UNIVERSIDAD ESTATAL DE BOLÍVAR Facultad de Ciencias Agropecuarias, Recursos Naturales y del Ambiente Carrera de Agroindustria PROYECTO DE INVESTIGACIÓN Tema: “OBTENCIÓN DE VODKA A PARTIR DE MAÍZ AMARILLO HIBRIDO (Zea mays – Emblema Ultra) Y MAÍZ BLANCO GRANO VITREO (Zea mays) UTILIZANDO ENZIMAS HIDROLIZANTES” Proyecto de Investigación previo a la obtención del título de Ingeniero/a Agroindustrial otorgado por la Universidad Estatal de Bolívar a través de la Facultad de Ciencias Agropecuarias, Recursos Naturales y del Ambiente, Carrera de Agroindustria. Autores: Danny Jorge Oyato Chacha Romero Villitanga Licia Nataly Tutor: Ing. Darwin Alberto Núñez Torres Mg. Guaranda – Ecuador 2025 III IV V VI VII VIII DEDICATORIA El camino Universitario ha sido largo y lleno de desafíos: Días y noches de esfuerzos, estrés e incertidumbre, sin saber si sería capaz de logarlo. Hoy al cumplir la meta quiero dedicar este trabajo de titulación a las personas que han sido mi mayor fuente de inspiración y fortaleza. A mis padres, María Cleofe Chacha y Lizardo Jorge Oyato, por ser el motor que impulsa mis sueños y por inculcarme el valor del estudio, el trabajo y la perseverancia. Gracias por su amor incondicional y por enseñarme que todo sacrificio tiene su recompensa. A mis hermanos Angel, Ruben, Lourdes, Milton, Consuelo y Nelly, por sus consejos, su apoyo constante y por motivarme a no rendirme, impulsándome siempre a seguir adelante y a aspirar a convertirme en un gran profesional y empresario. A mis maestros, quienes con su enseñanza y ejemplo contribuyeron a mi formación académica y personal, ayudándome a ser una persona de bien con solidos valores y conocimientos. Y a mis amigos, por acompañarme en cada etapa, en los buenos y malos momentos demostrándome lealtad y compañerismo inquebrantable. A todos ustedes, con gratitud y cariño dedico este logro. Danny Oyato IX DEDICATORIA Dedico este proyecto, en primer lugar, a Dios por haberme brindado la fortaleza espiritual y emocional necesaria para perseverar en la culminación de uno de los proyectos más significativos de mi vida como también a mi niñito de Isinche el cual es la finalización de mi carrera profesional. A mi hermana Lisbeth mi niña y mi abuelita elena a quienes recuerdo con profundo amor y gratitud, su presencia, aunque intangible ha sido fuente constante de inspiración, motivación y luz. Este logro también le pertenece pues representa el cumplimiento simbólico de un sueño que compartimos, y que ella no tuvo la oportunidad de concretar. Estoy convencida de que de haber tenido esa posibilidad habría llegado aún más lejos. A mis padres Gerardo y Josefina por su respaldo incondicional su guía permanente y por haber sido pilares fundamentales en mi desarrollo académico y personal. Su fe en mí ha sido esencial para alcanzar esta meta. A mi hermana Maribel, por su acompañamiento constante, por sus sabios consejos y por ser un ejemplo de fortaleza en medio de las adversidades. Su apoyo ha sido clave para mantenerme enfocada y seguir adelante. A mis hermanos Edwin, Marco, Klever y Byron, quienes han confiado plenamente en mi proceso formativo y me han brindado su respaldo de manera constante. A mi tía Martha a quien considero una segunda madre le agradezco profundamente su apoyo integral y su presencia constante en cada etapa de este camino. A mi querido tío Luis por sus oportunos consejos y por contribuir al fortalecimiento de mi carácter y convicciones. Este logro académico es el resultado de años de esfuerzo dedicación y sacrificio, pero también del acompañamiento invaluable de cada uno de ustedes. A todo mi más sincero agradecimiento y a mi estrellita en el cielo, gracias por permitirme llegar hasta aquí y tenerlos en mi vida. Nataly Romero X AGRADECIMIENTO Agradezco profundamente a Dios por escuchar siempre mi suplicas, peticiones, fortaleciendo mi espíritu y darme la perseverancia necesaria para no rendirme en este camino académico. A mi madre por su apoyo incondicional, tanto económico como físico, por su amor, esfuerzo y constante motivación. A mi padre y hermanos, gracias por estar siempre presente, por su compresión, compañía y por brindarme su apoyo en cada momento. Estor inmensamente agradecido con ustedes. A la universidad mi sincero reconocimiento por abrirme las puertas del conocimiento y la excelencia, por contar con docentes comprometidos que han compartido su sabiduría con dedicación. Al Centro de Investigación, por su colaboración y por facilitar los equipos necesarios para el desarrollo de esta tesis. De manera especial expreso mi agradecimiento al Ing. Jorge Cordero por sus valiosos consejos, orientación y apoyo constante durante la elaboración de este proyecto. Finalmente, mi gratitud a todas las personas que de una u otra manera, me brindaron su ayuda, ánimos y compañía en este proceso. Que Dios me los bendiga y guie cada uno de nuestros caminos. Danny Oyato XI AGRADECIMIENTO Agradezco en primer lugar a Dios, fuente de fortaleza y sabiduría, por haberme sostenido a lo largo de este proceso formativo. Extiendo este agradecimiento de manera especial a quienes considero mis ángeles en el cielo: mi querida hermana Lisbeth y mi abuelita Elena. Su memoria ha sido una inspiración constante y un motor emocional que me impulsó a continuar y cumplir con el compromiso que un día hice mirando al cielo: dedicar cada uno de mis logros a mi niña Lisbeth. Estoy convencida de que de haber tenido la oportunidad habría alcanzado metas aún más altas. Este es solo el primero de muchos logros que compartimos espiritualmente y que siempre le llevare presente. A mis padres, Gerardo y Josefina, les expreso mi más profundo agradecimiento por su acompañamiento permanente, apoyo incondicional y por no haberme dejado sola en ningún momento del proceso. Su presencia ha sido fundamental para alcanzar esta meta académica. A mi hermana Maribel, gracias por su constante interés en mi bienestar por sus consejos sabios y por motivarme a perseverar, incluso en los momentos más complejos. Ha sido un sostén emocional invaluable y que sea un orgullo para mi sobrino Liam. A mi hermano mayor, Edwin, por su atención, compromiso y respaldo permanente. Así mismo a mis hermanos Marco, Klever y Byron, quienes han estado presentes cuando más los he necesitado, brindándome su apoyo con generosidad y afecto. Agradezco también a todas las personas que de una u otra forma formaron parte de este proceso brindándome su aliento y apoyo. De manera especial extiendo mi gratitud al Ing. Darwin Núñez tutor de esta tesis, por su guía académica, asesoramiento oportuno y por contribuir al desarrollo de este trabajo investigativo. Nataly Romero XII ÍNDICE CONTENIDO Pág. CAPÍTULO I ............................................................................................................ 1 1.1 INTRODUCCIÓN .................................................................................. 1 1.2 PROBLEMA ........................................................................................... 3 1.3 OBJETIVOS ........................................................................................... 5 1.3.1 Objetivo General ................................................................................. 5 1.3.2 Objetivo Específico ............................................................................. 5 1.4 HIPÓTESIS ............................................................................................. 6 1.4.1 Hipótesis Nula (H₀) ............................................................................. 6 1.4.2 Hipótesis Alterna (H₁) ......................................................................... 6 CAPITULO II .......................................................................................................... 7 2. MARCO TEÓRICO ........................................................................................ 7 2.1. Maíz.......................................................................................................... 7 2.1.1. Ciclo de producción del maíz ............................................................ 7 2.1.2. Maíz Amarillo Variedad Emblema Ultra (Zea mays - Emblema Ultra) ......................................................................................................... 8 2.1.2.1. Generalidades .......................................................................... 8 2.1.2.2. Características de maíz amarillo (Zea mays - Emblema Ultra)8 2.1.2.3. Clasificación taxonómica del maíz amarillo (Zea mays - Emblema Ultra) ........................................................................................... 9 2.1.2.4. Estructura del maíz .................................................................. 9 XIII 2.1.2.5. Composición química de maíz amarillo (Zea mays - Emblema Ultra) ............................................................................................... 10 2.1.2.6. Producción del cultivo........................................................... 11 2.1.3. Maíz blanco grano vitreo - Zea mays (morocho) .......................... 11 2.1.3.1. Características del maíz blanco ............................................. 11 2.1.3.2. Clasificación taxonómica del maíz blanco (Zea mays) ......... 12 2.1.3.3. Estructura del maíz blanco .................................................... 12 2.1.3.4. Composición química del maíz blanco (grano vitreo) .......... 13 2.1.3.5. Producción de cultivo ............................................................ 13 2.2. Levaduras .......................................................................................... 14 2.2.2. Tipos de levaduras......................................................................... 14 2.2.2.1. Saccharomyces cerevisiae ..................................................... 14 2.2.2.2. Saccharomyces pastorianus .................................................. 14 2.2.2.3. Saccharomyces bayanus........................................................ 14 2.3.1.1. Incubación Saccharomyces bayanus ..................................... 14 2.3. Enzimas ............................................................................................. 15 2.3.2. Función de las enzimas ................................................................. 