ES2787799A1 - Sistema de fermentacion acelerada - Google Patents
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Abstract
El sistema de fermentación de la presente invención incorpora el uso de dos corrientes de gases de oxígeno adicionales al proceso, lo que ayudará a que la producción del líquido se procese con mayor rapidez y tiempo, el sistema comprende un depósito o tanque (10) que presenta una boca de entrada (8) del producto a fermentar; al menos un elemento agitador (3) colocado en la zona inferior del tanque y en contacto con el producto a fermentar; medios separadores (6) situados en la parte inferior y fuera del depósito o tanque (10); al menos dos elementos enfriadores (1, 1') dispuestos en los extremos laterales del depósito o tanque (10) y conectados a medios que permiten enfriar la mezcla; al menos dos válvulas (4, 5) para la entrada de sendas corrientes gaseosas de oxígeno gaseoso (O2); al menos una bomba (2) para introducir una solución acuosa de levadura; y al menos una ventana (7) que permite la introducción de producto.
Description
DESCRIPCIÓN
SISTEMA DE FERMENTACIÓN ACELERADA
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención revela un sistema que permite realizar la fermentación de una forma acelerada utilizando para ello al menos dos corriente de oxígeno lo que permite aumentar la velocidad del proceso.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La fermentación alcohólica es un proceso de vital importancia en la producción de vinos y cervezas, así como en la elaboración de otros productos alcohólicos a partir de sustancias ricas en azúcares. Dura normalmente más de una semana y consiste fundamentalmente en la transformación de los azúcares contenidos en la materia prima (como la glucosa y la fructosa) en etanol, desprendiéndose al mismo tiempo CO2. En la fermentación se transforma una molécula de azúcar (glucosa o fructosa) en dos moléculas de etanol y dos de dióxido de carbono. El CO2 producido se desprende a la atmósfera mientras que el etanol permanece en disolución. De manera que en este proceso el líquido o masa fermentativa, a medida que va ganando grado alcohólico, va variando diversos parámetros, tales como su masa total, la densidad, la viscosidad o el índice de refracción, entre otros.
La tecnología de fermentación que utiliza microbios ha sido comúnmente utilizada no solo en los campos de alimentos sino también en campos amplios. La fermentación ha sido ampliamente utilizada para la producción de alcoholes incluyendo vinos, la producción de salsas de soja y pastas de soja, la producción de productos lácteos fermentados tales como quesos, y la producción de productos farmacéuticos. Los microbios utilizados para estas fermentaciones son varios, y las bacterias de levadura de malta de arroz (hongo) y ácido láctico son algunos ejemplos, pero rara vez ha sido informado el uso de bacterias gramnegativas. En general, la fermentación es un fenómeno donde la materia orgánica se descompone por la acción de microbios, y en sentido amplio significa que el microbio produce una sustancia útil. Ejemplos de la fermentación que utilizan microbios incluyen la producción de vinos. La producción de vinos es la tecnología de fermentación que utiliza levadura de vino
que se adhiere a la piel de la fruta de las uvas, y su producto es el alcohol. En la tecnología de fermentación que utiliza microbios, como las que usan bacterias gram-negativas, se ha conocido la fermentación de metano que utiliza bacterias de metano, la fermentación acética que utiliza acetobacterias y la fermentación de etanol (fermentación de tequila) a partir de patrones de magüey utilizando Zymomonas mobilis,
En tanto, cuando la fermentación la lleva a cabo el microbio, en general existen condiciones de nutrientes que debe cumplir un sustrato de fermentación para el crecimiento del microbio. Es decir, la presencia de sustancias disponibles como nutrientes por el microbio es fundamental, a saber, contienen monosacáridos tales como la glucosa y fructosa como fuentes de carbono. Por lo tanto, las frutas tales como las uvas que contienen abundante fructosa pueden utilizarse como el sustrato de fermentación sin proporcionar procesamiento alguno. Sin embargo, en otros casos, se requiere un pretratamiento tal como calentamiento y tratamiento de enzimas para la fermentación por parte del microbio. Por ejemplo, el Zymomonas mobilis aquí mencionado es un microbio utilizado para la fermentación de tequila. En este caso, los polisacáridos obtenidos de los patrones de magüey, que no es una planta comestible, se descomponen en monosacáridos fermentables mediante calentamiento, y posteriormente los monosacáridos son fermentados por el microbio para producir el alcohol como el producto de fermentación.
