Construcción y uso de un alambique para etanol© Copyright 1980 J.A. Diaz Publications
Autor: S.W. Mathewson
Hay dos tipos de materiales amiláceos: con el almidón protegido por dentro de un grano, como los cereales; y con el almidón desprotegido, como las patatas. Los del primer grupo hay que molerlos o triturarlos para acceder al almidón, pero con los del segundo grupo no hace falta. Hay que cocer y descomponer el almidón de todos los materiales amiláceos para liberar el azúcar.
Hay dos formas de descomponerlo. La primera es con malta o enzimas, y la segunda con ácido diluido en un proceso llamado hidrólisis ácida.
Los cereales y otros materiales similares hay que molerlos para exponer el almidón a los procesos de cocción, descomposición y fermentación. Lo ideal es triturarlo tan fino como sea posible sin llegar a formar harina fina. Es difícil separar las partículas finas de harina si hay que filtrar antes de la destilación. En un alambique por lotes no hace falta filtrar y las partículas finas no dan problemas.
La harina puede volver la masa demasiado viscosa. Sólo es un problema si hay que bombearla de un depósito a otro, si lo haces todo en el mismo recipiente la viscosidad no es tan mala. Si no, como se explica más adelante, evita este problema.
Se puede hacer casi con cualquier tipo de maquinaria para moler. Desafortunadamente no hay un proceso alternativo, si va a emplear cereales como materia prima tendrá que molerlos.
La cocción es necesaria para todos los materiales amiláceos. Su función es disolver el almidón, gelatinizarlo.
En la producción comercial la cocción casi siempre se hace con vapor, bajo presión, y es un proceso continuo. El agua hierve a 212º F al nivel del mar y a temperaturas menores a mayor altitud. Bajo presión se consigue mayor temperatura y menor tiempo de cocción. A 150 libras de presión, por ejemplo, el almidón se cuece en seis minutos o menos. El equipamiento de cocción industrial es caro y, en su manual, los tiempos de cocción para los distintos materiales se dan para el proceso «atmosférico», con temperaturas de 208-212º F. En el capítulo diez se listan los tiempos de cocción para distintos materiales.
Lo mejor es cocer con la mínima cantidad de agua porque para calentarla se gasta mucha energía. Después de la cocción se puede diluir la mezcla para conseguir la concentración óptima para la fermentación. Si se añade toda el agua junta en el momento de enfriar la mezcla, después de la cocción y antes de la descomposición, se ahorra el tiempo de enfriado. La mayoría de los cereales se puede cocer con 15-20 galones de agua por bushel. Al cocer con la mínima cantidad de agua hay que controlar mucho la agitación de la mezcla para que no se queme ni se pegue al recipiente.
Se han desarrollado nuevos métodos para ahorrar energía durante la cocción. El más interesante es uno que combina la molienda y la cocción en un solo paso sin agua. Aprovecha el calor de la fricción durante la molienda para cocer el almidón simultaneamente. Se hace en un molino diseñado especialmente para ello.
Es el proceso de descomponer el almidón para liberar la glucosa que lo forma. Se puede hacer con malta, con enzimas, o con hidrólisis ácida.
Se puede descomponer el almidón por la acción de las enzimas de la malta. Cuando las semillas de un cereal se humedecen y germinan, se producen en su interior unas enzimas (llamadas amilasas) capaces de descomponer el almidón en un glúcido llamado maltosa. Todos los cereales las producen en mayor o menor cantidad. Sin embargo la cebada es el cereal que más enzimas produce, y normalmente también es el más barato.
Puedes comprar malta seca de cebada o puedes producirla a partir del grano. La malta húmeda o malta «verde», como la que puedes producir tú mismo, no se conserva si no se seca. A pequeña escala es mejor comprar malta comercial.
En la descomposición del almidón las enzimas actúan de dos maneras: por licuefacción y por sacarificación. La intensidad de cada una de ellas depende de la temperatura. La licuefacción alcanza su máximo a 158º F. Empieza a debilitarse a 175º F y para a 200º F. La sacarificación alcanza su máximo entre 120º F y 130º F, y desaparece completamente a 175º F. Las dos son deseables. Por lo tanto hay que llegar a un compromiso. La descomposición suele empezar después de que la mezcla se haya enfriado hasta 150º F. Se mantiene dicha temperatura durante un tiempo, que depende de la materia que se esté procesando, y después se deja enfriar hasta la temperatura óptima para la fermentación.
El método típico de malteado incluye el uso de entre media libra y una libra de malta seca por cada diez libras de grano. Luego se explicarán las recetas en detalle. Normalmente la malta seca está mezclada con agua tibia en una proporción de 2,5 libras por galón para formar una disolución. Esta disolución hay que prepararla una hora antes para añadirla a la mezcla cuando alcance la temperatura apropiada.
Como la malta de cebada es cara, normalmente más cara que el material que se está procesando, es mejor gastar la menos posible. La cantidad mínima se puede determinar después de muchas pruebas. Para determinarla haga un malteado de prueba con las cantidades indicadas en el capítulo diez. Después filtre un poco de la mezcla con una tela o algo parecido. Ponga un poco del líquido filtrado en un plato blanco y añada muchas gotas de una disolución compuesta por cinco gramos de yoduro de potasio y cinco gramos de cristales de iodo en un cuarto de galón de agua destilada. El color azul indica la presencia de almidón sin descomponer. Naturalmente si no aparece el color azul habrá que poner menos malta la siguiente vez.
