos como «Supermarket italiano»). Cuando alcanza la plena madurez el color de la piel cambia hacia amarillo. (Infoagro, 2006) • Melones Honeydew: tiene una cáscara verde amarilla granulosa y pulpa naranja. Está adaptado a climas secos y cálidos, con la piel lisa o estriada, presentan una forma oval y suelen pesar entre 2 Kg y 3 Kg. (Infoagro, 2006) • Melones Galia: presentan frutos esféricos, de color verde que vira a amarillo intenso en la madurez. Su pulpa blanca, ligeramente verdosa, poco consistente, con un contenido en sólidos solubles de 14º a 16º Brix, con un peso medio del fruto de 850-1900 gramos. (Infoagro, 2006) B. El melón de exportación La globalización, los tratados de libre comercio y la competitividad, representan desafíos y complejos retos para los productores. Con la aprobación en la Asamblea Nacional del Tratado de Libre Comercio (CAFTA) y su entrada en vigencia, la sociedad comercial entre Centro América y los Estados Unidos ha crecido enormemente, incrementado la exportación de productos no tradicionales, tales como el melón. (Fradejas, 2006) El melón es un producto fresco que está en la lista de productos admisibles al mercado de los Estados Unidos y posee grandes oportunidades comerciales. Se recomienda la siembra de agosto a octubre, para que la cosecha salga entre noviembre y abril, los mejores meses para la exportación a EE.UU. No se recomienda exportar del 1 de mayo al 30 de junio, pues los productores del sur de Texas comercializan su cosecha. Las oportunidades de exportación están claramente definidas de noviembre a mayo de cada año, 6 los precios unitarios declarados por kilo, resultan más atractivos durante los meses de mayo y noviembre respectivamente. Las variedades recomendadas para la exportación son: Cantaloupe, Honeydew, Piel de Sapo, Crenshaw, Amarillo, Casaba, Canario y Persa. 1. Especificaciones para exportación a. Especificaciones técnicas del producto - Nombre del Producto: Melón (Mellon) - Familia: Cucurbitaceas - Nombre Científico: Cucumis melo. (MAGA, 2007) b. Residuos químicos. Para que un producto ingrese al Mercado de Estados Unidos debe asegurarse que el mismo cumpla con la legislación de residuos químicos establecida en la EPA (Agencia para la Protección del Ambiente de los EE.UU). Información detallada puede encontrarse en la página de Internet de la EPA (http://www.epa.gov/pesticides/food/viewtols.htm), a continuación se presenta una tabla con los pesticidas aprobados para el cultivo del melón y sus tolerancias, el máximo aceptable en el producto. (Managua, 2006) Tabla 2 Plaguicidas aprobados para aplicar en el control de plagas Pesticidas aprobados Nivel de tolerancia (ppm) Metil-3-(dimetoxifosfenil) oxibutanoato isómeros alfa y beta 0.5 Carbofuran O, O-dimetil S-(4-oxibenzotriazina-3(4h)) 0.4 Metil fosforoditioato 2 Benomil 1 Diazión 0.75 1,1-Bi(p-clorofenil)-2,2,2-tricloroetanol 5 Carbaril 10 Mancozeb 4 Edosulfán 2 Dimetioato, incluyendo su ánalgo oxigenado 1 Naled 0.5 Clorotaloril 5 Metamidofos 0.5 Tetradifón 1 Folpet 15 Dimetil Tetracloroteraftalato 1 Oxamil 2 Fuente: Instituto Interamericano de Cooperación para la Agricultura Representación del IICA en Nicaragua, 2006 c. Estándares de calidad. Los estándares de calidad determinan la viabilidad de exportación del producto. Los melones deben ser firmes, bien formados y libres de pudrición, daño estilar o decoloración, sin presencia de plagas, enfermedades o materiales extraños. Deben estar bien formados, casi esféricos y de apariencia uniforme. La cicatriz del pedúnculo debe ser lisa, sin adherencias de tallo (tallo-unido) que sugiera cosecha prematura. Con ausencia de cicatrices, quemaduras de sol o defectos de 7 superficie. Firme, sin evidencias de magulladuras o deterioro excesivo. Que se vea pesado para su tamaño y con la cavidad interna firme, sin semillas sueltas o acumulación de líquido. (Managua, 2006) Es importante tener en cuenta que en los Estados Unidos los grados de calidad son U.S. Fino («Fancy»), No. 1, Comercial y No. 2. La distinción entre grados se basa principalmente en la apariencia externa y en el contenido de sólidos solubles. Las Normas Federales especifican un mínimo de 11% de sólidos solubles para el grado U.S. Fino («muy buena calidad interna») y 9% para el U.S. No. 1 («buena calidad interna»). Un refractómetro calibrado que mida grados Brix se acepta como instrumento para la determinación estándar de los sólidos solubles. Los frutos que no cumplen con estas especificaciones son denominados melón tipo «C» o No. 3 y no son aptos para la exportación, por lo tanto deben ser vendidos en el mercado local. La coloración se establece de acuerdo a la variedad del melón que se desee exportar. En General para las variedades de Honeydew, Crenshaw, Persian, Casaba, el color externo de los frutos en estado «3/4 desprendido» varía entre cultivares, pudiendo caracterizarse por la presencia de tintes verdosos. El color de la piel en estos cultivares es típicamente gris a verde opaco cuando el fruto no tiene madurez comercial, verde oscuro uniforme en madurez comercial y amarillo claro en plena madurez de consumo. Otro indicador de la madurez comercial apropiada, es la presencia de una red bien formada y realzada en la superficie de la fruta. (Managua, 2006) d. Estándares de empaque. La clasificación por tamaño se basa en el número de frutas que caben en un envase. La fruta deberá ser uniforme en tamaño. Caja de tamaño de 2/3, caja de plancha de fibra estilo Bliss, 184 mm (7.25 in) de profundidad, conteo de 4, 5, 6, 8, 11-16 Kg (25 – 35 lb), empacado también en jabas de madera clavada con viruta. (Managua, 2006) 2. Condiciones en Guatemala. El melón se maneja con la partida arancelaría No. 0807.19.00 del SAC y según el reporte de la Alianza Social Continental, hay tan sólo 108 productores de melón en Guatemala, de los cuales 78 (el 72.23 %) son pequeñas y pequeños productores. Estos cultivan únicamente el 3.25 % de la superficie dedicada al melón; mientras el 16.67 % de los productores, los comerciales, ocupan el 95.35 % de la misma. (MAGA, 2007) Según el Ministerio de Agricultura, Ganadería y Alimentación de Guatemala (MAGA), para el año 2006 se produjeron alrededor de 344,000 toneladas métricas de melón y se estimaba que para el 2007 se producirían 349,000 aproximadamente. De acuerdo con el IV Censo Nacional Agropecuario: el 96.8 % del área sembrada a nivel nacional se encuentra concentrada en 3 departamentos: Zacapa (86.2 %), Santa Rosa (6.5 %) y Jutiapa (4.1 %). El historial de producción en el territorio nacional se ilustra en la tabla número 3. (MAGA, 2007) 8 Tabla 3 Área, producción y rendimiento del cultivo de melón en Guatemala Año calendario Área cosechada (Hectáreas) Producción (Toneladas Métricas) Rendimiento(Tonela das/Hectárea) 2003 13,044.50 324,563.78 24.88 2004 13,090.00 287,495.12 21.96 2005 14,399.00 307,332.28 21.34 2006 p/ 15,400.00 344,083.87 22.34 2007e/ 15,708.00 349,245.12 22.23 Fuente: Banco de Guatemala, 2007; p/ Cifras preliminares. e/ Cifras estimadas. La producción de melón se traduce a términos económicos tanto en la importación y exportación del mismo. Para el año 2001 Guatemala importó el equivalente a US $ 4,289 mientras que exportó US $ 8,881,283.00, para el año 2006 estas cifras cambiaron significativamente, importando US $ 60,542.00 y exportando US $ 83,666,070.00, hacia junio del 2007, Guatemala había importado tan sólo US $ 4,700.00 y exportado US $ 88,930,215.00 lo que da una perspectiva alentadora a los exportadores de melón. Estos datos se resumen en