15 2.3.3. Tipos de enzimas ........................................................................... 15 2.3.3.1. Alphamyl SB1 ........................................................................ 15 2.3.3.2. Endozym AMG ...................................................................... 16 2.4. Hidrólisis ........................................................................................... 16 2.5. Destilación......................................................................................... 17 2.5.1. Destilación Fraccionada ................................................................ 17 2.5.1.1. Ley de Raoult y equilibrio líquido-vapor .............................. 18 XIV 2.5.1.2. Ecuación de McCabe–Thiele ................................................ 18 2.5.1.3. Relación de reflujo ................................................................ 19 2.5.1.4. Balance global de la columna ............................................... 19 2.6. Bebidas alcohólicas ........................................................................... 20 2.6.1. Clasificación de bebidas alcohólicas ............................................. 20 2.7. Fermentación ..................................................................................... 21 2.7.1. Fases de la fermentación ............................................................... 21 2.7.2. Tipos de fermentación ................................................................... 22 2.7.2.1. Fermentación de almidones................................................... 22 2.7.2.2. Fermentación de azúcares ......................................................... 22 2.8. Tipos de alcohol ................................................................................ 22 2.8.1. Alcohol etílico o etanol ................................................................. 22 2.8.2. Alcohol metílico o metanol ........................................................... 23 2.8.3. Alcohol isopropílico o isopropanol ............................................... 24 2.8.4. Fulfurante ...................................................................................... 25 2.9. Vodka ................................................................................................ 25 2.9.1. Características del vodka............................................................... 25 2.9.2. Normas INEN para la elaboración del vodka ............................... 26 2.9.3. Tipos de vodka .............................................................................. 26 2.9.3.1. Vodka de cereales ................................................................. 26 2.9.3.2. Vodka de tubérculos .............................................................. 27 2.9.3.3. Vodka de maíz....................................................................... 27 2.9.3.4. Vodka de frutas ..................................................................... 27 2.9.3.5. Vodka de maíz amarillo ........................................................ 28 XV 2.9.3.6. Vodka de maíz blanco grano vítreo ...................................... 28 2.10. Análisis de costo de producción ........................................................ 28 2.11. Cromatografía Gaseosa ..................................................................... 28 CAPITULO III ....................................................................................................... 30 3. MARCO METODOLÓGICO ................................................................... 30 3.1. Ubicación de la investigación ........................................................... 30 3.1.1. Localización de la investigación ................................................... 30 3.1.2. Situación geográfica y edafoclimática .......................................... 30 3.1.3. Zona de vida .................................................................................. 31 3.2. Metodología ...................................................................................... 31 3.2.1. Material en estudio ........................................................................ 31 3.2.2. Factores de estudio ........................................................................ 33 3.2.3. Tratamientos .................................................................................. 33 3.2.4. Características del experimento .................................................... 33 3.2.5. Tipo de diseño experimental ......................................................... 34 3.2.6. Manejo de la investigación............................................................ 34 3.2.6.1. Análisis bromatológicos de la materia prima ........................ 34 3.2.6.2. Análisis cromatográfico ........................................................ 35 3.2.6.3. Técnica para el análisis en cromatografía gaseosa ................ 35 3.2.6.4. Simulación del proceso de destilación .................................. 35 3.2.6.5. Proceso de elaboración del vodka ......................................... 36 3.2.6.6. Descripción del proceso de elaboración de vodka ................ 37 3.2.7. Métodos de evaluación ...................................................................... 38 CAPITULO IV ....................................................................................................... 40 XVI 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN................................................................... 40 4.1. Interpretación de resultados .................................................................. 40 4.1.1. Caracterizar bromatológicamente la materia prima ........................ 40 4.1.2 Determinar el mejor tratamiento para la elaboración del vodka a partir de maíz amarillo y maíz blanco con base en la eficiencia de fermentación y rendimiento de alcohol. .................................................... 41 4.1.2.1 Eficiencia de fermentación ........................................................ 41 4.1.2.2. Rendimiento de alcohol............................................................ 45 4.1.3. Analizar los alcoholes superiores del mejor tratamiento ................ 49 4.1.4. Realizar un análisis de costo de producción ................................... 50 4.2. Comprobación de hipótesis ............................................................... 51 CAPITULO V ........................................................................................................ 53 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................ 53 5.1. CONCLUSIONES ............................................................................ 53 5.2. RECOMENDACIONES ................................................................... 55 BIBLIOGRAFÍA.................................................................................................... 56 ANEXOS................................................................................................................ 72 XVII ÍNDICE DE TABLAS N° DETALLE Pág. 1 Taxonomía del maíz amarillo............................................................................ 9 2 Porcentajes de composiciones químicas del maíz ........................................... 10 3 Taxonomía del maíz blanco variedad grano vitreo ......................................... 12 4 Composición del maíz ..................................................................................... 13 5 Ficha técnica de la enzima Alphamyl SB1....................................................... 16 6 Ficha técnica de la enzima Endozym AMG ..................................................... 16 7 Localización de la investigación ..................................................................... 30 8 Descripción geográfica del lugar de estudio ................................................... 30 9 Factores de estudio .......................................................................................... 33 10 Combinación de tratamientos de los factores................................................. 33 11 Características del experimento ..................................................................... 33 13 Análisis bromatológicos de la materia prima ................................................. 34 14 Análisis bromatológico del maíz amarillo ..................................................... 40 15 Análisis bromatológico del maíz blanco ........................................................ 41 16 ANOVA de la eficiencia de fermentación ..................................................... 42 17 Prueba de rangos múltiples ............................................................................ 43 18 ANOVA para el rendimiento de alcohol ........................................................ 45 19 Medias por Mínimos Cuadrados para dilución con 95% de confianza .......... 46 20 Prueba de rangos múltiples para dilución ...................................................... 47 21 Resultados análisis cromatográfico ................................................................ 49 22 Comparación de los resultados con la NTE INEN 369.................................. 50 23 Comprobación de los valores F en el rendimiento de alcohol .…….. ……..50 XVIII ÍNDICE DE FIGURAS N° DETALLE Pág. 1 Maíz amarillo Emblema Ultra ............................................................................ 8 2 Partes de la semilla del maíz ............................................................................ 10 3 Grano de maíz variedad grano vitreo .............................................................. 11 4 Partes del grano de maíz variedad vitreo ........................................................ 13 5 Sistema de destilación fraccionada en laboratorio .......................................... 17 6 Diagrama de las fases de la fermentación alcohólica...................................... 22 7 Fórmula desarrollada del alcohol etílico ......................................................... 23 8 Fórmula desarrollada del alcohol metílico ...................................................... 24 9 Fórmula desarrollada del alcohol isopropílico ................................................ 24 10 Fórmula desarrollada del fulfural ................................................................... 