Kinetic modelling of consumption of glucose and fructose in isothermal mead fermentation = Modelación de cinética de consumo de glucosa y fructosa en fermentación isotermal de hidromiel.

Abstract

En jugos provenientes de uva, miel diluida, manzana y otros, los monosacáridos que en mayor proporción se encuentran disponibles son la fructosa y la glucosa que, si bien tienen la misma fórmula molecular (C6H12O6), poseen diferentes grupos funcionales que hace que sus propiedades físicas y químicas sean diferentes (Tronchoni et al., 2009). Durante la fermentación del mosto, ambos monosacáridos son metabolizados por levaduras que producen diversos compuestos como dióxido de carbono, etanol, glicerol y otros (Bay et al., 2008). Sin embargo, las levaduras tienen una preferencia ligeramente más alta por la glucosa que por la fructosa, resultando en una diferencia en el consumo de azúcares a lo largo del proceso fermentativo (Fleet, 1998; Berthels et al., 2004). Estas diferencias se presentan como un problema en la vitivinicultura, pues otro estudio ha mostrado una clara tendencia, por parte de los frutos, a almacenar una mayor proporción de fructosa que de glucosa, producto del aumento de las temperaturas medias y una baja en el diferencial térmico entre el día y la noche en las zonas productoras de vid, que inciden en la fermentación del jugo de uva (Jones et al., 2005). Por otro lado, los procesos fermentativos son procesos bioquímicos que se pueden modelar con las ecuaciones diferenciales asociadas a la cinética de Monod que es una cinética que se encuentra entre 0 y 1er orden. Se eligieron los modelos de Luong y Moser basándonos en el trabajo realizado por Arellano Plaza et al.(2007) donde se comparan los modelos de Haldane, Moser, Boulton, Levenspiel y Luong en la cinética de fermentación de tequila, resultando que la combinación de Luong y Moser presentan mejor comportamiento en toda la cinética fermentativa, tanto de consumo de sustrato como de producción de biomasa y etanol. El objetivo de este trabajo fue utilizar una combinación de los modelos de Luong y Moser para describir la cinética de consumo de glucosa y fructosa en un fermentador tipo Batch en condiciones anaeróbicas y determinar si los parámetros empíricos obtenidos pueden representar la cinética de consumo con independencia del tipo de miel. Para determinar los parámetros característicos del modelo combinado de Luong y Moser, se realizó una serie de experimentos con 3 variedades de mieles provenientes de las Comunas de San Carlos y Cabrero, Región del Bio-Bio, Chile. La modelación de la cinética de consumo de fructosa y glucosa de un proceso fermentativo de miel se realizó en ambiente Simulink ® de Matlab ® versión 7.9.0.529, R2009b, porque es un ambiente orientado al control de procesos, siendo el presente trabajo parte de una investigación orientada a desarrollar un biorreactor automatizado.