la tabla siguiente. (MAGA 2007) Tabla 4 Comercio exterior, período 2001/2007 Año Importación Exportación TM US$ TM US$ 2001 6.71 4,289.00 40,029.95 8,881,283.00 2002 497.53 29,391.00 7,591.28 1,225,920.00 2003 754.39 64,578.00 174,714.53 48,983,908.00 2004 175.77 11,090.00 203,028.73 59,332,558.00 2005 27.53 3,303.00 218,431.37 63,781,429.00 2006 707.5 60,542.00 254,454.30 83,666,070.00 2007 * 39.53 4,700.00 238,845.09 88,930,215.00 Totales 2,209.00 177,893.00 1,137,095.25 354,801,383.00 Fuente: BANGUAT, *Datos a junio de 2007 El panorama del melón sin embargo, no es muy alentador en el mercado local, ya que se paga un promedio de entre Q. 181.00 y Q. 400.00 el ciento, lo que da un precio máximo por unidad de Q. 4.00 en temporada alta. (MAGA, 2007) 9 Tabla 5 Precios promedio de melón Cantaloupe mediano (quetzales/ciento) Años Ene. Feb. Mar. Abr. May. Jun. Jul. Ago. Sep. Oct. Nov. Dic. Promedio anual 2002 198.33 285.42 179.17 137.92 309.62 341.67 267.86 263.46 294.23 343.75 160.42 200.00 248.49 2003 181.67 172.92 200.38 161.36 200.17 400.00 297.50 229.17 339.23 389.29 241.67 133.33 245.56 2004 160.00 289.17 172.86 136.36 215.38 270.83 315.38 365.38 302.69 258.33 177.50 165.00 235.74 2005 188.46 239.58 186.36 130.77 207.69 269.23 269.23 323.08 354.55 612.50 318.75 157.14 271.45 2006 400.00 472.73 173.08 133.33 253.85 280.77 366.67 340.00 308.33 308.33 233.33 250.00 293.37 2007* 203.85 266.67 192.31 109.00 157.69 233.33 281.25 219.23 207.92 Promedio 222.05 287.75 184.03 134.79 224.07 299.31 299.65 290.05 319.81 382.44 226.3 181.10 - Fuente: Sistema de Información de Mercados, UPIE/MAGA, *Datos a agosto 2007 Según los datos presentados, para el 2006 se exportó únicamente el 74 % de la producción obtenida y se proyecta que para el 2007 se exporte únicamente entre el 68 % y el 75 % (datos estimados). Esto quiere decir que en el 2006 hubo una producción equivalente a 89,629.57 toneladas métricas de producto no exportado. (MAGA 2007) Tabla 6 Panorama de la exportación del melón Año Porcentaje exportado TM no exportadas 2003 54% 149,849.25 2004 71% 84,466.39 2005 71% 88,900.91 2006 74% 89,629.57 2007 * 68% 110,400.03 Fuente: BANGUAT, *Datos a junio de 2007 C. Caracterización del melón La calidad del melón está relacionada con el alto contenido interno de azúcar y al buen sabor, de hecho la dulzura es una característica de calidad que limita la aceptación del consumidor. En general, todos los melones presentan un patrón similar de acumulación de azúcar con un incremento rápido en dicha acumulación cuando la fruta alcanza la madurez. Esto es esencialmente un fenómeno de acumulación de sacarosa. Es comúnmente supuesto que las cosechas de las cucurbitáceas sintetizan la galactosil – sacarosa (rafinosa y estaquiosa) en sus hojas, en lugar de sacarosa durante la maduración. Estos carbohidratos pueden ser la fuente principal de la síntesis de sacarosa. La fruta de melón puede caracterizarse por sus propiedades físicas o por sus propiedades químicas. Dentro de las propiedades físicas se realiza un análisis de las características morfológicas que incluye tamaño, peso, color y forma; mientras que el análisis de las características químicas incluye la cantidad de sólidos solubles, contenido de azúcar, contenido de agua, acidez total y contenido de ácidos cítrico, málico, succínico y ascórbico. (Albuquerque, 2006) 10 1. Análisis de las características físicas • Tamaño y forma: existen diversos métodos para caracterizar el tamaño y forma de una fruta, entre los cuales se encuentran métodos empíricos como la descripción y métodos más precisos como la medición del diámetro y la altura del mismo para obtener el volumen de la fruta asumiendo una forma esférica perfecta, o una razón altura partido diámetro para describir la forma general del fruto. • Peso: el peso total de la fruta se determina con ayuda de una balanza analítica o común, también puede determinarse el peso parcial de la carne del fruto lo que implicaría retirar la piel y las semillas. 2. Análisis de las características químicas. Uno de los factores primarios de calidad, en los zumos de frutas, es el contenido en sólidos disueltos, que varía según la variedad, el grado de madurez y las técnicas de cultivo. En el zumo, los componentes más abundantes son los azúcares y el ácido cítrico, que suman casi el total de los sólidos solubles. En la maduración, el contenido en azúcares aumenta y el de ácidos disminuye. Los ácidos orgánicos son componentes importantes de los sólidos solubles de los zumos. El ácido cítrico es el característico y predominante; en segundo lugar se encuentra el ácido málico y luego otros en pequeña proporción. (Albuquerque, 2006) • Determinación de la acidez total: La determinación de la acidez de zumos comerciales y naturales se lleva a cabo mediante una valoración ácido-base; los resultados que se obtienen corresponden a la suma de los ácidos minerales y orgánicos, aunque de manera general en el caso de frutas y hortalizas, se tratan de los ácidos cítrico, málico, oxálico y tartárico con apariciones ocasionales de ácidos succínico y málico. La acidez se valora con NaOH y se expresa en gramos de ácido cítrico anhidro/100 ml de zumo. (Primo, 2001) • Sólidos solubles: Comúnmente los sólidos solubles se determinan con el método del refractómetro en el cual la concentración en sólidos solubles de los zumos se expresa en grados Brix. Originariamente, los grados Brix son una medida de densidad. Un grado Brix es la densidad que tiene, a 20 °C, una solución de sacarosa al 1 %, y a esta concentración corresponde también un determinado índice de refracción. Así pues, se dice que un zumo tiene una concentración de sólidos solubles disueltos de un grado Brix, cuando su índice de refracción es igual al de una solución de sacarosa al 1 % (p/v). Como los sólidos no son solamente sacarosa, sino que hay otros azúcares, ácidos y sales, un grado Brix no equivale a una concentración de sólidos disueltos de 1 g/10 ml. Los grados Brix son, por tanto, un índice comercial, aproximado, de esta concentración que se acepta convencionalmente como si todos los sólidos disueltos fueran sacarosa. (Primo, 2001) • Contenido de azúcar: La sacarosa (azúcar de mesa) es un disacárido de glucosa y fructosa, no contiene ningún átomo de carbono anomérico libre, puesto que los carbonos anoméricos de sus dos unidades monosacáridos constituyentes se hallan unidos entre sí covalentemente mediante un enlace O- 11 glucosídico. Por esta razón, la sacarosa no es un azúcar reductor y tampoco posee un extremo reductor, por lo que no es posible cuantificarla con métodos oxi-reductores. Sin embargo, puede cuantificarse por medio de la espectrofotometría. (Jiménez, 2007) El término espectrofotometría se refiere al uso de la luz para medir las concentraciones de sustancias químicas. El método requiere el uso de un espectrofotómetro, el cual permite seleccionar un haz de luz con una única longitud de onda. Este haz de luz monocromática incide sobre una celda de ancho b que contiene la solución con el analito. Si la solución absorbe la luz, la potencia radiante incidente (Po) del haz de luz disminuye al emerger de la celda. Los valores de la potencia radiante emergente (P) tienen que cumplir necesariamente la siguiente relación: P ≤ Po. La potencia radiante se define como energía por unidad de tiempo y por unidad de área o sección. La transmitancia se define de la siguiente forma: oP PT = Ecuación 1 En tanto, la absorbancia se define como: P PTA ologlog =−= Ecuación 2 Cuando no se absorbe luz, P = Po y