25 11 Simulación del proceso de destilación fraccionada ....................................... 35 12 Diagrama de flujo para la elaboración de vodka ............................................ 36 13 Gráfica de medias ........................................................................................... 43 14 Gráfico de medias del factor B....................................................................... 44 15 Gráfica de interacciones entre los factores de estudio ................................... 44 16 Gráfica de medias para dilución Factor A...................................................... 47 17 Gráfica de medias para dilución Factor B ...................................................... 48 18 Gráfica de interacciones entre los factores de estudio ................................... 48 XIX ÍNDICE DE ANEXOS N° DETALLE Pág. 1 Mapa y coordenadas del laboratorio de vinculación de la UEB ...................... 72 2 Mapa y coordenadas del laboratorio general de la UEB .................................. 72 3 Análisis bromatológico del maíz amarillo ....................................................... 73 4 Análisis bromatológico del maíz blanco .......................................................... 74 5 Análisis del contenido de almidón ................................................................... 75 6 Análisis de cromatografía gaseosa ................................................................... 76 7 Normativa Técnica Ecuatoriana. Bebidas alcohólicas. Vodka. Requisitos ..... 77 8 Ecuación para la estandarización ..................................................................... 78 9 Evidencia fotográfica del desarrollo del trabajo de investigación ................... 79 XX RESUMEN El presente estudio tuvo como objetivo obtener vodka a partir de maíz amarillo híbrido (Zea mays – Emblema Ultra) y maíz blanco de grano vítreo (Zea mays), empleando enzimas hidrolizantes Alphamyl SB1 (α-amilasa termoestable) y Endozym AMG (glucoamilasa) para la conversión de almidones y Saccharomyces cerevisiae como agente fermentador. La investigación se fundamentó en el limitado aprovechamiento agroindustrial del maíz en Ecuador, lo que restringe las posibilidades de diversificación económica y expone a los productores a la dependencia de precios de mercado, generando desventajas competitivas. Se realizaron análisis bromatológicos de humedad, cenizas y almidón de las materias primas, conforme a la NTE INEN 187 (2013). A nivel experimental se evaluaron las variedades de maíz y la temperatura de fermentación, determinando su incidencia en la eficiencia fermentativa y el rendimiento alcohólico. Del tratamiento más eficiente, y de acuerdo con la NTE INEN 2014, se determinó mediante cromatografía de gases la fracción volumétrica de alcohol, así como la presencia de metanol, furfural y alcoholes superiores. Los datos fueron procesados mediante ANOVA multifactorial y comparación de medias al 95 % de confianza. Los resultados mostraron que el maíz amarillo presentó mayor contenido de almidón (67,31 %) respecto al blanco (64,94 %), mientras que este último registró un mayor contenido de cenizas (1,53 % frente a 1,19 %). En ambos casos, la humedad se mantuvo alrededor del 11 %, cumpliendo con la NTE INEN 187 (2013). El mejor tratamiento correspondió al uso de maíz amarillo a una temperatura de fermentación de 28 °C, alcanzando un volumen de 230,66 ml tras triple destilación, con un contenido alcohólico de 92 % v/v. Los resultados cromatográficos evidenciaron un nivel de alcoholes superiores de 0,5 mg/100 cm³ AA, un contenido alcohólico final de 43 % v/v, y concentraciones de metanol y furfural < 0,01 mg/100 cm³ AA. En función de estos hallazgos, el producto obtenido cumplió con los requisitos establecidos en la Norma Ecuatoriana INEN 369 (2016) para vodka. Palabra claves: Maíz, enzimas, levadura, fermentación, destilación, alcohol. XXI SUMMARY The objective of this study was to obtain vodka from hybrid yellow corn (Zea mays – Emblema Ultra) and white vitreous corn (Zea mays), using Alphamyl SB1 (thermostable α-amylase) and Endozym AMG (glucoamylase) hydrolyzing enzymes for starch conversion and Saccharomyces cerevisiae as a fermenting agent. The research was based on the limited agro-industrial use of corn in Ecuador, which restricts the possibilities for economic diversification and exposes producers to dependence on market prices, creating competitive disadvantages. Bromatological analyses of moisture, ash, and starch in the raw materials were performed in accordance with NTE INEN 187 (2013). At the experimental level, corn varieties and fermentation temperature were evaluated, determining their impact on fermentation efficiency and alcohol yield. From the most efficient treatment, and in accordance with NTE INEN 2014, the volumetric fraction of alcohol was determined by gas chromatography, as well as the presence of methanol, furfural, and higher alcohols. The data were processed using multifactorial ANOVA and comparison of means at a 95% confidence level. The results showed that yellow corn had a higher starch content (67.31%) than white corn (64.94%), while the latter had a higher ash content (1.53% vs. 1.19%). In both cases, moisture content remained around 11%, complying with NTE INEN 187 (2013). The best treatment was the use of yellow corn at a fermentation temperature of 28°C, reaching a volume of 230.66 ml after triple distillation, with an alcohol content of 92% v/v. Chromatographic results showed a level of higher alcohols of 0.5 mg/100 cm³ AA, a final alcohol content of 43% v/v, and methanol and furfural concentrations < 0.01 mg/100 cm³ AA. Based on these findings, the product obtained met the requirements established in Ecuadorian Standard INEN 369 (2016) for vodka. Keywords: Corn, enzymes, yeast, fermentation, distillation, alcohol. 1 CAPÍTULO I 1.1 INTRODUCCIÓN La producción de bebidas alcohólicas destiladas ha sido una práctica milenaria que ha evolucionado con el tiempo mediante la aplicación de conocimientos científicos y tecnológicos. Entre estas bebidas, el vodka se destaca por su pureza, neutralidad sensorial y versatilidad en su producción, la cual puede realizarse a partir de una amplia gama de materias primas ricas en almidón, como papas, granos y, en particular, el maíz. La elección del tipo de grano, el tratamiento previo y el proceso de fermentación y destilación, son factores determinantes en la calidad del producto final (López S. , 2023). En este contexto, el maíz representa una alternativa viable y estratégica para la elaboración de vodka, debido a su alta disponibilidad, contenido de almidón y adaptabilidad agronómica. En Ecuador, variedades como el maíz amarillo híbrido (Zea mays – Emblema Ultra) y el maíz blanco de grano vítreo (Zea mays) se cultivan extensamente y presentan características adecuadas para su aprovechamiento industrial, no solo como alimento, sino también como materia prima en la industria de bebidas alcohólicas (Weiss & et al , 2023). El proceso de obtención de vodka a partir de maíz implica una conversión eficiente del almidón en azúcares fermentables, lo cual puede optimizarse mediante el uso de enzimas hidrolizantes. Estas enzimas, como la alfa-amilasa y la glucoamilasa, permiten una hidrólisis más controlada y eficiente del almidón, mejorando el rendimiento en etanol y la calidad sensorial del producto. La aplicación de estos biocatalizadores en procesos biotecnológicos representa un avance en la eficiencia y sostenibilidad de la producción de destilados (Ordóñez, 2022). En Ecuador, si bien existe una amplia tradición en la producción de bebidas fermentadas y destiladas artesanales, como la chicha de jora, el pájaro azul o las puntas, aún es limitado el desarrollo industrial de productos destilados a partir de cultivos nacionales con valor agregado. En este sentido, la presente investigación busca contribuir al aprovechamiento del potencial agrícola del maíz, explorando su transformación en un producto de alta calidad como el vodka, mediante un proceso biotecnológico que involucra el uso de enzimas hidrolizantes (Chipre , 2021). 2 Por tanto, esta tesis tiene como objetivo principal la obtención de vodka a partir de maíz amarillo híbrido (Zea mays – Emblema Ultra) y maíz blanco grano vítreo (Zea mays), evaluando el rendimiento fermentativo y destilativo, así como las características fisicoquímicas y organolépticas del producto final. Este estudio busca aportar al desarrollo de una alternativa innovadora y sustentable en la industria de bebidas alcohólicas ecuatoriana, promoviendo el uso eficiente de los recursos agrícolas locales. 3 1.2 PROBLEMA El maíz constituye uno de los cereales más importantes a nivel global, no solo por su relevancia en la seguridad alimentaria, sino también por su papel en la industria pecuaria y en la producción de biocombustibles. Sin embargo, el cultivo enfrenta desafíos significativos relacionados con la baja diversificación de sus usos en determinados mercados, lo que genera dependencia de sectores específicos y limita el desarrollo de cadenas de valor más amplias. A esto se suman los problemas de volatilidad en los precios internacionales, la competencia entre granos para consumo humano y animal, así como la presión por innovar en productos derivados que permitan mayor sostenibilidad económica para los productores. En este sentido, la falta de valor agregado en muchas regiones productoras de maíz se traduce en menores márgenes de rentabilidad y en vulnerabilidad frente a las dinámicas del comercio mundial (Peña , 2020). En América Latina, el maíz es un cultivo estratégico tanto en términos económicos como culturales, ya que forma parte de la dieta básica y de la economía agrícola de millones de familias. Sin embargo, gran parte de la producción regional, especialmente del maíz amarillo, se destina casi de manera exclusiva a la alimentación animal y a la elaboración de balanceados. Esta situación genera una fuerte dependencia de la industria pecuaria y limita el aprovechamiento del potencial del maíz en áreas como la innovación agroindustrial, la producción de insumos para la industria alimentaria y el desarrollo de bioproductos. Asimismo, los productores latinoamericanos enfrentan desventajas comerciales debido a la falta de políticas que aseguren precios justos y