DISEÑO DE UNA PLANTA PROCESADORA DE BEBIDA FERMENTADA A PARTIR DEL MUCILAGO DEL CACAO DEL GENOTIPO CCN51 COBEÑA ARTEAGA JULIO PÁEZ SÁNCHEZ RICARDO. U NIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE INGENIER Í A QU Í MICA CARRERA DE INGENIER Í A QU Í MICA DISEÑO DE PLANTA 9-1

El procesamiento post-cosecha de las vainas de cacao en granos de cacao genera una serie de subproductos y residuos que normalmente se desechan pero que en realidad podrían ser procesados ​​ en otros productos económicos. 2 INTRODUCCIÓN

3 Se ha investigado el mucílago del cacao y los resultados muestran que este tiene un alto contenido de azúcares simples 10-13%, % de agua, aproximadamente 1% de pectina,> 0.2% de ácidos no volátiles y, hasta el 2% de ácido cítrico.

4 En Ecuador el cacao es considerado uno de los frutos de mayor importancia para la economía del país, por ser un producto de exportación y materia prima para la elaboración de chocolates y sus derivados.

OBJETIVOS 5 GENERAL ESPECÍFICO

6 GENERAL Diseñar una planta procesadora de bebida fermentada a partir del mucilago del cacao (Theobroma cacao L.) del genotipo CCN51 Objetivos

Definir Reconocer Evaluar 7 Objetivos ESPECÍFICOS Definir una metodología de investigación teniendo en cuenta las normas que puedan influir en el proyecto Reconocer las variables que intervienen en el proceso de la elaboración de la bebida fermentada. Evaluar la influencia de la pasteurización en el proceso de fermentación para la obtención de alcohol etílico.

8 La pulpa mucilaginosa está compuesta por células esponjosas parenquimatosas, que contienen células de savia ricas en azúcares (10-13%), pentosas (2-3%), ácido cítrico (1- 2%), y sales (8-10%). Aunque la pulpa es necesaria para la fermentación, a menudo hay más pulpa de la necesaria. El exceso de pulpa, que tiene un delicioso sabor tropical, ha sido usado para hacer los siguientes productos: jalea de cacao, alcohol y vinagre, nata y pulpa procesada. Aproximadamente de 40 litros de pulpa se pueden obtener de 800 kilos de semillas frescas.

9 Ecuador no cuenta con ninguna planta industrializada de bebida fermentada a partir del mucilago de cacao. Pero si cuenta con propuestas interesantes que pretende convencer a grandes inversionistas demostrando rentabilidad y factibilidad del proceso. Se lo realiza de forma artesanal en interior del país por eso su baja producción. Tipo de industria existente en Ecuador

10 Tipo de industria existente en Exterior En Colombia existe una pequeña empresa con el nombre de kakaotheros en Palmira Colombia. Kakaotheros realiza licor, esta bebida se obtiene de la fermentación del mucilago o pulpa del cacao. Este proceso tiene diferentes etapas e inicia cuando se recibe la materia prima, después se analiza, mide y pre alista la planta, para llegar a puntos fundamentales de la elaboración del producto como lo son la fermentación y la destilación. Por último, se envasa, almacena y distribuye. Sus ventas se las realiza mediante las redes sociales para envíos en el país y mantienen acuerdos con algunas tiendas de la localidad

ESTUDIO DE LA MATERIA PRIMA MUCILAGO 11 El exudado es de apariencia turbia de color beige, olor medianamente alcohólico, 4,02 de acidez, 3,76 pH y 1,16 densidades; está compuesto por alcaloides, taninos, flavonoides, cumarinas y esteroles.

12 El mucílago que acompaña a las semillas de cacao contiene entre 82 y 87% de agua, es rica en azúcares entre el 10 y 15% de su peso conformada de la siguiente manera: 60% sacarosa y 39 % de una mezcla entre glucosa y fructuosa, de 2 al 3% de pentosas, ácido cítrico 1- 3% y pectina de 1-1,5%. Además, vitaminas entre la más importante la vitamina C, aminoácido y proteínas siendo un medio favorable para el crecimiento microbiano.

13 El área cultivada con cacao en el Ecuador es de hectáreas. La variedad de cacao ecuatoriano CCN-51 es preferido por un gran número de cultivadores porque tiene un alto rendimiento y tolerancia a las enfermedades fúngicas tropicales. Existe una relación de pulpa y semilla fresca aproximadamente 40 litros de pulpa se obtiene de 800 Kilos de semilla fresca. Considerando que en el 2014 se obtuvo una producción de cacao absoluto de T, se puede determinar aproximadamente que se tuvo litros de exudado y este exudado aumentara ya que los volúmenes de producción incrementaran para los próximos años.

14 Obtención de mucilago de cacao Etapa 1 Para evitar el pardeamiento enzimático del exudado, se va a probar la siguiente técnica: (a) Estabilización térmica que se realizara en un recipiente de acero inoxidable calentado con llama directa, empleando las condiciones de operación mencionadas para zumos de frutas 77°C – 60 s, 85°C – 60 s, 88°C - 15 s.