por lo tanto A = 0. Cuando se absorbe 90 % del haz de luz, 10 % de éste se transmite, por lo que P = Po / 10 y A = 1. La ley de Beer se define como: cbA •= ε Ecuación 3 Donde: A es la absorbancia (magnitud adimensional) ε es un coeficiente de proporcionalidad denominado absortividad molar. Indica la absorbancia de una determinada sustancia a una longitud de onda dada y se expresa en M-1. cm-1. b es el ancho o espesor de la celda donde se deposita la muestra y se expresa en cm. c es la concentración expresada en moles / Litro (M) La ley de Beer establece que la absorbancia es proporcional a la concentración de las especies absorbentes. Un método espectrofotométrico eficaz para la determinación de azúcar es el método de Fenol – H2SO4. Este es probablemente el procedimiento más común para la estimación del contenido total de azúcares reductores y glucósidos. (González, 2006) • Contenido de agua: La mayoría de las frutas tiene un alto contenido de agua, las variedades de melón llegan a tener entre 90 % y 95 % de su peso en agua. El contenido de agua en la fruta se determina utilizando una balanza de humedad teniendo en cuenta el tamaño, volumen y peso inicial de la muestra. 12 3. Análisis cualitativo del fruto y mosto del melón. La caracterización primaria del fruto consistirá en una evaluación cualitativa de las propiedades del fruto entero: color, sabor y apariencia general, y una evaluación cuantitativa del tamaño, volumen, contenido de agua del fruto, contenido de azúcar y peso. Las propiedades cualitativas se evaluarán por observación y se calificarán según las siguientes escalas. Tabla 7 Escala de color para la caracterización del melón Escala numérica 5 4 3 2 1 Descripción de color Anaranjado rojizo Anaranjado intenso Anaranjado – amarillo Anaranjado pálido Anaranjado muy pálido Tabla 8 Escala para la caracterización del sabor del melón Escala numérica 3 2 1 Descripción de sabor Muy dulce Dulce Poco dulce La escala para la caracterización de la apariencia general del melón sigue los siguientes parámetros. Madurez: 5 representa un melón muy maduro y la escala baja hasta 1, un melón levemente verde Nitidez de la piel: 5 denota una piel limpia y nítida, 1 representa una piel con muchas imperfecciones. Presencia de tallo: 5 denota ausencia total del tallo mientras que 1 presencia del tallo completo. Venas en la piel: 5 representa venas gruesas y rugosas formando una red, 1 ausencia de éstas. Color de de la piel: 5 representa una piel amarilla grisácea mientras que 1 una piel verde. D. El vino 1. ¿Qué es el vino? El código internacional de prácticas enológicas de la Organización Internacional del Vino (OIV) define el vino como «el resultado de la fermentación biológica y natural de la uva entera o de su mosto…» (OIV, 2006) Sin embargo, en la actualidad se maneja el concepto de vino de frutas, y es obtenido por la fermentación de los azúcares contenidos en el mosto o jugo de la fruta. Esta fermentación da como principal producto alcohol cuya concentración dependerá del contenido de azúcar en el mosto dentro de otros factores. Así mismo puede observarse que en la actualidad el término vino es usado también para referirse a los jugos fermentados de frutas, el Congreso de la República de Guatemala reconoce los jugos fermentados de frutas como vinos de frutas según el Artículo número 50 del Acuerdo Gubernativo 17-01-1949. Comercialmente se conocen marcas como Paradise Wines, Bokbonjajoo, Florida Orange Groves and Winery, Reunite o Schnebly que comercializan sus productos como vino a pesar de tener origen en mostos de fruta y publicaciones como la revista Industria y Alimentos, publicada por Osmosis, se refieren a mostos fermentados de frutas como «Vinos de Frutas». El presente trabajo se basa en el proceso de fermentación utilizado para la obtención de vino de uva, el cual es similar al publicado en la edición No. 30 de la 13 publicación arriba mencionada, por lo que se describen términos y clasificaciones utilizadas para vinos de uva y estos se utilizan como marco teórico para la obtención de una bebida tipo vino de melón. 2. Tipos de vino. El vino puede clasificarse según la técnica de producción que se utiliza, es decir, la técnica de vinificación o según el color del vino. La primera clasificación se subdivide en vinos naturales o calmos, vinos fuertes o fortificados y vinos espumantes. La segunda clasificación incluye los vinos tintos, rosados y blancos, y aplica únicamente a los vinos elaborados de mosto de uva. a. Vinos calmos o naturales. Son los vinos elaborados a partir del mosto y fermentados en forma natural. También se les llaman vinos calmos a aquellos fermentados con algún aditivo en cantidades controladas como puede ser la levadura, el azúcar o sulfuros en cantidades mínimas. El vino obtenido tiene un contenido de alcohol de entre 10o y 15o (grados por volumen) debido a que se fermenta en forma natural, o con algún aditivo en cantidades. b. Vinos fortificados o fuertes. Son vinos a los que se les ha agregado una dosis de alcohol durante alguna etapa de su vinificación. El contenido alcohólico de estas variedades va desde los 16º a los 23º (grados por volumen). c. Vinos espumantes. Son los vinos del tipo del Champagne, los cuales llevan dos fermentaciones en el proceso de vinificación. La primera que es la habitual del vino natural, y una segunda que tiene lugar en la botella. «Algunos vinos naturales tienen cierta efervescencia llamada pétillement, pero esta es muy suave y no es causada como resultado de interferencias en el proceso de fermentación». El vino espumante puede ser elaborado por distintos métodos, siendo el más barato el de carbonatación forzada usando dióxido de carbono. Sin embargo, los vinos de alta calidad no cuentan con aditivos y su segunda fermentación es alcanzada por añejamiento. En todos los casos los vinos espumantes presentan cierta sedimentación. (OIV, 2006) E. Regulaciones para la producción de vino en Guatemala 1. Reglamento de la ley y alcoholes y bebidas alcohólicas y fermentadas. Según el acuerdo gubernativo 17-01-1949 y el decreto del Congreso de la República número 536, se regulan las actividades de producción, importación, exportación y distribución de alcoholes y bebidas alcohólicas en el país. Los artículos concernientes a la producción de bebidas fermentadas son los que se describen a continuación. Artículo 2. Decreto 536: «… Se llama bebidas alcohólicas a aquellas que contienen alcohol en una proporción hasta de cincuenta grados y para los efectos de la presente ley se dividen en: 14 Bebidas alcohólicas destiladas (aguardiente, coñac, whisky, ron, ginebra, etc.) son los productos obtenidos por destilación de mostos de cereales, melazas, azúcares, frutas u otras substancias fermentescibles. Bebidas alcohólicas fermentadas (cerveza, vinos) se llama a las que se obtienen por fermentación de los jugos azucarados de frutas o que se elaboran por cualquier proceso de conversión del almidón de los cereales en azúcar.» Artículo 47. Acuerdo Gubernativo 17-01-1949: «Son bebidas alcohólicas y fermentadas, las obtenidas por fermentación alcohólica espontánea o provocada de los jugos de frutas, mieles de abejas o de los mostos obtenidos de la conversión del almidón de los cereales en la azúcar. Se dividen en: vinos, cidra, hidromel y cerveza.» Artículo 48. Acuerdo Gubernativo 17-01-1949: «Para los efectos del presente reglamento los vinos se dividen en: vinos naturales y vinos de frutas.» Artículo 49. Acuerdo Gubernativo 17-01-1949: «Vino natural es la bebida que proviene