mecanismos de comercialización eficientes, lo que repercute en ingresos reducidos y en una competitividad limitada frente a mercados internacionales con mayor nivel de transformación industrial (Estrada M. , 2021). En el caso de Ecuador, el maíz amarillo es el cultivo transitorio más extendido, con una producción estimada de 1,38 millones de toneladas en el año 2021, de las cuales entre el 78% y 80% corresponden a maíz duro destinado a la alimentación animal. De manera paralela, el maíz blanco (particularmente el morocho) presenta un uso casi exclusivo en la preparación de bebidas tradicionales, con escasas aplicaciones 4 en otros sectores productivos. Este limitado aprovechamiento del grano reduce las posibilidades de diversificación económica y aumenta la dependencia de precios de mercado que, según el Banco Central del Ecuador, suelen ser desfavorables para los agricultores, ya que los comerciantes frecuentemente no respetan los valores oficiales de compra. En consecuencia, los productores ven reducida su rentabilidad y limitada su capacidad de innovación. Esta problemática evidencia la necesidad de explorar alternativas de valor agregado que diversifiquen el uso del maíz amarillo y del morocho, fomentando su transformación en productos de mayor demanda y estabilidad económica (Chávez & et al , 2020). Por lo que, para esta investigación planteamos la siguiente pregunta, ¿Cómo se pueden desarrollar alternativas de aprovechamiento para el maíz amarillo y el morocho que permitan diversificar su uso más allá de la alimentación animal y las bebidas tradicionales, respectivamente, contribuyendo así a maximizar su potencial económico y productivo? 5 1.3 OBJETIVOS 1.3.1 Objetivo General Obtener vodka a partir de maíz amarillo hibrido (Zea mays – Emblema Ultra) y maíz blanco grano vitreo (Zea mays) utilizando enzimas hidrolizantes. 1.3.2 Objetivo Específico • Caracterizar bromatológicamente la materia prima. • Determinar el mejor tratamiento para la elaboración del vodka a partir de maíz amarillo y maíz blanco con base en la eficiencia de fermentación y rendimiento de alcohol. • Analizar los alcoholes superiores del mejor tratamiento. • Realizar un análisis de costos de producción. 6 1.4 HIPÓTESIS 1.4.1 Hipótesis Nula (H₀) No existe una diferencia significativa en el rendimiento de alcohol del vodka obtenido entre el maíz amarillo híbrido (Zea mays-Emblema Ultra) y el maíz blanco grano vítreo (Zea mays) al utilizar enzimas en el proceso. 𝚮𝟎: 𝝁𝟏 = 𝝁𝟐 1.4.2 Hipótesis Alterna (H₁) Si existe una diferencia significativa en el rendimiento de alcohol del vodka entre ambos tipos de maíz al utilizar enzimas en el proceso. 𝚮𝟏: 𝝁𝟏 ≠ 𝝁𝟐 7 CAPITULO II 2. MARCO TEÓRICO 2.1. Maíz El maíz (Zea mays) es uno de los cereales más importantes a nivel mundial, no solo por su uso como alimento para humanos y animales, sino también por ser materia prima en la elaboración de diversos productos industriales. Esta planta, conocida comúnmente como maíz, deriva su nombre de la palabra taína mays, utilizada por los indígenas del Caribe para referirse a ella. Zea mays es una gramínea anual originaria de América que fue introducida en Europa en el siglo XVI. Actualmente, es el cereal con mayor producción global, superando al trigo y al arroz. El término Zea tiene su origen en el griego Zeo, que significa "vivir". Además, dependiendo de la región, este cereal recibe distintos nombres en español, como oroña, danza, zara, millo, mijo o panizo (Jaime, 2024). 2.1.1. Ciclo de producción del maíz El ciclo de producción del maíz (Zea mays L.) comprende un conjunto de etapas fenológicas que inician con la siembra y culminan con la cosecha, las cuales están determinadas por factores genéticos, ambientales y de manejo agronómico. Dicho ciclo puede variar entre 90 y 180 días, dependiendo de la variedad cultivada y de las condiciones agroclimáticas del entorno (Granados & et al, 2023). En la fase de establecimiento, se realiza la preparación del suelo mediante labores de arado y nivelación, seguidas de la siembra, que puede efectuarse de manera manual o mecanizada. La germinación ocurre generalmente entre los 5 y 10 días posteriores, siempre que existan niveles adecuados de humedad y temperatura. Posteriormente, se desarrolla la etapa vegetativa, caracterizada por el crecimiento de hojas, raíces y tallo. Durante este período, el maíz requiere un suministro constante de nutrientes, principalmente nitrógeno, fósforo y potasio, así como un manejo adecuado del riego y el control de malezas y plagas (Andrade & et al, 2023). La fase reproductiva se divide en la floración y el llenado de grano. En la floración, ocurre la emisión de la espiga y la seda, proceso crítico para la polinización y el cuajado de granos. La sincronía entre la liberación de polen y la receptividad de las 8 sedas es determinante para lograr altos rendimientos. En el llenado de grano, se da la acumulación de almidón, proteínas y lípidos, factores que definen tanto la calidad como el rendimiento del cultivo. Finalmente, en la fase de madurez fisiológica, los granos alcanzan su contenido máximo de materia seca y disminuyen progresivamente sus niveles de humedad, permitiendo su cosecha. Este momento es clave para evitar pérdidas postcosecha y garantizar la conservación del producto (Guamán & et al, 2020). Figura 1 Maíz amarillo Emblema Ultra Nota. Tomando de (Mancheno & et al, 2024). 2.1.2. Maíz Amarillo Variedad Emblema Ultra (Zea mays - Emblema Ultra) 2.1.2.1. Generalidades El maíz Emblema Ultra es un híbrido de maíz amarillo (Zea mays) desarrollado por la empresa Interoc en Ecuador. Fue lanzado al mercado ecuatoriano en mayo de 2022, durante un evento en el cantón Buena Fe, provincia de Los Ríos. En los últimos años el maíz amarillo (Zea mays Emblema Ultra) duro que se cultiva principalmente en la costa ha tenido incrementos importantes es el rendimiento, a las innovaciones el uso de semillas certificadas, técnicas de nutrición de cultivo, riego y cadena de valor (Albán & et al, 2023). Ahora su cultivo se ha extendido a muchos países de las regiones templadas y cálidas del mundo, tanto como planta alimenticia, también es excelente para forraje y para aplicaciones industriales (Mestanza & et al , 2025). 2.1.2.2.Características de maíz amarillo (Zea mays - Emblema Ultra) Según Interoc (2022) el maíz amarillo emblema Ultra se caracteriza por su alto rendimiento y resultados superiores en comparación con otras variedades. Aunque las fuentes disponibles no detallan todas las características específicas del Emblema 9 Ultra, se sabe que está diseñado para adaptarse a las condiciones agroclimáticas de las zonas maiceras de Ecuador, ofreciendo a los agricultores una opción tecnológica avanzada para mejorar su producción. Su alto rendimiento y adaptabilidad a las condiciones locales, brindando a los agricultores una opción eficiente para optimizar su producción de maíz. 2.1.2.3. Clasificación taxonómica del maíz amarillo (Zea mays - Emblema Ultra) Según Conterón (2021) la clasificación taxonómica se define en: Tabla 1 Taxonomía del maíz amarillo Reino Plantae División Magnoliophyta Clase Liliopsida Orden Poales Familia Poaceae Barnhart Genero Zea Especie Z. Maíz Nota. Tomado de Conterón ( 2021). 2.1.2.4. Estructura del maíz • Pericarpio: Es la capa externa que envuelve al grano, actuando como una barrera protectora contra agentes externos como hongos y bacterias. Está compuesto principalmente por fibra cruda (aproximadamente 86%) y se caracteriza por su dureza y aspecto brillante (Praseptiangga et al., 2022). • Endospermo: Alrededor del 82 por ciento del peso seco del grano de maíz consiste en endospermo. El almidón es la fuente principal y la parte más utilizada del grano. Se lo conoce como el componente clave en combustibles, edulcorantes, bioplásticos y otros productos. • Germen: Se localiza en la zona más baja del grano, ocupa una buena parte del grano de maíz, para ser más exactos un 9 a 12% del volumen del grano. Tiene como objetivo funcionar a modo de semilla, ya que se encarga de generar mediante la germinación una nueva planta de maíz. Esta parte del grano se encuentra en la zona mas baja la cual ocupa una gran parte del maíz 10 y tiene como objetivo ser utilizado modo semilla ya que es el lugar donde se genera la zona de germinación una nueva vida o planta. (Analuisa & et al, 2023). Figura 2 Partes de la semilla del maíz Nota. Tomado de (Estrada & et al, 2023) 2.1.2.5.Composición química de maíz amarillo (Zea mays - Emblema Ultra) El maíz amarillo (Zea mays) es un cereal de gran importancia nutricional y económica un estudio realizado en 2020 por la Universidad Autónoma de Querétaro se centró en la caracterización física, química y nutracéutica de tres variedades de maíz criollo pigmentado (blanco, amarillo y negro). Aunque este estudio no aborda específicamente la variedad “Emblema Ultra”, proporciona datos valiosos sobre la composición química del maíz amarillo criollo (Martínez, 2023). Según la calidad nutricional y las propiedades nutracéuticas del maíz. Esta fuente ofrece información general sobre la composición química y el valor nutricional del maíz, incluyendo aspectos como el contenido de proteínas, carbohidratos, almidón y carotenoides en variedades de maíz amarillo (Martínez, 2023). Tabla 2 Porcentajes de composiciones químicas del maíz Componente Porcentaje% Almidón 72-73 Proteínas 8-11 Grasas 3 Ceniza 1,43 Azúcar 1-3 Nota. Tomado de Gopal ( 2022). 11 2.1.2.6.Producción del cultivo La producción de maíz en Ecuador generó ventas que alcanzaron los 228,6 millones de dólares. En el sector de Quimis, provincia de Manabí, productores han reportado los beneficios del uso de Emblema Ultra, destacando rendimientos de hasta 225 quintales por hectárea con una densidad de siembra de 78.000 plantas por hectárea (Analuisa, Análisis y caracterización de la cadena de valor del maíz duro en la provincia de Manabí –Ecuador, 2022). A nivel nacional, Ecuador cuenta con un área promedio de siembra anual de 250.000 hectáreas, lo que representa una producción aproximada de 1,4 millones de toneladas, siendo las provincias de Los Ríos, Manabí y Guayas las principales zonas productoras (Albán & et al, 2024). 