La Patente Europea EP1479758 describe un aparato de fermentación en el cual se introduce oxígeno en la cuba de fermentación a través del árbol hueco de un agitador, a una pluralidad de distintos niveles en el interior de la cuba, proporcionándose en cada nivel un medio de agitación de baja velocidad. Esta construcción permite obtener un aumento de la interfaz total entre gas y líquido a bajas velocidades de agitación. Sin embargo la solución es relativamente costosa y sólo es adecuada para vasijas de fermentación de tamaño medio y grande.
Se conoce por el documento EP 1997875 en una instalación de fermentación el recurso de utilizar para ello gas que contiene CO2 proveniente del tratamiento. Durante el proceso de fermentación se originan también cantidades no despreciables de biogás que, no obstante, son "capturadas" en el substrato. Éstas son liberadas al manipular el material o al procesar posteriormente los restos de fermentación. Las fracciones de gas liberadas, especialmente metano, llegan así de manera incontrolada a la atmósfera.
En el documento US 3.814.3 se describe por ejemplo un procedimiento, en el que debe
favorecerse la corriente de convección neutral en el Interior del tanque mediante la Inyección de gas de ácido carbónico mediante lanzas o un anillo de inyectores. Este procedimiento requiere, no obstante, un consumo adicional de gas de dióxido de carbono.
El documento EP2576035 A revela un procedimiento para la fermentación acelerada en un tanque de fermentación con al menos un cono del tanque y una brida de conexión, en particular en la fabricación de cerveza, con las etapas de: a) aspirar el medio de fermentación (M-i) del tanque a través de una primera tubería de circulación mediante una bomba de circulación; b) introducir el medio propulsor (Mi) bombeado ahora mediante la bomba de circulación a través de una segunda tubería de circulación en un elemento mezclador, que está montado en el cono de tanque a una altura (L) de 35 mm a 18 mm medido desde el canto inferior de la brida de conexión hasta el canto inferior del elemento mezclador; y c) generar un chorro orientado hacia arriba, que sale a través de una abertura de salida del elemento mezclador, de modo que gracias a la corriente de convección así mejorada en el tanque las células de levadura permanecen durante más tiempo en suspensión; así como mediante un dispositivo para mezclar un contenido de un tanque con al menos un cono de tanque y una brida de conexión, que presenta: a. un elemento mezclador que puede disponerse en el cono de tanque; b. una entrada que puede disponerse en la salida del tanque; c. una bomba de circulación; d. una primera tubería de circulación, que conecta la entrada con la bomba de circulación; y e. una segunda tubería de circulación, que conecta la bomba de circulación con el elemento mezclador; f. estando montado el elemento mezclador en el cono de tanque a una altura (L) de 35 mm a 18 mm medido desde el canto inferior de la brida de conexión hasta el canto inferior del elemento mezclador.
La presente invención revela un sistema para la fermentación acelerada donde la novedad consiste en colocar al menos dos corrientes de O2 gaseoso, ya que añadiendo dos gases de oxígeno adicionales al proceso ayudará a que la producción del líquido se procese con mayor rapidez y tiempo, por otro lado el tanque incluye una bomba de levadura que permite que en estas condiciones se mantenga la presión constante dentro del tanque. El tanque de la presente invención permite la fabricación de cantidades muy grandes de producto fermentado en poco tiempo, sin la necesidad de aumentar el volumen o el número de fermentaciones DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con el objeto de ayudar a una
mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de la realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- muestra una vista general del sistema de la presente invención indicando sus distintos elementos.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
En los seres vivos, la fermentación es un proceso anaeróbico y en él no intervienen las mitocondrias ni la cadena respiratoria. El proceso de fermentación es característico de algunos microorganismos: algunas bacterias y levaduras. También se produce en la mayoría de las células de los animales, excepto las neuronas, que mueren rápidamente si no pueden realizar la respiración celular. Algunas células, como los eritrocitos, carecen de mitocondrias y se ven obligadas a fermentar; el tejido muscular de los animales realiza la fermentación láctica cuando el aporte de oxígeno a las células musculares no es suficiente para el metabolismo aerobio y la contracción muscular.