exclusivamente de la fermentación alcohólica espontánea del jugo de las uvas sanas, frescas y maduras.» Artículo 50. Acuerdo Gubernativo 17-01-1949: «Vinos de frutas son los obtenidos por fermentación alcohólica de los jugos de otras frutas, frescas o secas, por consiguiente, el zumo de uvas pasas queda comprendido en esta denominación.» Artículo 54. Acuerdo Gubernativo 17-01-1949: «La riqueza alcohólica de los vinos, deberá corresponder a su categoría, es decir, los blancos y tintos de mesa tendrán una riqueza alcohólica baja, pudiendo llegar en los generosos hasta 15o Gay-Lussac como máximo…» Artículo 56. Acuerdo Gubernativo 17-01-1949: «Se permite agregar glucosa o sacarosa a los jugos de frutas cuando su riqueza en azúcar no sea suficiente para dar por fermentación el grado de riqueza alcohólica requerida.» Artículo 57. Acuerdo Gubernativo 17-01-1949: «Los vinos y los mostos de frutas con una proporción de ácidos volátiles expresados en ácido acético de 2.5 gramos por litro y mayor, deben rechazarse en absoluto.» Artículo 58. Acuerdo Gubernativo 17-01-1949: « Los vinos y los mostos de frutas en los cuales el ensayo organoléptico (olor y sabor) demuestra de un modo indudable la presencia del olor fuerte acético, deben ser considerados como descompuestos.» Artículo 59. Acuerdo Gubernativo 17-01-1949: «La confección de bebidas destiladas y fermentadas queda sujeta a las leyes y reglamentos de Sanidad y a la vigilancia y análisis constantes por parte del mismo ramo, a fin de comprobar que los fermentos y fórmulas, productos ya elaborados o ingredientes que se emplean en la confección no contiene substancias nocivas a la salud.» Artículo 66. Acuerdo Gubernativo 17-01-1949: «El añejamiento consiste en el envejecimiento natural que sufren los alcoholes y bebidas alcohólicas cuando han permanecido por más de un año en barriles de madera apropiados.» Artículo 69. Acuerdo Gubernativo 17-01-1949: «Quedan prohibidos los sistemas de añejamiento artificiales con procedimientos químicos.» Artículo 71. Acuerdo Gubernativo 17-01-1949: «El tiempo mínimo de añejamiento será de un año.» Artículo 103. Decreto 536. «La riqueza alcohólica de los vinos será como máximo, de 15o Gay-Lussac.» Artículo 19. Decreto 536. «Las bebidas alcohólicas destinadas al envejecimiento, se guardarán en pipas o barriles debidamente sellados por el guardalmacén, el vigilante y el destilador o su representante legal, haciéndose constar la fecha de la iniciación del 15 envejecimiento y la cantidad de litros que contenga cada recipiente, especificándose el grado que tenía cuando se envasó. Las mermas que se registren en las bebidas alcohólicas en su proceso de envejecimiento, no causarán impuesto alguno, …» Artículo 129. Acuerdo Gubernativo 17-01-1949: «Los envases oficiales para alcoholes y bebidas alcohólicas, será de vidrio incoloro o de color apropiado, con las formas que más se adapten a la clase del producto que se envase, debiendo tener las siguientes características: a) Llevar un acabado doble en el cuello… b) Llevar en uno de sus lados o en la base, la siguiente leyenda grabada o realzada: “Envase Oficial – Guatemala, C.A.” Abajo de dicha leyenda y en la misma forma la capacidad respectiva… c) Llevar, una vez estén llenos, una etiqueta que contenga los siguientes datos: 1. Clase del producto y marca comercial, con la palabra “Añejo”, si las bebidas alcohólicas han sido añejadas. 2. Riqueza alcohólica del contenido. 3. Nombre de la empresa o fabricante. 4. Lugar de fabricación. 5. La frase que diga “Hecho en Guatemala”. Las etiquetas deben ajustarse, además, a los requisitos que exigen los artículos 40 y 41 de este Reglamento.» Artículo 40. Acuerdo Gubernativo 17-01-1949: «Las bebidas alcohólicas llevarán en su etiqueta de envase, el nombre que indique la clase de bebidas a que pertenece, es decir, aguardiente natural, preparado o licor. Si es una bebida particular que no se adapte a las definiciones anteriores, llevará el nombre correspondiente. Es prohibido anunciar o vender una bebida alcohólica con un nombre que no corresponda a su naturaleza, de conformidad con la ley.» Artículo 41. Acuerdo Gubernativo 17-01-1949: «Las bebidas alcohólicas en general cuya preparación y composición no se ajusten a las definiciones de la ley, deberán llevar en sus anuncios y etiquetas de envase la palabra: “Tipo”, antepuesta al nombre de la bebida que imite, o bien, la denominación “De Fantasía”, pospuesta al mismo nombre…» Artículo 4. Decreto 536. «Es libre la fabricación del alcohol, bebidas alcohólicas y fermentadas. Toda persona jurídica o natural puede dedicarse a la fabricación de dichos productos de acuerdo con las prescripciones que esta ley establece.» Artículo 5. Decreto 536. «La fabricación de alcoholes y bebidas alcohólicas podrán instalarse en centralizaciones de cabeceras departamentales y en los municipios donde existen en la actualidad. El administrador de Rentas o agente de la Tesorería Nacional, es el encargado de extender las licencias respectivas a quienes las soliciten…» Artículo 100. Decreto 536. «Las fábricas de vinos podrán establecerse en edificios y depósitos particulares, inscribiéndose previamente en el registro que para el efecto lleve la Dirección General de Rentas llenando los requisitos siguientes: a) Prestar fianza por un valor mínimo de Q. 1,000.00 según la importancia de la fábrica, fianza que será fijada por la Administración de Rentas o Agencia de la Tesorería Nacional del lugar; y b) Acompañar licencia de la dependencia respectiva del Ministerio de Salud Pública y Asistencia Social, en donde conste que el local es adecuado para el uso a que se destina y reúne los requisitos higiénicos necesarios.» Artículo 9. Decreto 536. «Se consideran de uso del Estado, para los efectos de vigilancia, inspección y control fiscal, los edificios y terrenos de propiedad particular en donde estuvieren establecidas las fábricas de depósitos de alcohol, bebidas alcohólicas y fermentadas.» 16 Artículo 12. Decreto 536. «Para ser destilador o fabricante de alcoholes, bebidas alcohólicas y fermentadas y poder obtener la patente respectiva, se debe comprobar el extremo siguiente: No haber sido condenado por ningún delito contra la Haciendo Pública. La solicitud deberá presentarse escrita en papel del sello de diez centavos de quetzal ante la oficina respectiva, indicando: a) Clase de aparatos que se van a instalar; b) Capacidad productora de los mismos; y c) Garantía que se ofrezca a favor del Fisco.» Artículo 13. Decreto 536. «Para efectuar reformas o mejoras en los respectivos locales, los fabricantes de alcoholes y bebidas alcohólicas deberán hacerlas por su cuenta y obtener permiso escrito de la Dirección General de Rentas en la capital, de la Administración de Rentas o Agencia de la Tesorería Nacional, en los departamentos.» Artículo 17. Decreto 536. «Las licencias se concederán por el término de seis meses,…» Artículo 18. Decreto 536. «Queda prohibida la venta de bebidas alcohólicas que no tengan por lo menos un año de añejamiento natural.» 