2.1.3. Maíz blanco grano vitreo - Zea mays (morocho) En el Ecuador, el Instituto Nacional Autónomo de Investigaciones Agropecuarias (INIAP) desarrolló la variedad mejorada INIAP-160 a partir de la población básica Morocho Blanco (Pool Andino 7). Esta variedad fue seleccionada por sus altos rendimientos y estabilidad, tras evaluaciones en 31 localidades durante siete años (Salvador & Pedrosa , 2020). Figura 3 Grano de maíz variedad grano vitreo Nota. Tomado de (Zambrano & et al, 2019). 2.1.3.1. Características del maíz blanco El maíz blanco, conocido en Ecuador como "morocho", es una variedad de Zea mays caracterizada por sus granos de color blanco y textura harinosa. La variedad mejorada INIAP-160 de maíz morocho blanco muestra una mayor precocidad en comparación con las variedades locales, lo que permite una cosecha más temprana (Ramírez & et al, 2021). 12 2.1.3.2.Clasificación taxonómica del maíz blanco (Zea mays) El maíz blanco, conocido en Ecuador como (morocho) es una variedad de Zea mays que se clasifica taxonómicamente de la siguiente manera (Velasco & et al, 2020). Tabla 3 Taxonomía del maíz blanco variedad grano vitreo Reino Plantae División Magnoliophyta Clase Liliopsida Orden Poales Familia Poaceae Genero Zea Especie Zea maíz Nota. Tomado de (Morales, 2021). 2.1.3.3.Estructura del maíz blanco • Pericarpio: Es la capa externa que envuelve al grano, actuando como una barrera protectora contra agentes externos como hongos y bacterias. Está compuesto principalmente por fibra cruda (aproximadamente 86%) y se caracteriza por su dureza y aspecto brillante (Praseptiangga & et al, 2022). • Endospermo: Alrededor del 82 por ciento del peso seco del grano de maíz consiste en endospermo. El almidón es la fuente principal y la parte más utilizada del grano. Se lo conoce como el componente clave en combustibles, edulcorantes, bioplásticos y otros productos. • Germen: Esta parte se encuentra ubicado en la parte inferior del grano y representa aproximadamente entre el 9 y el 12 % de su volumen total lo cual su función principal es actuar como la parte reproductiva ya que a través de la germinación permite el desarrollo de una nueva planta de maíz. El germen contiene elevadas concentraciones de vitaminas, minerales, proteínas, lípidos y azucares. 13 Figura 4 Partes del grano de maíz variedad vitreo Nota. Tomado de Gutiérrez (2024). 2.1.3.4.Composición química del maíz blanco (grano vitreo) El maíz blanco, conocido en Ecuador como "morocho", es una variedad de Zea mays. que se caracteriza por su composición química rica en nutrientes esenciales como: proteínas, grasas, fibra, almidón, minerales, vitaminas y aminoácidos esenciales. Aunque el maíz es deficiente en ciertos aminoácidos como lisina y triptófano, las variedades mejoradas han mostrado un aumento en estos componentes, mejorando la calidad proteica del grano (Chan & et al , 2020). Tabla 4 Composición del maíz Componente Porcentaje% Almidón 72-73 Proteínas 8-11 Grasas 3 Ceniza 1,43 Azúcar 1-3 Nota. Tomado de (Gopal & et al, 2022). 2.1.3.5.Producción de cultivo En 2021, Ecuador sembró aproximadamente 355,000 hectáreas de maíz, con una producción estimada de 1,38 millones de toneladas. De esta producción, entre el 78% y el 80% corresponde a maíz duro, mientras que el 20% al 22% es maíz suave (Zambrano & Caviedes, 2022). El Instituto Nacional Autónomo de Investigaciones Agropecuarias (INIAP) ha desarrollado tecnologías y variedades de maíz para mejorar la productividad y adaptabilidad del cultivo en diversas regiones del país. 14 2.2. Levaduras Las levaduras son un microorganismo unicelular, generalmente un hongo, que se utiliza en diversos procesos biotecnológicos, como la fermentación para la producción de pan, cerveza, vino y otros productos. La especie más comúnmente utilizada es Saccharomyces cerevisiae, aunque existen otras variedades con aplicaciones específicas en la industria alimentaria, farmacéutica y biotecnológica (Maicas, 2020). 2.2.2. Tipos de levaduras 2.2.2.1.Saccharomyces cerevisiae Es la levadura más utilizada en la fermentación alcohólica debido a su alta tolerancia al alcohol y su capacidad para fermentar una amplia gama de azúcares. Contribuye a la producción de etanol y puede influir en el perfil de sabor del destilado (López & García , 2020). 2.2.2.2.Saccharomyces pastorianus Utilizada en la producción de cervezas lager, esta levadura es conocida por su capacidad para fermentar a temperaturas más bajas, lo que puede resultar en perfiles de sabor más limpios y menos esteres (Timouma & et al, 2021). 2.2.2.3.Saccharomyces bayanus Esta levadura es resistente a altas concentraciones de alcohol y se emplea en la fermentación de vinos espumosos y champán. Su uso en la destilación de vodka podría influir en la eficiencia de la fermentación y en la producción de alcohol (Rodas & et al, 2024). 2.2.2.4. Incubación Saccharomyces bayanus Según Dimopoulou y colaboradores (2023) durante la fermentación alcohólica, S. bayanus convierte los azúcares presentes en el mosto en etanol y dióxido de carbono. Además, esta levadura produce compuestos volátiles como ésteres y alcoholes superiores, que pueden influir en el perfil aromático de la bebida, es conocida por su tolerancia a bajas temperaturas de fermentación, típicamente entre 15 10 °C y 15 °C lo que ayuda a reducir la formación de compuestos no deseados y a preservar un perfil de sabor limpio en el producto final. 2.3. Enzimas Las enzimas son proteínas que actúan como catalizadores biológicos, acelerando las reacciones químicas dentro de los organismos vivos. Son esenciales en procesos biológicos como la digestión, la síntesis de moléculas y la descomposición de compuestos. Las enzimas tienen un sitio activo específico donde se unen con las moléculas llamadas substratos y las convierten en productos a través de reacciones químicas (Lewis & Stone, 2023). 2.3.1. Función de las enzimas Según Yu y colaboradores (2023) las enzimas desempeñan un papel fundamental en la producción de vodka, facilitando la conversión de almidones presentes en materias primas como granos o patatas en azúcares fermentables, que posteriormente se transforman en alcohol. El calor activa las enzimas naturales presentes en los granos, como las amilasas, que descomponen los almidones en azúcares simples fermentables. Las enzimas continúan facilitando la descomposición de moléculas complejas, asegurando una fermentación eficiente y una mayor producción de alcohol. las enzimas son esenciales en la producción de vodka, ya que catalizan la transformación de almidones en azúcares fermentables, permitiendo una fermentación efectiva y la obtención de un destilado de alta calidad. 2.3.2. Tipos de enzimas 2.3.2.1.Alphamyl SB1 Según Barbosa y colaboradores (2024) Alphamyl SB1 es una enzima alfa-amilasa termoestable de origen bacteriano, específicamente derivada de Bacillus licheniformis. Su principal aplicación es en la industria cervecera, donde se utiliza durante la fase de maceración para facilitar la hidrólisis del almidón y su conversión en maltosa, glucosa y dextrinas solubles. Esto resulta en una reducción de la viscosidad de la masa de cereal y en la obtención de un mosto más concentrado, incrementando el rendimiento en la fase de maduración. 16 Tabla 5 Ficha técnica de la enzima Alphamyl SB1 Ficha técnica Temperatura óptima de actividad Rango de pH óptimo Actividad enzimática Forma física 65 – 90°C (149 – 194°F) 5,4 – 6,5 (óptimo 6,0) 6000 TAU/g Líquida Nota: Tomado de Avenue (2023). 2.3.2.2.Endozym AMG Es una preparación enzimática purificada basada en glucoamilasa, diseñada para la hidrólisis completa del almidón durante la producción de cerveza. Su acción permite la conversión total del almidón licuado en glucosa, facilitando la fermentación y la obtención de cervezas con bajo contenido de carbohidratos residuales (Baccin & Sfreddo, 2024). Tabla 6 Ficha técnica de la enzima Endozym AMG. Ficha técnica Composición. Glucoamilasa derivada de la fermentación controlada de una cepa fúngica de Aspergillus niger. Forma física. Líquida. Temperatura óptima de actividad. 50-75°C / 122-167°F Óptimo: 65°C / 149°F Rango de pH. 3,0 a 5,5 Óptimo: 4,0 Temperatura de aplicación. Durante la maceración, en mosto frío, durante la fermentación o en el tanque de almacenamiento. Nota: Tomado Avenue (2023). 2.4. Hidrólisis La hidrólisis es un proceso químico mediante el cual una molécula se descompone en dos o más fragmentos más simples a través de la reacción con una molécula de agua. En este mecanismo, el agua participa como reactivo, aportando un ion 17 hidroxilo (OH⁻) y un protón (H⁺), los cuales se incorporan a los productos resultantes de la reacción. Este fenómeno puede ocurrir de manera espontánea en condiciones naturales o ser inducido por la acción de catalizadores, tales como ácidos, bases o enzimas específicas (Liu & et al, 2025). Desde el punto de vista bioquímico, la hidrólisis desempeña un papel fundamental en procesos metabólicos esenciales, como la degradación de carbohidratos, lípidos y proteínas en sus monómeros constituyentes, facilitando su absorción y utilización por los organismos vivos. En el ámbito industrial, este mecanismo se aplica en la producción de biocombustibles, la obtención de compuestos de interés farmacéutico y la modificación de polímeros naturales y sintéticos (Rogers & Parker, 2025). 2.5. Destilación La destilación es una técnica de laboratorio utilizada en la separación de sustancias miscibles. El objetivo principal de la destilación consiste en separar una mezcla de varios componentes aprovechando sus diferentes volatilidades, o bien, separar materiales volátiles de otros no volátiles (Hsieh & et al, 2023). 2.5.1. Destilación Fraccionada Se realiza mediante una columna de fraccionamiento, que está formada por diferentes placas en las que se produce sucesivamente la vaporización y la condensación, garantizando una mayor pureza en los componentes separados (Pereira & et al, 2022). Figura 5 Sistema de destilación fraccionada en laboratorio Nota. Tomado de Hsieh (2023). 18 2.3.2.3. Ley de Raoult y equilibrio líquido-vapor La Ley de Raoult describe el equilibrio líquido-vapor para soluciones ideales, donde la presión de vapor de un componente en la mezcla es directamente proporcional a su presión de vapor pura y su fracción molar en la solución. Este principio se fundamenta en la idea de que la presencia de un soluto reduce la presión de vapor de un disolvente, disminuyendo su tendencia a escapar hacia la fase de vapor (Soroush & Bahadori, 2017). 