Desde el punto de vista energético, las fermentaciones son muy poco rentables si se comparan con la respiración aerobia, ya que a partir de una molécula de glucosa solo se obtienen dos moléculas de ATP, mientras que en la respiración se producen de 36 a 38. Esto se debe a la oxidación del NADH que, en lugar de penetrar en la cadena respiratoria, cede sus electrones a compuestos orgánicos con poco poder oxidante.
En la industria la fermentación puede ser oxidativa, es decir, en presencia de oxígeno, pero es una oxidación aeróbica incompleta, como la producción de ácido acético a partir de etano.
Las células usualmente pueden usar solo sustratos disueltos en agua. Debido a la limitada solubilidad del oxígeno en el agua, la transferencia de oxígeno puede convertirse en un problema en los procesos aeróbicos. La transferencia de gas de la burbuja de oxígeno a la célula incluye mucha resistencia, caracterizadas por constantes de transferencia de masa. La resistencia más significativa en un tanque bien agitado es la difusión a través de la capa líquida estancada que rodea la burbuja de aire.
Cuando la levadura respira la glucosa aeróbicamente, el gas oxígeno se consume a la misma velocidad que se produce el gas CO2 , por que no habría ningún cambio en la presión del gas en el tanque que lo contiene.
Sin embargo, cuando la levadura fermenta los azúcares anaeróbicamente, la producción de CO2 causará un cambio en la presión el tanque cerrado, ya que no se consume oxígeno.
La concentración del dióxido de carbono en los gases de escape es una variable importante en el proceso de fermentación porque la producción de dióxido de carbono es proporcional a la cantidad de azúcar consumida.
Muchas bacterias y arqueas son anaerobios facultativos, lo que significa que pueden cambiar entre la respiración aeróbica y las vías anaeróbicas (fermentación o respiración anaerobia) dependiendo de la disponibilidad de oxígeno. Este modo de vida les permite conseguir más ATP de sus moléculas de glucosa cuando hay oxígeno disponible, puesto que la respiración celular aeróbica produce más ATP que las vías anaeróbica, al mismo tiempo que mantiene el metabolismo y conserva la vida cuando el oxígeno es escaso.
El sistema de fermentación de la presente invención incorpora el uso de dos corrientes de gases de oxígeno adicionales al proceso, lo que ayudará a que la producción del líquido se procese con mayor rapidez y tiempo, además el depósito incorpora una bomba de levadura que puede ser utilizada cuando se requiera una fermentación anaeróbica, recuperándose parte de la levadura utilizada en el proceso, de esta forma la fermentación es una fermentación muy rápida en comparación con la fermentación normal, en este último caso las corrientes gaseosas de O2 permiten activar la levadura y permiten mantener constante la presión en el tanque.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
El sistema de fermentación acelerada de la presente invención incorpora un depósito o tanque (10) con una boca de entrada (8) del producto a fermentar en especial un producto rico en azucares provenientes de frutas o similares, al menos un elemento agitador (3) colocado en la zona inferior del tanque (10) y en contacto con el producto a fermentar, dicho elemento agitador (3) se encuentra conectados a medios que permiten la agitación automática y controlada del producto.
El depósito o tanque (10) se encuentra conectado a su vez a medios separadores (6) situados en la parte inferior y fuera del tanque o depósito (10).