2. Código de salud. El Congreso de la República a través del Decreto número 90 – 97 establece el reglamento que debe cumplirse en cuanto normas de salud. Los artículos que aplican para la fabricación de bebidas alcohólicas se citan a continuación. Artículo 2. Decreto 90 – 97: «DEFINICIÓN. La salud es un producto social resultante de la interacción entre el nivel de desarrollo del país, las condiciones de vida de las poblaciones y la participación social, a nivel individual y colectivo, a fin de procurar a los habitantes del país el más completo bienestar físico, mental y social. » Artículo 3. Decreto 90 – 97: «RESPONSABILIDAD DE LOS CIUDADANOS. Todos los habitantes de la República están obligados a velar, mejorar y conservar su salud personal, familiar y comunitaria, así como las condiciones de salubridad del medio en que viven y desarrolla sus actividades. » Artículo 44. Decreto 90 – 97: «SALUD OCUPACIONAL. El Estado, a través del Instituto Guatemalteco de Seguridad Social, el Ministerio de Trabajo y Previsión Social y demás Instituciones del Sector, dentro del ámbito de su competencia, con la colaboración de las empresas públicas y privadas, desarrollarán acciones tendientes a conseguir ambientes saludables y seguros en el trabajo para la previsión de enfermedades ocupacionales, atención de las necesidades, atención de las necesidades específicas de los trabajadores y accidentes en el trabajo.» Artículo 47. Decreto 90 – 97: «SUSTANCIAS DAÑINAS PARA LA SALUD. Se promoverán programas para informar sobre los riesgos del consumo de sustancias dañinas para la salud, especialmente aquellas que producen adicción.» Artículo 49. Decreto 90 – 97: «LA PUBLICIDAD Y CONSUMO PERJUDICIAL. a) Toda publicidad relacionada con tabaco, bebidas alcohólicas, vinos, cervezas y bebidas fermentadas, que se realicen por medio escrito gráfico, radial, televisión, electrónico y unidades móviles, deberá contar con la autorización del Ministerio de Salud Pública y Asistencia Social, antes de ser difundida en dichos medios de comunicación… c) En el caso de los medios televisivo, eléctrico o electrónico, es obligación de los fabricantes, importadores y anunciantes de bebidas alcohólicas, vinos, cervezas y bebidas fermentadas, indicar en los espacios de su publicidad que “El exceso en el consumo de este producto es dañino para la salud del consumidor”; … Todo envase o etiqueta de producto nacional o importando que contenga bebidas alcohólicas, vinos, cervezas y bebidas fermentadas deberá contener la leyenda “El exceso en el consumo de este producto es dañino para la salud del consumidor”… » 17 Artículo 50. Decreto 90 – 97: «PROHIBICIÓN DE VENTA Y CONSUMO A LOS MENORES DE 18 AÑOS DE EDAD. Se prohíbe la venta de bebidas alcohólicas y tabaco en cualquiera de sus formas, a los menores de 18 años de edad, así como su consumo en cualquier establecimiento y vía pública.» Artículo 74. Decreto 90 – 97: «EVALUACIÓN DE IMPACTO AMBIENTAL Y SALUD. El Ministerio de Salud, la Comisión Nacional del Medio Ambiente y las Municipalidades, establecerán los criterios para la realización de estudios de evaluación de impacto ambiental, orientados a determinar las medidas de prevención y de mitigación necesarias, para reducir riesgos potenciales a la salud derivados de desequilibrios en la calidad ambiental, producto de la realización de obras o procesos de desarrollo industrial, urbanístico, agrícola, pecuario, turístico, forestal y pesquero.» Artículo 92. Decreto 90 – 97: «DOTACIÓN DE SERVICIOS. Las municipalidades, industrias, comercios, entidades agropecuarias, turísticas y otro tipo de establecimientos públicos y privados, deberán dotar o promover la instalación de sistemas adecuados para la eliminación sanitaria de excretas, el tratamiento de aguas residuales y aguas servidas, así como del mantenimiento de dichos sistemas conforme a la presente ley y los reglamentos respectivos.» Artículo 97. Decreto 90 – 97: «DESCARGA DE AGUAS RESIDUALES. Está prohibido la descarga de contaminantes de origen industrial, agroindustrial y el sudo de aguas residuales que no hayan sido tratadas sin previo dictamen favorable del Ministerio de Salud…» Artículo 124. Decreto 90 – 97: «DEFINICIÓN. Alimento es todo producto natural, artificial, simple o compuesto, procesado o no, que se ingiere con el fin de nutrirse o mejorar la nutrición, y los que se ingieran por hábito o placer, aun cuando no sea con fines nutritivos.» Artículo 126. Decreto 90 – 97: «BEBIDAS ALCOHÓLICAS. Todas las bebidas que contengan más de 0.5% de alcohol por volumen, se considerarán como bebidas alcohólicas y quedarán sujetas a evaluación de conformidad y al control sanitario, de acuerdo a lo establecido en el presente capítulo y el reglamento respectivo...» Artículo 131. Decreto 90 – 97: «DEL REGISTRO SANITARIO DE REFERENCIA. Previo a comercializar un producto alimenticio con nombre comercial, se debe contar con la autorización del Ministerio de Salud y obtener su registro sanitario de referencia o certificación sanitaria, en dicho Ministerio. El registro de referencia permitirá garantizar la inocuidad y calidad del alimento y constituirá el patrón de base que servirá para controlar periódicamente el producto en el mercado…» Artículo 137. Decreto 90 – 97: «MATERIALES DE ENVASE Y EMPAQUE. Sólo se permitirá el uso de materiales para la elaboración de envases y empaques, que sean compatibles con los alimentos y que no provoquen alteraciones por interacción de los mismos.» Artículo 138. Decreto 90 – 97: «APLICACIÓN DEL CODEX ALIMENTARIUS. En ausencia de normas nacionales para casos específicos o que estas sean insuficientes o desactualizadas, se aplicarán supletoriamente las del Codex Alimentarius y otras normas reconocidas internacionalmente y, en su caso, las disposiciones emitidas por las autoridades superiores en materia sanitaria de alimentos. » 18 F. Proceso de vinificación 1. Diagrama de bloques de la elaboración del vino. El proceso de elaboración del vino consta de doce etapas, algunas de las cuales pueden omitirse dependiendo del tipo de vino que se elabora, tales como, añejamiento y adición de CO2. Figura 1 Diagrama de bloques de la elaboración del vino 2. Lavado y selección. Las frutas deben lavarse y seleccionarse de modo que solamente se utilicen frutas maduras, no sobremaduras, limpias y sanas. El lavado puede efectuarse a mano o automáticamente con maquinaria especial, la selección del método dependerá del tipo de fruta y el presupuesto del fabricante. Para la vinificación del melón pueden utilizarse ambos métodos, siendo el más económico el manual. INICIO Recepción de la fruta Lavado y selección de la fruta Pelado y despulpado Preparación del mosto Control de pH Control de acidez Control de azúcar Control de sólidos solubles Adición de sulfito Separación del líquido Proceso de fermentación Preparación del inóculo Esterilización del medio Período de fermentación Control de azúcar y etanol Añejamiento Refinamiento Filtración Embotellado FIN Control de pH Control de acidez 19 a. Método de selección y lavado. El método de selección y lavado puede ser hecho de forma manual o automática, dependiendo de los requerimientos del proceso y la disponibilidad económica de la planta. Los métodos manuales consisten básicamente en operadores que desechan la fruta podrida y lavan el exterior con mangueras regulares. Mientras que los métodos automáticos son más eficientes pero también más costosos, estos pueden consistir en bandas transportadoras, rociadores y cubas de recepción. Aún con un método automático siempre existirá el factor humano, ya que los criterios de selección automático podrían ser únicamente peso y/o tamaño, y dado que en el presente caso se trata con melón tipo «C», el cual no es uniforme en tamaño y peso, estos criterios son poco eficientes. (Perú, 1993) 3. Despulpado o prensado: obtención del mosto. El despulpado o prensado consiste en separar la fruta de su cáscara o semilla según sea el caso de la fruta y convertirla en partículas de menor tamaño y obtener la pulpa y/o jugo. Esto puede