15 Etapa 1.- Obtención del mucílago.  Pesado: se pesa cada una de las mazorca y se procesa llevando el control del peso total de toda la materia prima a utilizar para establecer el rendimiento.  Lavado y desinfección: Se lava las frutas en agua clorada (100 ppm cloro) y se enjuaga con agua potable.  Troceado: Se troceó los frutos realizando 2 cortes longitudinales y 2 transversales.  Separación: se separó manualmente la cáscara de las almendras.  Extracción:.Se consideraran las siguientes variables de respuesta: rendimiento (Volumen exudado / masa almendras) x 100, daño físico de las almendras (revisión visual), características físico-químicas del exudado recolectado (ºBrix, pH y acidez titulable).

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17 Proceso de obtención de bebida fermentada ETAPA 2

18 Etapa 2.- Obtención de la bebida alcohólica  Obtención del jugo: Después de lavar y abrir las mazorcas, se separaron las semillas rodeadas por el mucílago a partir del cual se extrajo manualmente el jugo presente en el mismo..  Filtración: El jugo extraído se filtra con la ayuda de una malla previamente esterilizada, con el fin de retirarle los sólidos suspendidos provenientes de la pulpa, buscando obtener un mosto homogéneo en la siguiente etapa.  Preparación del mosto: una vez extraído el jugo de la fruta seleccionada, de ser necesario se le debe ajustar su pH, contenido de azúcar, acidez y nutrientes para que se lleve a cabo una óptima fermentación.  Preparación al inoculo: Se tomara 115 kg del mosto obtenido y se adiciona la levadura y los nutrientes necesarios para su crecimiento en las siguientes cantidades: 1kg/l de levadura (Sacharomyces Cerevisiae), 0,190 g/l de cloruro de potasio, 1,718g/l de cloruro de amonio, 0,065 g/l. Luego de mezclar los nutrientes, la levadura y el mosto, se llevó a cabo la aireación durante dos horas usando una bomba.

19  Fermentación... Una vez finalizada la inoculación, se mezclara el mosto activo con los 115,13 kg restantes y se va a agregar 0,0387 kg de bisulfito de sodio para esterilizar el mosto. Posteriormente se carga el reactor en el cual se lleva a cabo la fermentación en condiciones anaerobias hasta que los grados brix se estabilicen con el tiempo y no se observe un desprendimiento apreciable de CO2.  centrifugación: Esta etapa se realiza con el fin de eliminar los sólidos aún presentes, brindándole al vino limpieza, brillo, transparencia y liberándolo de contaminaciones.  Pasteurización: es la exposición del vino a la acción esterilizante del calor. Las oxidasas y los gérmenes patógenos del mismo se destruyen a 75ºC durante dos minutos ó a 60ºC durante 30 minutos. Se debe elegir la menor temperatura eficaz ya que temperaturas elevadas pueden alterar la composición del vino. Una vez pasteurizado se debe conservar en recipientes esterilizados ya que corre el riesgo de volver a contaminarse.  Envasado: Esta etapa se lleva a cabo en envases de vidrio de 500 ml sometidos previamente a una esterilización física y química. Los envases se sella herméticamente para evitar la contaminación de su contenido por el contacto con aire.  Maduración: en esta fase se mejoran las características organolépticas del vino a través de cambios químicos, biológicos, físicos y fisicoquímicos. El vino embotellado seguirá su proceso de añejamiento mientras no se abra.

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ESTABLECIMIENTO DE UNA BASE DE DISEÑO O DE CALCULO 21

22 EtapaCorriente de entradaCorriente de salida Obtención del jugo Mazorcas: mazorcas 8719,21 kg Cáscaras:6866,50 kg Semilla y pulpa: 1612,98 kg Jugo: 239,88 kg FiltraciónJugo: 239,88 kg Sólidos suspendidos: 25,88 kg Jugo clarificado: 214 kg Preparación del mosto Jugo clarificado:214 kg Melaza: 15,84 kg NaHCO 3 : 0,417 kg Preparación del inóculo Mosto 1: 115,13 kg Inóculo: 116,22 kg Levadura: 1,086 kg Fermentación Inóculo: 116,22 kg Fermentado: 231,38 kg Mosto 2: 115,13 kg Bisulfito de sodio: 0,0387 kg CentrifugaciónFermentado: 231,38 kg Sólidos: 31,38 kg Fermentado centrifugado:200 kg Envasado, pasteurizado y añejamiento Fermentado centrifugado: 200 kg Vino: 200 kg

BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA 23

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26 BALANCE DE ENERGIA EN EL PAUSTERIZADOR

Se realiza el balance de energía para determinar el calor necesario para elevar a 60ºC de temperatura los 200 kg de bebida fermentada. Sin embargo el calor total (Q) transmitido, es la suma del Q en la zona de calentamiento + el Q necesario en la zona de mantenimiento que se calcula multiplicando la masa del líquido a calentar por su Cp. 27

Ahora se calcula el calor cedido por la bebida fermentada, al introducir agua a 4ºC. 28 Ahora se necesita conocer la cantidad de agua fría para ganar dicha cantidad de calor. Para la base de cálculos se fija t2, la temperatura de salida de agua del refrigerante, en 40ºC

29 La pasteurización se llevó a cabo en una marmita a 60ºC durante 30 minutos seguido de un enfriamiento rápido con agua fría. El enfriamiento se llevó a cabo por 15 minutos, garantizando una disminución de la temperatura por debajo de los 15ºC, logrando así un choque térmico lo suficientemente fuerte para destruir los microorganismos presentes.

GRACIAS 30