El depósito o tanque (10) presenta al menos dos elementos enfriadores (1, 1’) dispuestos en los extremos laterales de este y conectados a medios que permiten enfriar la mezcla de manera controlada, cuenta además con al menos dos válvulas (4, 5) para la entrada de sendas corrientes gaseosas de oxígeno conectadas a medios generadores de O2 , donde dichas válvulas permiten controlar la cantidad de O2 que entra al sistema.
El depósito o tanque (10) puede así ser utilizado para fermentación aeróbica o bien para fermentación anaeróbica, ya que además incorpora al menos una bomba (2) para introducir una solución acuosa de levadura al sistema cuando se requiera una fermentación anaeróbica, de tal manera que se permite mantener el equilibrio de presión en el sistema en el caso de la fermentación anaeróbica, ya que cuando se produce la fermentación anaeróbica las corrientes de O2 permiten activar la levadura y mantienen la presión constante en el sistema debido a la generación de CO2 , además el sistema de la presente invención puede ser utilizado únicamente para fermentación aeróbica por medio de las corrientes de oxígeno gaseoso.
El sistema permite realizar discontinuos o continuos. En el sistema discontinuo, todos los componentes, excepto los sustratos gaseosos, como el oxígeno, las sustancias que controlan el pH y los agentes antiespumantes, se colocan en el tanque (10) al comienzo de la fermentación. Durante el proceso no hay entradas ni flujos de salida. En el proceso de alimentación discontinua, no se elimina nada del reactor durante el proceso, pero se agrega un componente de sustrato para controlar la velocidad de reacción por su concentración. Hay flujos de entrada y salida en un proceso continuo, pero el volumen de reacción se mantiene
constante
El depósito o tanque (10) incorpora al menos una ventana (7) que permite interactuar externamente con el producto a fermentar como eliminar los gases producidos en particular CO2 del sistema a medida que la fermentación se produzca o bien añadir substrato a la mezcla.
El sistema cuenta con sensores de presión que permite controlar la fermentación del azúcar.
Claims (2)
1. - Sistema de fermentación acelerada que comprende un depósito o tanque (10) con una boca de entrada (8) del producto a fermentar; un elemento agitador (3) colocado en la zona inferior del tanque y en contacto con el producto a fermentar; medios separadores (6) situados en la parte inferior y fuera del depósito; al menos dos elementos enfriadores (1, 1’) dispuestos en los extremos laterales del depósito y conectados a medios que permiten enfriar la mezcla; al menos dos válvulas (4, 5) para la entrada de sendas corrientes gaseosas de oxígeno gaseoso (O2 ); al menos una bomba (2) para introducir una solución acuosa de levadura; y al menos una ventana (7) que permite interactuar externamente con el sistema.
2. - Sistema de fermentación acelerada según la reivindicación 1 que se caracteriza porque el sistema dispone de sensores de presión para controlar la fermentación de los azucares.
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| EP1479758A2 (de) * | 2003-04-30 | 2004-11-24 | John Crane UK Limited | Vorrichtung zum Begasen, vorzugsweise für die mikrobiologische Fermentation und Kultivierung von Zellen |
| EP1997875A1 (de) * | 2007-05-29 | 2008-12-03 | Bekon Energy Technologies GmbH & Co.Kg | Biogasanlage zur Erzeugung von Biogas aus Biomasse sowie Verfahren zum Betreiben der Biogasanlage |
| EP2576035A1 (de) * | 2010-05-28 | 2013-04-10 | Gea Brewery Systems Gmbh Huppmann Tuchenhagen | Verfahren zur beschleunigten gärung und vorrichtung zur vermischung eines tankinhalts |
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2019
- 2019-04-15 ES ES201930345A patent/ES2787799B2/es not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| EP1479758A2 (de) * | 2003-04-30 | 2004-11-24 | John Crane UK Limited | Vorrichtung zum Begasen, vorzugsweise für die mikrobiologische Fermentation und Kultivierung von Zellen |
| EP1997875A1 (de) * | 2007-05-29 | 2008-12-03 | Bekon Energy Technologies GmbH & Co.Kg | Biogasanlage zur Erzeugung von Biogas aus Biomasse sowie Verfahren zum Betreiben der Biogasanlage |
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