𝑦𝑖 = 𝑥𝑖𝛾𝑖𝑃𝑖 𝑠𝑎𝑡(𝑇) 𝑃 Donde: 𝑦𝑖: fracción molar en la fase vapor del componente i. 𝑥𝑖: fracción molar en la fase líquida. 𝛾𝑖: coeficiente de actividad (desviación de la idealidad). 𝑃𝑖 𝑠𝑎𝑡(𝑇): presión de vapor del componente i a la temperatura T. P: presión total del sistema. 2.3.2.4. Ecuación de McCabe–Thiele El método de McCabe-Thiele es un enfoque gráfico para el diseño de columnas de destilación que utiliza un diagrama para determinar el número de etapas teóricas, el plato óptimo de alimentación y la relación de reflujo (León & et al, 2024). 𝑦 = 𝑅 𝑅 + 1 𝑥 + 𝑥𝐷 𝑅 + 1 Donde: y: composición del vapor. x: composición del líquido. 𝑥𝐷: fracción molar de etanol en el destilado. 19 2.3.2.5. +Relación de reflujo La relación de reflujo de destilación es la proporción entre el líquido condensado que se regresa a la columna de destilación y el líquido que se extrae como producto, es un parámetro crucial en la destilación fraccionada que determina la eficiencia de la separación de componentes, permitiendo un mejor contacto entre el vapor ascendente y el líquido descendente para enriquecer los componentes más volátiles (Sánchez & et al, 2012). 𝑅 = 𝐿 𝐷 Donde: R: relación de reflujo L: flujo de líquido que retorna a la columna. D: destilado retirado. 2.3.2.6. Balance global de la columna Un balance global de la columna de destilación es un cálculo fundamental en ingeniería química que aplica los principios de conservación de la materia para determinar las cantidades de flujo de entrada y salida, incluyendo la alimentación, los productos (destilado y residuo) y el reflujo. Este balance se enfoca en la columna completa como un único sistema, ignorando la separación de los componentes entre los platos y asumiendo que el sistema opera en equilibrio termodinámico (García & et al, 2017). 𝐹 = 𝐷 + 𝐵 𝐹𝑧𝑖 = 𝐷𝑥𝐷,𝑖 + 𝐵𝑥𝐵,𝑖 Donde: F: flujo de alimentación. D: flujo de destilado. B: flujo de fondo. xi: composición de la alimentación. https://www.google.com/search?sca_esv=7e5e7a55be7d1632&rlz=1C1CHBD_esEC1161EC1162&cs=0&q=destilaci%C3%B3n+fraccionada&sa=X&ved=2ahUKEwjqnYHLmNSPAxWDQzABHcm7F44QxccNegQIBRAD&mstk=AUtExfCLmkcKuNPOsIgOAgsiuwrEZwAqQRf7Z0Zvv8cqty_1Pad-Opz1SVreaKL_URGyN-kIP9pTOG2WIgi5FppZ-kGjVxbVvfUHrrfEeu58Gn9AhJBqF2bBEIM-yMwK5kOO3_17yaWk9OHWpi8PFE7hw1CUamf1eopi3YVtiQATX5BLOjVQ-pdaYnE1-biu2GqfGCha&csui=3 20 𝑥𝐷,𝑖𝑥𝐵,𝑖: composiciones en destilado y fondo. 2.6. Bebidas alcohólicas Una bebida alcohólica es aquella que contiene alcohol etílico (etanol) como ingrediente principal, el cual se obtiene generalmente a través de un proceso de fermentación o destilación de diferentes materias primas como frutas, granos, caña de azúcar o arroz. El alcohol y las bebidas alcohólicas contienen etanol, que es una sustancia psicoactiva y tóxica cuyas propiedades pueden producir dependencia. Entre las bebidas alcohólicas más comunes se encuentran la cerveza, el vino, el licor y el aguardiente (Organización Mundial de la Salud, 2024). 2.6.1. Clasificación de bebidas alcohólicas Bebidas Fermentadas: Obtenidas mediante la transformación de sustratos orgánicos principalmente carbohidratos como glucosa, fructosa o maltosa en otros compuestos más simples gracias a la acción de enzimas microbianas. Dependiendo del microorganismo y de las condiciones, pueden producirse también ácidos orgánicos (láctico, acético), glicerol, ésteres y compuestos aromáticos que influyen en el sabor y aroma (Chong & et al, 2023). Ecuación general de la fermentación alcohólica 𝐶6𝐻12𝑂6(𝑔𝑙𝑢𝑐𝑜𝑠𝑎) 𝑙𝑒𝑣𝑎𝑑𝑢𝑟𝑎𝑠 → 2𝐶5𝐻5𝑂𝐻 (𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙) + 2 𝐶𝑂2 + 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 En el proceso de glucólisis la glucosa se degrada en piruvato dentro de la célula microbiana. Posteriormente en la fermentación el piruvato se convierte en productos finales según el tipo de microorganismo, las levaduras (Saccharomyces cerevisiae) producen etanol y CO₂ se obtienen productos como el vino, cerveza, chicha; las bacterias lácticas (Lactobacillus, Streptococcus) producen ácido láctico se obtiene productos como kumis, kéfir, yogurt bebible; las bacterias acéticas (Acetobacter) producen ácido acético que se obtiene a partir de la fermentación de bebidas alcohólicas (Darmawan & Aziz , 2022). Bebidas Destiladas: Producidas a través de la destilación de líquidos fermentados, lo que aumenta su concentración de alcohol. Ejemplos son vodka, whisky, ron y ginebra (Gordillo & et al , 2022). 21 2.7. Fermentación La fermentación es un proceso metabólico anaeróbico en el que los microorganismos descomponen sustancias orgánicas para obtener energía. Hablamos desde bacterias hasta levaduras u hongos que tienen un papel fundamental en la producción de determinados artículos en la industria alimentaria. Durante este proceso, liberan enzimas que descomponen los sustratos, como azúcares o almidones, en productos finales, los cuales pueden ser compuestos orgánicos más simples, gases o alcohol (Bazelais & et al, 2024). 2.7.1. Fases de la fermentación La fermentación comprende un conjunto de etapas sucesivas que reflejan la adaptación, crecimiento y actividad metabólica de los organismos involucrados, las cuales son: Fase de latencia o adaptación: en esta primera etapa, las levaduras se ajustan a las condiciones del sustrato. Se caracteriza por la activación enzimática necesaria para la degradación de azúcares simples y por un consumo inicial de oxígeno, indispensable para la síntesis de esteroles y ácidos grasos de membrana. Aunque no se observa una multiplicación celular significativa, se produce la preparación metabólica que permitirá el inicio del crecimiento (Lamas & et al , 2023). Fase exponencial o logarítmica: durante esta fase ocurre una rápida multiplicación de las células de levadura. El metabolismo glucolítico se intensifica, degradando los azúcares disponibles en el medio. Como resultado, se genera etanol y dióxido de carbono como productos principales, además de compuestos secundarios que influyen en el perfil sensorial de la bebida. Esta fase representa el momento de mayor actividad fermentativa (Stanzer & et al, 2023). Fase estacionaria: el crecimiento celular se estabiliza debido al agotamiento progresivo de nutrientes y a la acumulación de etanol. En esta etapa predomina la síntesis de metabolitos y se alcanza la producción máxima de etanol. Asimismo, se incrementa la liberación de compuestos secundarios como glicerol, ácidos orgánicos y ésteres, que aportan características organolépticas específicas al producto (Cardona & et al, 2021). 22 Fase de declive o muerte celular: debido a la elevada concentración de etanol y la disminución de carbohidratos disponibles generan un ambiente hostil para las levaduras, lo que conlleva a la pérdida de viabilidad celular. Se observa la lisis de algunas células y la liberación de componentes intracelulares que pueden influir en la turbidez y composición química de la bebida (Valenzuela & et al, 2023). Figura 6 Diagrama de las fases de la fermentación alcohólica Nota. Tomado de (Mora & De la Rosa, 2015). 2.7.2. Tipos de fermentación 2.3.2.7. Fermentación de almidones La fermentación de almidones es un proceso esencial en la elaboración del vodka, ya que convierte los almidones presentes en materias primas como cereales y tubérculos en azúcares fermentables, que posteriormente se transforman en etanol (Ferreira & et al, 2024). 2.7.2.1. Fermentación de azúcares La fermentación de azúcares es un proceso biológico en el cual microorganismos, como levaduras o bacterias, transforman los azúcares presentes en frutas o vegetales en otros compuestos, como alcohol, ácidos orgánicos y gases, en ausencia de oxígeno (Paredes & et al , 2024). 2.8. Tipos de alcohol 2.8.1. Alcohol etílico o etanol El alcohol etílico, también denominado etanol (C₂H₅OH), es un compuesto orgánico perteneciente al grupo de los alcoholes, caracterizado por la presencia de 23 un grupo hidroxilo (-OH) unido a un carbono saturado. Se obtiene principalmente mediante procesos de fermentación alcohólica de azúcares simples, catalizada por levaduras, aunque también puede producirse de manera sintética a partir de derivados petroquímicos. Su relevancia radica tanto en su uso como disolvente y materia prima en la industria química, como en su aplicación en la elaboración de bebidas alcohólicas y en biocombustibles, debido a su alto poder energético y relativa baja toxicidad en concentraciones moderadas. Desde una perspectiva bioquímica, el etanol posee la capacidad de atravesar fácilmente membranas celulares por su naturaleza anfipática, lo que explica sus efectos fisiológicos en organismos vivos y su importancia como objeto de estudio en áreas relacionadas con la salud, la biotecnología y la industria alimentaria (Maslov & et al, 2021) . Figura 7 Fórmula desarrollada del alcohol etílico Nota. Tomado de (Centeno & et al, 2023). 2.8.2. Alcohol metílico o metanol El alcohol metílico, conocido también como metanol (CH₃OH), es el alcohol más simple dentro de la serie homóloga, caracterizado por un grupo hidroxilo (-OH) enlazado a un solo átomo de carbono. Se obtiene principalmente a través de la gasificación de biomasa o mediante procesos industriales basados en la síntesis a partir de monóxido de carbono e hidrógeno (síntesis de gas). Su uso es ampliamente extendido en la industria química como disolvente, materia prima en la producción de formaldehído, plásticos, pinturas y como aditivo en combustibles debido a su capacidad de aumentar el índice de octano. Sin embargo, a diferencia del etanol, el metanol es altamente tóxico para los organismos vivos, ya que en el metabolismo humano se oxida a formaldehído y ácido fórmico, compuestos responsables de efectos adversos graves como ceguera, daño neurológico y muerte. Por estas características, el metanol representa un compuesto de gran importancia tanto en la 24 investigación industrial como en los estudios toxicológicos y de seguridad química (Ashurst & et al, 2025). Figura 8 Fórmula desarrollada del alcohol metílico Nota. Tomado de (Chávez & et al, 2020). 