Modelamiento cinético de la fermentación alcohólica de miel de abejas a diferentes escalas de producción

Abstract

Resumen español El hidromiel es una bebida alcohólica tipo vino obtenida mediante fermentación de miel de abejas diluida, que representa una alternativa para el desarrollo tecnológico y económico de la cadena apícola en Colombia. Sin embargo, el escaso conocimiento cinético sobre la fermentación conlleva a procesos ineficientes y productos de baja calidad. En esta investigación se llevó a cabo el modelamiento cinético de la fermentación alcohólica de miel a escalas de laboratorio y piloto utilizando Saccharomyces cerevisiae var. Bayanus y polen apícola como fuente de nitrógeno. Se implementó un diseño factorial completo para evaluar la influencia de la concentración inicial de glucosa, fructosa y nitrógeno asimilable por la levadura (NAL) sobre la producción de etanol y glicerol y el rendimiento etanol/azúcares. Mediante la Metodología de Superficie de Respuestas se obtuvieron valores óptimos de 22% p/p de azúcares y de 123 mg/L de NAL iniciales logrando disminuir el tiempo de fermentación de 8-10 días a 7-8 días. Se ajustaron expresiones matemáticas de los modelos de Gompertz y logístico de tres y cuatro parámetros con altos grados de correlación para los perfiles cinéticos de glucosa, fructosa, glicerol y etanol medidos mediante HPLC, NAL determinado por el método de Sorensen y crecimiento celular mediante recuento de UFC. El ensayo a escala piloto presentó diferencias en los perfiles cinéticos de azúcares y etanol, así como en el contenido de etanol (12.4% v/v) y glicerol (8.5 g/L), acidez volátil (0.27 g/L), rendimiento etanol/azúcares (0.413 g/g) y productividad (0.51 g/L-h), en comparación con el ensayo a escala de laboratorio (15.1±0.2% v/v de etanol, 6.6±0.6 g/L de glicerol, acidez volátil de 0.14±0.01 g/L, rendimiento de 0.507±0.005 y productividad de 0.73±0.01 g/h/L). También se encontraron diferencias significativas en las propiedades sensoriales, principalmente en cuerpo y equilibrio, complejidad de olores y aromas y color. La razón principal de estas diferencias fue las variaciones en la temperatura ambiental en las pruebas a escala piloto.

Abstract. Mead is a wine-like alcoholic beverage obtained by fermentation of diluted bee honey, which consists in an alternative for technological and economic development of Colombian beekeeping chain. Nevertheless, the scarce knowledge about fermentation kinetics leads to inefficient processes and low quality products. In this work, the kinetic modelling of alcoholic fermentation of honey using Saccharomyces cerevisiae var. Bayanus and bee pollen as nitrogen source at lab and pilot scales was carried out. Full factorial design was implemented to assess the influence of initial glucose, fructose and yeast assimilable nitrogen (YAN) contents over ethanol and glycerol production and ethanol/sugars yield. By means of Response Surface Methodology optimal initial values of 22% w/w of sugars and 13 mg/L of YAN were obtained. Under these conditions, it was possible to reduce fermentation time from 8-10 days to 7-8 days. Mathematical expressions for Gompertz and logistic models were fitted for kinetic profiles of glucose, fructose, glycerol and ethanol measured by HPLC, YAN calculated by Sorensen method and cell growth by CFU counting, with high degree of correlation. Differences were found for kinetic profiles of sugars and ethanol, as well as for ethanol (12.4% v/v) and glycerol (8.5 g/L) contents, volatile acidity (0.27 g/L), ethanol/sugar yield (0.413 g/g) and productivity (0.51 g/L-h) in pilot scale in comparison with lab scale (15.1%±0.2% v/v of ethanol, 6.6±0.6 g/L of glycerol, volatile acidity of 0.14±0.01 g/L, 0.507±0.005 g/g, 0.73±0.01 g/L-h). Significant differences for sensory properties were also found, mainly for body and balance, odor and aroma complexity and color. The main reason for these differences was the variations in environmental temperature at pilot scale test.