llevarse a cabo con diferentes equipos, dependiendo del objetivo y el tipo de fruta que se esté utilizando. El producto de la operación de despulpado o prensado es el mosto y puede contener jugo, cáscara, semillas etc. Dependiendo de la fruta que se utilice, las cáscaras o las semillas pueden impartir sabores indeseables al vino final. Ésta es una variable que se debe evaluar en la selección del proceso final. a. Equipo de despulpado y prensado. El proceso de despulpado y prensado consiste en separar la carne del fruto de las semillas y obtener el jugo de la fruta. Esto se lleva a cabo con equipo especial llamado despulpadora y prensadora respectivamente. Una despulpadora consta de dos cilindros ó filtros intercambiables con diámetros de perforaciones de 1.5 y 4 mm con el propósito de regular el grado de despulpado que se requiere para cada fruta. A su vez, posee dos efluentes: la pulpa enviada a la prensadora o refinadora y el residuo o desechos. La prensadora o refinadora elimina los residuos sólidos de concha, semilla, etc., no retenidos en la despulpadora. Tiene cilindros perforados cambiables de menor diámetro (0.5 mm) que la despulpadora y dos efluentes similares a los de ésta. (Perú, 1993) 4. Preparación del mosto a. Adición de sulfito de sodio. El sulfito de sodio es un compuesto químico incoloro de fórmula Na2SO3 utilizado en la industria alimentaria como conservante y antioxidante. Previene la acidificación del vino, especialmente, en el caso de vinos jóvenes y dulces. La reacción que previene el sulfito de sodio, es la transformación del azúcar presente en el vino a ácidos por la acción de bacterias ácido acéticas o ácido lácticas. El sulfito mejora el color del vino tinto previniendo una decoloración del mismo con el paso del tiempo y dando paso a la aparición de colores morado y azul. En adición a estas dos propiedades, el sulfito mejora el sabor del vino ya que remueve el acetaldehído, un subproducto de la fermentación con levaduras. 20 Según un estudio de la Universidad de Wageningen en Holanda, los niveles permitidos de sulfito en el vino deben ser de 200 ppm a 400 ppm expresado como dióxido de azufre libre. (Perú, 1993) b. Ajustes de azúcar en el mosto. La concentración de alcohol y la dulzura del producto final están determinadas por la concentración inicial de azúcar en el mosto. Antes del proceso de fermentación, se determina la concentración de azúcar en el mosto en grados Brix, si ésta es muy baja se puede enriquecer con la adición de jugo concentrado de la misma fruta o con azúcar blanca, un mosto debe tener alrededor de 204 g/L de azúcar, es decir un lectura de 21o Brix. La tabla siguiente muestra la relación entre el contenido de azúcar inicial y el grado alcohólico alcanzado. En caso que se añada azúcar, es importante hacerlo en tres pasos, puede hacerse al inicio de la fermentación, luego a los cinco días y luego a los ocho días. Se debe observar que la formación de gas baje para añadir más azúcar. Esto es indicativo que la fermentación ha disminuido por la falta de azúcar. (González, 2006) Tabla 9 Grado alcohólico en relación al contenido inicial de azúcar Lectura del refractómetro Azúcares g/L Grado alcohólico Lectura del refractómetro Azúcares g/L Grado alcohólico 15.0 138 8.1 21.0 204 12.0 15.2 140 8.2 21.2 206 12.1 15.4 142 8.4 21.4 209 12.3 15.6 144 8.5 21.6 211 12.4 15.8 147 8.6 21.8 213 12.5 16.0 149 8.8 22.0 215 12.7 16.2 151 8.9 22.2 217 12.8 16.4 153 9.0 22.4 220 12.9 16.6 155 9.1 22.6 222 13.1 16.8 158 9.3 22.8 224 13.2 17.0 160 9.4 23.0 227 13.3 17.2 162 9.5 23.2 229 13.5 17.4 164 9.6 23.4 231 13.6 17.6 166 9.8 23.6 234 13.7 17.8 168 9.9 23.8 236 13.8 18.0 171 10.0 24.0 238 14.0 18.2 173 10.2 24.2 240 14.1 18.4 175 10.3 24.4 243 14.3 18.6 177 10.4 24.6 245 14.4 18.8 179 10.5 24.8 247 14.5 19.0 182 10.7 25.0 250 14.7 19.2 184 10.8 25.2 252 14.8 19.4 186 10.9 25.4 254 14.9 19.6 188 11.1 25.6 256 15.1 19.8 191 11.2 25.8 259 15.2 20.0 193 11.3 26.0 261 15.4 21 Continuación de tabla 9 Grado alcohólico en relación al contenido inicial de azúcar Lectura del refractómetro Azúcares g/L Grado alcohólico Lectura del refractómetro Azúcares g/L Grado alcohólico 20.2 195 11.5 26.2 263 15.5 20.4 197 11.6 26.4 266 15.6 20.6 200 11.7 26.6 268 15.7 20.8 202 11.9 26.8 270 15.9 Fuente: González, 2006 c. Sedimentación. La sedimentación es un proceso físico en el cual las partículas suspendidas en un líquido precipitan hacia el fondo del contenedor. Muchos métodos de separación mecánica se basan en la sedimentación de las partículas sólidas o gotas de líquido a través de un fluido, impulsadas por la fuerza de gravedad o por la fuerza centrífuga. El fluido puede ser un gas o un líquido; puede estar en movimiento o en reposo. Las partículas más pesadas que el fluido en el que están suspendidas pueden separarse de un gas o un líquido en un tanque de sedimentación grande, donde la velocidad de fluido es baja y las partículas tienen tiempo suficiente para sedimentar. Casi todos los separadores industriales están provistos de un sistema para la separación continua de los sólidos sedimentados. La separación puede ser parcial o total, un sedimentador que separa casi todas las partículas de un líquido se llama clarificador, mientras que uno que separa los sólidos en dos fracciones se conoce como clasificador. (McCabe, 2002) 1) Sedimentación por gravedad. Si los sólidos en suspensión son principalmente partículas individuales de sólo unos pocos micrómetros de diámetro, la velocidad de sedimentación por gravedad será muy lenta. Por lo general, en muchas suspensiones finas, las partículas forman aglomerados o agregados de partículas que sedimentan a velocidades razonables. La aglomeración es a veces promovida, en un proceso conocido como floculación, por la adición de agentes floculantes, incluyendo electrólitos fuertes, que reducen las fuerzas repulsivas entre las partículas cargadas, o floculantes poliméricos de carácter catiónico, aniónico o no iónico. La floculación se realiza también por adición de materiales baratos tales como cal, alúmina o silicato de sodio, que forman aglomerados libres que se precipitan junto con los finos. (McCabe, 2002) 2) Sedimentación centrífuga. Una partícula determinada sedimenta por acción de la gravedad en un fluido dado con una velocidad máxima constante. Para aumentar la velocidad de sedimentación, la fuerza de gravedad que actúa sobre la partícula puede sustituirse por una fuerza centrífuga mucho más intensa. Los separadores centrífugos han sustituido en buena parte a los separadores por gravedad en las operaciones de producción debido a su mayor efectividad con gotas finas y partículas, así como por su tamaño mucho menor para una determinada capacidad. En una sedimentación centrífuga, una partícula de un tamaño determinado se separa del líquido si dispone de tiempo suficiente para que la partícula alcance la pared del recipiente separador. Si se supone que en todo momento la partícula se está 22 moviendo radialmente con su velocidad terminal es posible calcular el diámetro de la partícula más pequeña que se puede separar. Los ciclones se utilizan para la separación de sólidos a partir de líquido, en algunas ocasiones como espesadores, pero más común como clasificadores. En estos servicios reciben el nombre de hidrociclones o hidroclones. La alimentación entra tangencialmente a alta velocidad cerca de la parte superior. El líquido sigue un camino en espiral cerca de la pared del tanque, formando un fuerte vórtice descendente. Las partículas de sólido grandes o pesadas se separan en la pared y son impulsadas hacia abajo y salen del ciclón como una suspensión o una pasta. Los líquidos inmiscibles se separan industrialmente en decantadores centrífugos. La fuerza de separación es mucho mayor que la de la gravedad ya que actúa en el sentido de alejarse del eje de rotación en vez de estar dirigida hacia la superficie terrestre. Los principales tipos de decantadores centrífugos son las centrífugas tubulares y las centrífugas de discos. La centrífuga tubular es un recipiente alto y estrecho, con un diámetro de 100 a 150 mm y gira con unas 15,000 rpm en una carcasa estacionaria. La centrífuga de discos es altamente efectiva para separaciones líquido – líquido. Un recipiente corto y ancho de 200 a 500 mm de diámetro gira sobre un eje vertical. El recipiente tiene un fondo plano y una tapa cónica. (McCabe, 2002) d. Separación de líquido. Si la sedimentación utilizada es sedimentación por gravedad, la separación del líquido de las partículas sedimentadas puede hacerse por diferentes métodos físicos: decantación o filtrado. 