2.8.3. Alcohol isopropílico o isopropanol El alcohol isopropílico, denominado químicamente 2-propanol (C₃H₈O), es un alcohol secundario caracterizado por la presencia de un grupo hidroxilo (-OH) unido al carbono central de una cadena de tres átomos de carbono. Se produce principalmente mediante la hidratación indirecta o directa del propeno, lo que lo convierte en un compuesto de origen petroquímico de alta disponibilidad. Sus propiedades físico-químicas, como su rápida evaporación, miscibilidad con agua y capacidad desinfectante, lo han posicionado como un solvente versátil en la industria farmacéutica, cosmética, electrónica y de limpieza. En el ámbito biomédico, se utiliza ampliamente como antiséptico y desinfectante debido a su eficacia contra bacterias, virus y hongos, aunque su ingestión resulta tóxica para el ser humano, pudiendo provocar depresión del sistema nervioso central y alteraciones metabólicas. Por ello, el alcohol isopropílico constituye un insumo de relevancia en contextos industriales y sanitarios, siendo a la vez objeto de estudio en materia de seguridad química y aplicaciones tecnológicas (Ashurst et al., 2025). Figura 9 Fórmula desarrollada del alcohol isopropílico Nota. Tomado de (Dehmani & et al, 2025). 25 2.8.4. Fulfurante El furfural (C₅H₄O₂), también denominado 2-furaldehído, es un compuesto orgánico heterocíclico perteneciente al grupo de los aldehídos, caracterizado por la presencia de un anillo aromático de furano con un grupo formilo (-CHO) en posición 2. Se obtiene principalmente a partir de la hidrólisis ácida de residuos lignocelulósicos, como cáscaras de arroz, maíz o bagazo de caña, en los que la pentosa xilosa se deshidrata para formar este aldehído. Su relevancia industrial radica en su empleo como solvente selectivo en procesos de refinación de aceites lubricantes, en la síntesis de resinas fenólicas y furanas, así como en la producción de otros compuestos químicos de valor agregado, tales como alcohol furfurílico y tetrahidrofurano. Desde una perspectiva ambiental y tecnológica, el furfural es considerado un producto plataforma de la biomasa, con potencial estratégico en el desarrollo de biorrefinerías sostenibles, aunque su manipulación requiere precauciones debido a su toxicidad y propiedades irritantes (Yong & et al, 2022). Figura 10 Fórmula desarrollada del fulfural Nota. Tomado de (Rodríguez & et al, 2020). 2.9. Vodka El vodka es una bebida destilada de origen eslavo, conocida por su pureza y neutralidad, que ha trascendido fronteras y culturas, consolidándose tanto en su forma tradicional como en diversas preparaciones y usos contemporáneos (Hodel, 2023). 2.9.1. Características del vodka El vodka es una bebida espirituosa incolora y completamente transparente, salvo en aquellas versiones saborizadas que incorporan colorantes o aditivos. Se distingue 26 por su neutralidad sensorial, al carecer de aromas intensos y sabores definidos, lo que proporciona una sensación suave y ligera en el paladar. Su graduación alcohólica suele oscilar entre 35% y 50% en volumen, dependiendo de la normativa del país productor y de la marca comercial. Esta característica de neutralidad lo convierte en una base versátil para la preparación de una amplia variedad de cócteles, entre los que destacan los cócteles Moscow Mule y Cosmopolitan. En cuanto a su elaboración, tradicionalmente se obtiene a partir de la fermentación de materias primas ricas en almidones o azúcares, como trigo, centeno, cebada, patata, uva o remolacha azucarera, las cuales aportan los azúcares fermentables necesarios para la producción de etanol (Truong & et al, 2024). 2.9.2. Normas INEN para la elaboración del vodka De acuerdo con el Servicio Ecuatoriano de Normalización (INEN), en la (NTE INEN 369, 2016) se establecen los requisitos que debe cumplir el vodka, mientras que en la (NTE INEN 189, 2014) establece los requisitos de rotulado y etiquetado de las bebidas alcohólicas. En Ecuador, el vodka debe cumplir con los requisitos establecidos en las NTE INEN 369 y 189, ya que estos garantizan la preservación de su calidad y la inviolabilidad del producto. 2.9.3. Tipos de vodka La composición química del vodka depende de la naturaleza de la materia prima utilizada en su elaboración, ya que esta determina el tipo y la concentración de carbohidratos fermentables, proteínas, lípidos y compuestos secundarios presentes en el mosto. Aunque el proceso de destilación busca obtener un destilado neutro compuesto casi exclusivamente por etanol y agua, siempre persisten trazas de congéneres que aportan características sensoriales y diferencian los vodkas elaborados a partir de cereales, tubérculos, maíz o frutas. Por lo que, el elegir un sustrato inicial no solo afecta la eficiencia fermentativa, sino también la composición final del destilado (Yan & et al, 2024). 2.3.2.8. Vodka de cereales Los vodkas elaborados con trigo suelen tener un sabor más suave y ligero, mientras que los de centeno pueden presentar notas más robustas y especiadas. Además, la 27 calidad del agua utilizada en la producción es crucial, ya que constituye una gran parte del producto final (Donoso, 2023). En el caso de los cereales como trigo, centeno o cebada, el principal sustrato es el almidón, que mediante hidrólisis enzimática se transforma en azúcares fermentables. Durante la fermentación y destilación, estos granos originan aldehídos (principalmente acetaldehído), alcoholes superiores (propanol, butanol, isoamílico) y ésteres ligeros. Dichos compuestos residuales pueden influir en el perfil final del destilado: el trigo genera un vodka químicamente más suave, mientras que el centeno produce mayores cantidades de compuestos fenólicos y aldehídicos, otorgando matices más especiados (Rodríguez G. , 2020). 2.3.2.9. Vodka de tubérculos Los tubérculos, como la papa, presentan también un elevado contenido en almidón, aunque con baja concentración proteica. Químicamente, durante la fermentación, este tipo de materia prima tiende a generar más glicerol y alcoholes de cadena larga, lo cual se traduce en una textura sensorialmente más cremosa. A diferencia de los cereales, contienen menos compuestos fenólicos, lo que hace que el perfil químico del vodka sea más simple, aunque con riesgo de acumulación de congéneres pesados si no se controla adecuadamente el proceso fermentativo (Reyes & et al, 2024). 2.3.2.10. Vodka de maíz El vodka de maíz ha ganado popularidad en los últimos años debido a su sabor suave y ligeramente dulce, resultado de la destilación del maíz. Este tipo de vodka se elabora moliendo, macerando y fermentando el maíz antes de destilarlo, lo que produce una bebida limpia y fresca (Amán & Yangua , 2024). 2.3.2.11. Vodka de frutas El vodka elaborado a partir de frutas parte de azúcares simples como glucosa y fructosa, que fermentan con mayor rapidez que el almidón. Desde el punto de vista químico, estos destilados suelen presentar mayor diversidad de compuestos secundarios, tales como ésteres (acetato de etilo, hexanoato de etilo), aldehídos aromáticos (benzaldehído en frutas con hueso) y terpenos (linalool, limoneno en 28 uvas y cítricos). Aunque la destilación reduce notablemente su concentración, pequeñas cantidades permanecen en el producto final, otorgándole matices frutales característicos (Oña & et al, 2024). 2.3.2.12. Vodka de maíz amarillo El maíz amarillo contiene carotenoides como β-caroteno, luteína y zeaxantina, los cuales, durante la fermentación, pueden degradarse en aldehídos y cetonas que permanecen en trazas tras la destilación, por lo que el vodka de maíz amarillo presenta un perfil ligeramente más dulce y suave en comparación con el derivado del maíz blanco (Reyes W. , 2023). 2.3.2.13. Vodka de maíz blanco grano vítreo El maíz blanco, de grano vítreo y rico en amilosa, da lugar a una fermentación limpia, con baja producción de alcoholes superiores y aldehídos, lo que brinda al vodka un carácter químicamente más neutro (Navarrete , 2020). 2.10. Análisis de costo de producción Los costos de producción comprenden todos los gastos asociados a las actividades necesarias para ofrecer un servicio o un producto como estos pueden clasificarse en costos fijos o variables. Los costos de producción sirven de base para que la empresa determine el precio final de su solución, considerando indicadores como rentabilidad, margen de contribución y punto de equilibrio (Tapia & et al, 2023). 2.11. Cromatografía Gaseosa La cromatografía gaseosa (CG) es una técnica de separación instrumental que se emplea para el análisis de compuestos volátiles y semivolátiles. Su fundamento se basa en la distribución diferencial de los analitos entre una fase móvil gaseosa, constituida por un gas portador inerte (helio, hidrógeno o nitrógeno), y una fase estacionaria dispuesta en el interior de una columna cromatográfica. A medida que los compuestos son arrastrados por el gas portador, interaccionan en distinta magnitud con la fase estacionaria, generando diferencias en sus tiempos de retención que permiten su separación (Sabalenka & et al, 2023). 29 El desempeño de la CG depende de parámetros técnicos críticos, entre ellos la temperatura del horno, que puede mantenerse constante o programarse en gradiente, la velocidad de flujo del gas portador y las características de la columna (longitud, diámetro interno y espesor de la fase estacionaria). Estos factores determinan la resolución cromatográfica, la sensibilidad y la reproducibilidad del análisis (Charapitsa & et al, 2021). Existen dos tipos principales de columnas en cromatografía gaseosa: las columnas empacadas, de mayor diámetro y rellenas con partículas sólidas recubiertas de fase estacionaria, y las columnas capilares o de pared recubierta (WCOT), que ofrecen una mayor resolución debido a su reducido diámetro interno y la uniformidad de la fase estacionaria. En la práctica moderna, las columnas capilares son las más utilizadas, ya que proporcionan separaciones más rápidas, eficientes y reproducibles (Mommers & Van Der Wal, 2020). La detección de los compuestos separados puede realizarse mediante diferentes dispositivos, entre los cuales destacan el detector de ionización de llama (FID), ampliamente empleado para la cuantificación de compuestos orgánicos debido a su alta sensibilidad y respuesta casi universal, y el espectrómetro de masas (MS), que combina la separación cromatográfica con la identificación estructural basada en la fragmentación molecular. Esta combinación, conocida como CG-MS, constituye una de las herramientas analíticas más potentes para la caracterización cualitativa y cuantitativa de mezclas complejas (Niu & et al, 2020). Técnicamente, la cromatografía gaseosa requiere una rigurosa preparación de la muestra, la cual debe ser volátil o transformada en derivados adecuados mediante reacciones de reprivatización. Además, es necesario un control preciso de parámetros operativos, como el flujo del gas portador, la programación de temperatura en el horno, las características de la fase estacionaria, las características de la columna (longitud, diámetro interno y espesor de la fase estacionaria), dado que estos factores inciden directamente en la resolución, sensibilidad y reproducibilidad del análisis (Duangdeewong & et al, 2022). 