Durante la cocción el almidón se gelatiniza. Cuando se enfría la mezcla puede volverse demasiado espesa para agitarla durante el malteado. La técnica del premalteado resuelve este problema aprovechando las propiedades de licuefacción de la malta antes de la descomposición. Para premaltear simplemente añada un 10% de la cantidad total de malta antes de cocer. Esto provoca suficiente licuefacción para facilitar los movimientos de la mezcla en las operaciones siguientes. También ayuda a evitar la destrucción de las enzimas de la malta y reduce la formación de subproductos indeseados. Después de la cocción añada el resto de de la malta y empieze la descomposición.
Lo siguiente es el proceso básico de elaboración de la malta, para aquellos que prefieran prepararla personalmente. Se puede hacer con cualquier cereal pero, como se dijo antes, la cebada es el mejor.
Sin embargo si lo hace con maiz, por ejemplo, simplemente puede apartar el 20% del cereal, preparar la malta como se describe más arriba, y utilizarla de la misma manera que la malta de cerveza. Esto es aplicable a otras materias primas.
La malta es simplemente cereal germinado. Las condiciones para que germine son humedad, obscuridad y una temperatura cálida. Los cereales pueden germinar en cualquier recipiente, desde una botella de plástico de cinco galones hasta un bidón de 55 galones. El recipiente debe tener pequeños agujeros en el fondo o, en recipientes grandes, una válvula con filtro para que pueda salir el agua sin perder las semillas.
Empieze empapando el cereal hasta que los granos se puedan romper con los dedos y su interior esté blando. La cebada tarda entre ocho y doce horas, y el maiz mucho más. Después quite el agua y rocíe muchas veces al día con agua tibia. Esto se hace para mantener la humedad sin que esté empapado. Un exceso de agua lo pudrirá. Después de humedecerlo el agua cae hasta el fondo y sale por los agujeros o la válvula. La germinación producirá algo de calor. La temperatura óptima para que germine es de 80º F. Pero parece que la mayor parte de las enzimas se producen a 60º F. Al hacerlo en recipientes grandes tenga cuidado de que no se caliente demasiado. Si ocurre, se puede esparcir sobre un suelo de cemento en un lugar obscuro. En recipientes pequeños no se da este problema.
La germinación tarda cuatro días. La malta está lista cuando los brotes miden media pulgada.
Antes de usarla hay que triturarla. Se puede hacer con un molino o, a pequeña escala, se puede adaptar un triturador de basura potente. También se puede hacer en cualquier recipiente.
La malta sin secar se llama malta verde. Hay que usarla inmediatamente o secarla para que no se pudra. Se puede utilizar de la misma manera que malta seca, y normalmente no es necesario ajustar la cantidad para compensar su contenido de humedad porque la malta verde es un poco más activa.
Muchas empresas venden las enzimas de la malta. La manera de utilizarlas es muy parecida a la malta, y el resultado suele ser mejor.
Antes que nada, las enzimas son más baratas. Están hechas especialmente para el trabajo manual. El resultado es más predecible y el rendimiento es mejor.
Los tres tipos de enzimas disponibles comercialmente son alfa-, beta- y gluco-amilasas. La alfa-amilasa rompe las moléculas de almidón dando lugar a un glúcido llamado dextrosa. La beta-amilasa hace lo mismo dando lugar a maltosa. Estas dos enzimas juntas pueden descomponer el 85% del almidón. La gluco-amilasa puede descomponer el almidón restante, y la combinación de las tres puede descomponer casi todo el almidón.
Los dos mayores fabricantes de enzimas son Miles Laboratories y Nova Laboratories, como se indica en el apéndice. Las enzimas se usan casi igual que la malta. Sin embargo cada enzima requiere un pH, un tiempo y una temperatura ligeramente distintos, y lo mejor es seguir las recomendaciones del fabricante. En el capítulo diez se explica un procedimiento típico para usar con maiz las enzimas “Taka-Therm” y “Diazyme L-100” de Miles Laboratories.
El almidón y la celulosa se pueden descomponer con ácido.
Es un proceso relativamente sencillo, pero hace falta equipamiento resistente al ácido, grandes temperaturas y el empleo de ácido. Por ello no es recomendable para la producción a pequeña escala.
Básicamente, se diluye ácido mineral (normalmente sulfúrico) en la disolución antes de la cocción en una concentración de 1-4% en peso. Después se cuece la mezcla a 350º F.
La cocción y la descomposición del almidón ocurren a la vez. La mezcla se neutraliza inmediatamente después con hidróxido de calcio (cal), o con alguna otra base, y se fermenta como siempre.
La gran temperatura necesaria para este proceso se consigue con presión. La presión de vapor tiene que ser de 150 libras por pulgada cuadrada. Esto, y la necesidad de equipamiento resistente al ácido, hace este proceso inapropiado para los pequeños productores. Sin embargo es un proceso excelente a gran escala porque se tarda poco en cocer y fermentar, y puede hacerse continuamente.
El malteado se hace a 145-150º F. Como se explicará después, la fermentación empieza a 70-80º F. Entre estros dos pasos hay que enfriar la mezcla.
Uno de los mayores problemas con la cantidad de alcohol producido es el crecimiento de bacterias en la mezcla antes o durante la fermentación. La principal prortección es la acidez de la mezcla. Sin embargo puede haber contaminación con bacterias aunque se haga un control perfecto del pH. Esto ocurre normalmente durante el enfriamiento entre la cocción y la fermentación.
Cuando se da este problema la única solución (a parte de mejorar de higiene) es acortar el tiempo de enfriamiento tanto como sea posible. Así se limita el crecimiento de las bacterias. Por lo tanto puede que sea necesario poner un serpentín de refrigeración, como se explica en el capítulo trece. El serpentín de refrigeración es la mejor solución a largo plazo, pero si ocurre con poca frecuencia, en verano, puede servir una bolsa de plástico llena de hielo suspendida dentro de la mezcla. Asegurese de que la bolsa no pierda agua, que diluiría la mezcla.
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