1) Decantación. La decantación es un método de separación física que puede realizarse por gravedad o acción centrífuga. La mezcla de alimentación entra por un extremo del separador; los dos líquidos fluyen lentamente a través del tanque, separándose en dos capas, y descargan por las líneas de desborde al otro extremo del separador. Con tal que las líneas de desborde sean lo suficientemente grandes para que la resistencia por fricción al flujo de los líquidos sea insignificante, y la descarga se efectúe a la misma presión que existe en el espacio gaseoso situado sobre el líquido del tanque, el funcionamiento del decantador se analiza mediante los principios de la estática de fluidos. Cuando la diferencia entre las densidades de los dos líquidos es pequeña, la fuerza de la gravedad es demasiado débil para separar los líquidos en un tiempo razonable. La separación puede entonces realizarse en una centrífuga líquido - líquido. El líquido pesado forma una capa sobre el fondo del recipiente, debajo de la capa del líquido ligero. Si ahora se hace girar el recipiente, el líquido pesado forma una capa. En el interior de la capa del líquido pesado se forma una capa de líquido ligero. Las dos capas están separadas por una interfase cilíndrica de radio rj. Esta interfase se conoce como zona neutra. 2) Filtrado. La filtración es la separación de partículas sólidas a partir de un fluido mediante el paso del fluido a través de un medio filtrante o pared separadora sobre el que se depositan los sólidos. Las filtraciones industriales van desde un sencillo colado hasta separaciones altamente complejas. 23 El fluido puede ser un líquido o un gas, y la corriente valiosa procedente de un filtro puede ser el fluido, los sólidos o ambos productos. En algunos casos ambas corrientes carecen de valor, como en el caso de efluentes residuales. El fluido circula a través del medio filtrante en virtud de una diferencia de presión a través del medio. Por lo tanto, los filtros se clasifican en función de este aspecto en filtros que operan con presión superior a la atmosférica en la corriente superior del medio filtrante y los que lo hacen con presión atmosférica en la corriente superior del medio filtrante y vacío en la corriente inferior. Presiones superiores a la atmosférica se generan por acción de la fuerza de gravedad actuando sobre una columna de líquido por medio de una bomba o soplador, o bien por medio de fuerza centrífuga. (McCabe, 2002) La filtración se describe en mayor detalle en la sección 8, título E, «Proceso de Vinificación». 5. Fermentación a. Proceso de fermentación. Una vez que se tiene listo el mosto, se inocula con cultivo de levadura a una concentración de 1 % a 3 % del volumen y se da paso a la fermentación. La fermentación es el proceso mediante el cual el azúcar del mosto es transformada en alcohol etílico a través de la acción biológica de las levaduras. Las levaduras son organismos unicelulares que se reproducen asexualmente. Como las bacterias y los mohos, las levaduras pueden tener efectos benéficos o dañinos en la comida, en especial el género Saccharomyces (L). que es de gran importancia en la fermentación de alimentos para la obtención de alcohol y la producción de pan. La mayoría de levaduras requieren abundante oxigeno para crecer, de ahí que al controlar el flujo de oxigeno el crecimiento de las levaduras puede ser regulado. Adicionalmente al oxígeno, requieren de un sustrato. Algunas levaduras pueden fermentar el azúcar y convertirlas en alcohol y dióxido de carbono en la ausencia de aire, pero requieren oxígeno para crecer. Las levaduras producen alcohol etílico y dióxido de carbono a partir de azúcares simples tales como glucosa y fructosa. La reacción química que se lleva a cabo es la siguiente: CarbonodeDióxidoEtílicoAlcoholGlucosa 22 2526126 +→ +→ COOHHCOHC Ecuación 4 En la presencia excesiva de oxígeno, el alcohol puede ser oxidado y convertirse en ácido acético. Ésta es una reacción indeseable en la producción de alcohol de frutas, pero es una técnica muy utilizada para producción de vinagres de frutas. Las levaduras se activan en un rango amplio de temperaturas, de 0 oC a 50 oC, con un rango óptimo de temperatura de 20 °C a 30 °C. El pH óptimo para la mayoría de microorganismos es cercano al neutral, 7.0, pero muchas levaduras y mohos toleran un ambiente ácido, las levaduras pueden crecer en un ambiente con pH de 4.0 a 4.5. En términos de requerimientos de agua, las levaduras tienen un requerimiento mínimo de agua de 0.85 o una humedad relativa de 88 %. Las levaduras tienen una buena tolerancia a altas concentraciones de azúcar y crecen bien en soluciones que contienen un 40 % de azúcar. 24 El jugo natural de las frutas es una solución altamente ácida con contenido de azúcar que varía de 10 % a 25 %. Su acidez y alta concentración de azúcar hace el medio poco favorable para el crecimiento de bacterias, pero propicio para el crecimiento de levaduras y mohos. La fermentación puede darse espontáneamente, o puede ser iniciada por medio de la inoculación con un mosto que ha sido previamente fermentado con una levadura, la más común es S. cervisiae var. ellipsoideus. Muchos productores actuales de vino, eliminan la población original de microbios por medio de la pasteurización o tratamiento con dióxido de azufre. Al inicio de la fermentación, el mosto es aireado ligeramente para crear un población grande de levaduras, una vez iniciada la fermentación, la rápida producción de dióxido de carbono mantiene las condiciones anaeróbicas que previenen el crecimiento no deseado de organismos aeróbicos, tales como bacterias y mohos. La temperatura de fermentación es usualmente de 25 oC a 30 oC y puede durar únicamente unos cuantos días, o puede extenderse hasta dos semanas. Al alcanzar el nivel de alcohol deseado, la fase microbiológica de la producción de vino se da por terminada. El problema más serio que enfrenta la fermentación alcohólica de jugos de frutas es la descomposición por el proceso aeróbico de levaduras y bacterias que oxidan el alcohol hasta convertirlo en ácido acético, agua y dióxido de carbono. El mayor daño deviene de estos organismos cuando el acceso de aire no es regulado adecuadamente durante el añejamiento del vino. Otro problema serio es causado por la bacteria fermentativa del ácido láctico, que utiliza el azúcar residual para fermentar impartiendo un sabor extraño al vino. Ya que esta bacteria es anaeróbica, el problema puede darse aún después de embotellado el vino, una forma de evitar este problema es pasteurizando el vino después de embotellado. Esta liberación de energía es muy importante ya que con la reducción de un 1 % de azúcar en el mosto se tiene un aumento de temperatura de 1.3 ºC. Es necesario que durante el proceso de fermentación se controle la temperatura, ya que es necesario alcanzar una temperatura adecuada para que las levaduras mueran en un período de tiempo determinado. El rendimiento de etanol, en la mayoría de los vinos, es de aproximadamente 55 %. De tal forma que un jugo que tenga un contenido de azúcar de 20 ºBrix, producirá un vino con un 11 % de etanol en volumen. (Estola, 2005) b. Preparación del inóculo. Es esencial que el cultivo utilizado para inocular la fermentación satisfaga ciertos criterios: 1) debe estar en un estado sano y activo; 2) debe estar disponible en volúmenes suficientemente grandes para proveer un inóculo de tamaño óptimo; 3) debe estar en una forma morfológica adecuada; 4) debe estar libre de contaminación; y 5) debe retener sus capacidades para formar el producto deseado. Un factor importante para obtener un inóculo que cumpla estos criterios es la elección del medio de cultivo. La cantidad de inóculo normalmente utilizado es entre 3 % y 10 % del volumen total del medio de cultivo. El inóculo debe ser escalado de tamaño en un número de etapas para producir suficiente biomasa para inocular la etapa de producción en el fermentador. Esto puede incluir dos o tres etapas en matraces y de una a tres etapas en fermentadores, dependiendo del tamaño del contenedor final. Durante el proceso de escalamiento existe el riesgo de contaminación, y mientras más etapas se utilicen, mayor será el 25 riesgo de contaminación. El inóculo se prepara en el medio de cultivo que se utilizará en el reactor utilizando una pequeña muestra en un tanque de incubación, idealmente a la misma temperatura que se trabajará posteriormente. Las fermentaciones por levadura más importantes a nivel industrial son la producción de cerveza, vino y biomasa, específicamente levadura de pan. Es común utilizar levadura de fermentaciones previas como inoculo para los siguientes procesos. Los riesgos arraigados a esta práctica son la introducción de contaminantes al proceso y la degeneración del cultivo, la degeneración más común empieza en el decremento del grado de floculación y las habilidades de la levadura. A pesar de proceder con precaución, las levaduras raramente son utilizadas más de cinco o diez fermentaciones consecutivas. (Stanbury, 1986) c. Modelos matemáticos de la fermentación. El propósito de un modelo matemático es dar forma y orden a los datos obtenidos de una fermentación práctica y presentar los resultados en una forma concisa e inteligible para los lectores. Uno de los principales usos del modelo de fermentación es diseñar procesos a gran escala en base a datos obtenidos a pequeña escala. Es usual empezar con algunas asunciones simples, luego de haber obtenido los resultados, algunas asunciones pueden ser descartadas y desarrollar modelos más complicados. El procedimiento para escribir ecuaciones en un modelo es diferente para cada situación y conjunto de datos, sin embargo, hay un proceso general que debe seguirse sin importar el caso o situación que se trate. 1) Balance de masa y energía. El balance de ecuaciones es una relación entre la velocidad a la cual la cantidad y (y siendo células, sustrato carbonado, penicilina, etc.) se acumula en un volumen controlado, y la velocidad a la que la misma cantidad fluye hacia adentro y afuera del volumen control. La figura No. 1 explica los flujos y las relaciones de que se hablan en el párrafo. Figura 2 Definición del volumen control, entradas y salidas   Flujo de y a través de la frontera del volumen control a velocidad Niy o Noy (gL’1h’1) Fase gaseosa Flujo de entrada y Flujo de salida y Fo (Lh-1) conteniendo yo (gL-1) Fi (Lh-1) conteniendo yi (gL-1) Volumen control Fase líquida y es consumida en el volumen a una velocidad rcy (gL-1h-1) y es generada en el volumen a una velocidad rgy (gL-1h-1) 26 Los puntos principales son: 1) El volumen control debe ser definido con precisión, usualmente en términos de fronteras entre fases (gas/líquido, sólido/líquido y raras veces líquido/líquido). 2) El volumen control puede cambiar con el tiempo si Fi difiere de Fo. 3) El volumen debe ser homogéneo, es decir, la concentración de y debe ser igual a lo largo de todo el volumen. 4) La velocidad de generación, consumo, transferencia están dados en unidades del volumen, tal que, para encontrar el total generado, consumido o transferido la cantidad debe multiplicarse por el volumen total. Inmediatamente puede escribirse el balance como: salida de d velocida entrada de velocidadn acumulació de Velocidad += Ecuación 5 volumendel adentrohaciaciatransferen volumendel dentro generación entrada de bruto flujo entrada de Velocidad + + = Ecuación 6 volumendelafuerahaciaciatransferen volumendel dentro consumo salida de bruto flujo salida de Velocidad + + = Ecuación 7 La velocidad de acumulación en el volumen es la cantidad en el volumen V a un tiempo t2, es decir V2y2 menos la cantidad en el tiempo V1y1 dividido entre el intervalo de tiempo t2 – t1 12 1122nacumulació de ritmo tt yVyV − − = Ecuación 8 Si el intervalo de tiempo se divide al punto de obtener intervalos infinitesimales de tamaño dt, y la cantidad de masa o volumen se dividen hasta el tamaño d(Vy) tal que, el ritmo de acumulación es d(Vy)/dt. Entonces el balance de masa se reescribe así: oi oycyoyiygyii FF dt dV VNVrFVNVryF dt Vyd −= ++−++= )()()( Ecuación 9 27 Adicionalmente al balance de masa, debe realizarse un balance de energía para lo cual se utilizan ecuaciones de transferencia de calor simplificadas por las siguientes suposiciones: 1) El volumen control debe ser definido con precisión, usualmente en términos de fronteras entre fases (gas/líquido, sólido/líquido y raras veces líquido/líquido). 2) El volumen debe ser térmicamente homogéneo, es decir, la temperatura T debe ser igual a lo largo de todo el volumen. 3) No existe transferencia del calor del sistema hacia el universo, es decir el sistema es adiabático. Inmediatamente puede escribirse el balance como: consumidocalor - generadocalor lCalor tota = Ecuación 10 El calor total en un proceso de fermentación es el calor generado por el proceso mismo, ya que la fermentación es un proceso exotérmico. Si se considera el calor generado durante la reacción como ΔH se requiere un fluido que retire dicha cantidad de calor para mantener el fermentador a una temperatura óptima. Este líquido es por lo general agua fría y el balance de calor incluye los términos del calor específico del agua y del mosto Cpi, el flujo másico de agua y mosto, mi, y la diferencia de temperaturas de cada fluido ΔT. Por lo cual el balance de calor queda como: OHOHOHMostoMostoMosto TCpmTCpmH 222 Δ−Δ=Δ Ecuación 11 2) Definición de ecuaciones y diseño del modelo. Definir las ecuaciones de flujo es parte importante en una investigación de fermentación, debido a que existen diversos tipos de fermentación, así mismo existen diversos tipos de ecuaciones de flujo, uno de los casos más comunes es la fermentación con levaduras, conocida también como de formación de productos. La cinética de una fermentación para formación de producto no está comprendida a la perfección. Básicamente existen dos tipos de productos, aparte de las células mismas, estos son: 1) productos resultados de la generación de energía por la