30 CAPITULO III 3. MARCO METODOLÓGICO 3.1. Ubicación de la investigación El trabajo experimental se desarrolló en la planta Agroindustria perteneciente a la Facultad de Ciencias Agropecuarias, Recursos Naturales y del Ambiente de la Universidad Estatal de Bolívar. 3.1.1. Localización de la investigación Tabla 7 Localización de la investigación 3.1.2. Situación geográfica y edafoclimática Tabla 8 Descripción geográfica del lugar de estudio Parámetros Valores Altitud promedio 2 630 msnm Latitud 01º 36´52´´S Longitud 78º 59´54´´W Temperatura máxima 21 ºC Temperatura mínima 7 ºC Temperatura media 14,4 ºC Humedad relativa 70% Velocidad de viento 6 m/s Nota. Tomado de estación meteorológica Laguacoto II. UEB 2023. Ubicación Localidad Provincia Bolívar Cantón Guaranda Parroquia Gabriel Ignacio Veintimilla Sector Laguacoto II Dirección Laguacoto II. (Guaranda Km. 1 ½ vía San Simón) 31 3.1.3. Zona de vida La zona de vida donde se va a llevar a cabo la investigación corresponde al bosque húmedo montano bajo (BHMB), De acuerdo a la clasificación del botánico y climatólogo Leslie Holdridge. 3.2. Metodología 3.2.1. Material en estudio Material experimental. • Maíz amarrillo. • Maíz blanco. Material de bioseguridad. • Mandil. • Guantes. • Cofia. • Mascarilla. Material de campo. • Bandejas. • Colador. • Cuchara. • Jarra litrera. • Envase de fermentación. • Trampa de aire. • Cocina Industrial. • Molino. Material de laboratorio. • Termómetro. 32 • Potenciómetro. • Brixómetro. • Alcoholímetro. • Vaso precipitado. • Balanza. • Crisol. Equipos. • Incubadora. • Destilador. • Termufla. Insumos – Reactivos. • Endozym AMG 300. • Endozym Alphamyl SB1. • Levadura. • Azúcar 33 3.2.2. Factores de estudio Tabla 9 Factores de estudio Factores Código Niveles Variedades de maíz. A a1: Maíz amarillo. a2: Maíz blanco. a3: Mezcla 50 %: 50% Temperatura de fermentación. B b1: Temperatura 28 ºC. b2: Temperatura 20 ºC. Nota. Oyato. Romero (2025). 3.2.3. Tratamientos Tabla 10 Combinación de tratamientos de los factores Tratamiento Combinaciones Niveles 1 a1b1 Maíz Amarillo+ Temperatura 28 ºC. 2 a1b2 Maíz Amarillo + Temperatura de 20 ºC. 3 a2b1 Maíz Blanco + temperatura 28 ºC. 4 a2b2 Maíz Blanco + temperatura 20 ºC. 5 a3b1 Mezcla 50% maíz amarillo, 50% maíz blanco + Temperatura 28 ºC. 6 a3b2 Mezcla 50% maíz amarillo, 50% maíz blanco + Temperatura 20 ºC. Nota. Oyato. Romero (2025). 3.2.4. Características del experimento Tabla 11 Características del experimento Características Cantidad Número de factores experimentales 2 Números de niveles factor A 3 Número de niveles factor B 2 Números de replicas 3 Tamaño de la muestra 1,5 L Unidades experimentales Variables de respuesta 18 2 Nota. Las variables respuestas son la eficiencia de fermentación y el rendimiento 34 3.2.5. Tipo de diseño experimental Se aplicará un diseño experimenta de arreglo factorial A x B con 3 repeticiones el cual se ajusta al siguiente modelo matemático. 𝒀𝒊𝒋𝒌 = 𝜇 + 𝛼𝑖 + 𝛽𝑗 + (𝛼𝛽)𝑖𝑗 + 𝜀𝑖𝑗𝑘 Donde: 𝝁 = La media general. 𝜶𝒊= El efecto debido al i-ésimo nivel del factor A. 𝜷𝒋= El efecto del j – ésimo nivel del factor B. (𝜶𝜷)𝒊𝒋 = Representa al efecto de interacción en la combinación ij. 𝜺𝒊𝒋𝒌= Es el error aleatorio que se supone sigue una districión. 3.2.6. Manejo de la investigación Los métodos de ensayo que se usaron para la preparación de las materias primas, se realizaron conforme los parámetros que solicita la (NTE INEN 187, 2013) para el maíz en grano. 2.3.2.14. Análisis bromatológicos de la materia prima Para determinar la calidad de las materias primas, estas fueron sometidas a análisis bromatológicos que permiten conocer la composición de las mismas. En la Tabla 13 se detallan los análisis bromatológicos y las Normativas en las que nos basamos. Tabla 12 Análisis bromatológicos de la materia prima Parámetro Unidad Método Interno Método de referencia Humedad % MFQ-04 AOAC 925,10/ Gravimetría, horno de aire Ceniza % MFQ-03 AOAC 923,03/ Gravimetría, Directo Almidón % MFQ-05 AOAC 920,83/ Volumetría hidrolisis Acida directa Nota. Oyato, Romero (2025). 35 2.3.2.15. Análisis cromatográfico Este análisis es esencial para garantizar la calidad, pureza y seguridad del producto final, en las cuales consta (etanol, metanol, fulfurante y alcoholes superiores). Conforme a lo establecido en la NTE INEN 2014 para la determinación de productos congéneres por cromatografía de gases (2015). 2.3.2.16. Técnica para el análisis en cromatografía gaseosa Se introdujo la muestra en el cromatógrafo mediante un inyector automático, una jeringa o desorción térmica (TD) una técnica que extrae compuestos orgánicos volátiles (COVs) y semivolátiles (SCOVs) mediante calentamiento o muestreo directo del aire. La muestra se vaporiza y se estudiara su comportamiento al ser arrastrada por un gas inerte. Los componentes se separarán en la columna cromatográfica y se liberan gradualmente al aumentar la temperatura. Finalmente, llegaran al detector, donde se ionizará para su identificación y cuantificación. 2.3.2.17. Simulación del proceso de destilación Figura 11 Simulación del proceso de destilación fraccionada Nota. Oyato, Romero (2025). 36 2.3.2.18. Proceso de elaboración del vodka Figura 12 Diagrama de flujo para la elaboración de vodka Recepción de la materia prima Pesado Molienda Pesado Mezclado Gelatinización Hidrolisis 1 Hidrolisis 2 Inoculación Fermentación Decantado Destilación Estandarización Embotellado y etiquetado Maíz Sémola 150 g de Sémola. 1.5 L de agua Temperatura: 80 ℃ x 5 min 4 ml Endozym Alphamyl SB1. Temperatura: 80 ℃. Tiempo: 1 h 4 ml Endozym AMG Temperatura 60°C Tiempo: 1 horas Levadura Tiempo: 6 días Temperatura: 26 °C 10 brix Sedimento Temperatura: 60 a 75°C Residuos 32 ℃ 37 2.3.2.19. Descripción del proceso de elaboración de vodka • Recepción de la materia prima: Se adquirió la materia prima (maíz amarrillo, maíz blanco) directamente de los agricultores, donde se separó todos los residuos para el procesamiento. • Pesado: Se peso las respectivas cantidades para proceder a triturar el grano. • Molienda: El grano se trituro con un grado semi triturado para reducir el tamaño de las partículas, denominado sémola. • Pesado: Una vez obtenido la denominada sémola se realizó el segundo pesado para verificar si la cantidad es la requerida para su respectivo proceso. • Mezclado: Se mezclo 150g de sémola en 1L de agua removiendo constantemente para evitar grumos. • Gelatinización: Se realizó una hidratación a la sémola por 30 min, después se ejecutó una cocción rápida de 0-80ºC por 5 min. • Hidrolisis 1: En este proceso se controló una temperatura constante de 80°C por 1h dentro, del tiempo se agregó los 4 ml de enzima Endozym Alphamyl SB1 en un 1.5 L de agua. Lo cual es permitir que las enzimas rompan sus enlaces para convertir en azucares naturales como también en la inactivación de esta enzima se debe activar a una temperatura de (90-100 °C) durante 10 a 15 minutos. • Hidrolisis 2: Finalizado el tiempo de hidrolisis 1, se añadio la enzima Endozym AMG 4 ml en 1.5 L de agua a una temperatura controlada de 60 °C por 1 h, para permitir que la enzima se hidrolice con los enlaces correspondientes. En cuanto a la inactivación de esta enzima, es necesario someterlas a temperaturas superiores a las recomendadas (90-100 °C) durante 10 a 15 minutos. • Inoculación: Se realizo el proceso mediante las especificaciones de la ficha técnica de la levadura Saccharomyces cerevisiae se agregó 3 g de levadura en 1.5 L de agua a una temperatura de 25 a 32°C para su posterior activación e inoculación. 38 • Fermentación: La fermentación se llevó a cabo en cada recipiente asignado, donde fue ubicado cada mosto durante 6 a 7 días a una temperatura controlada que es de 26°C, durante los días de fermentación se fue llevando un control de grados brix. • Decantación: Una vez finalizada la fermentación, se procedió a trasvasar el mosto con el fin de eliminar los sedimentos acumulados. • Destilación: Para la destilación se usó un destilador fraccionario a escala laboratorio con una temperatura de 60 a 75°C en la manta térmica. • Estandarización: Una vez obtenido el alcohol destilado se diluyo con agua osmotizada para reducir su concentración a 40 % v/v. • Envasado y etiquetado: Finalmente se envaso en una botella de 750 ml y se agregó su respectiva etiqueta cumplimento con las normativas de los BPM. 3.2.7. Métodos de evaluación Eficiencia de fermentación La fermentación representa una etapa clave en la elaboración de vodka, puesto que durante en este proceso se genera etanol juntos con diversos metabolitos colaterales que inciden directamente en las cualidades sensoriales y la seguridad alimentaria. Una fermentación ineficiente y mal controlada puede derivar en una acumulación excesiva de congéneres como también alcoholes superiores, incluyendo aldehídos, esteres y metanol, compuestos catalogados como impurezas nocivas o incluso toxicas en altas concentraciones. En la fermentación, microrganismos como Saccharomyces cerevisiae convierten los carbohidratos del mosto en etanol (Co2H5OH) y CO2. No obstante desviaciones en las condiciones óptimas del medio (como fluctuaciones de temperatura, pH inadecuado o desbalance nutricional) pueden provocar respuestas metabólicas anómalas en las levaduras, incrementando la síntesis de subproductos indeseables. 39 Rendimiento de alcohol Realizamos un análisis de rendimiento de alcohol en la producción de vodka es esencial para optimizar el proceso, garantizar calidad, cumplir normativas y maximizar la rentabilidad. En la producción de vodka, en la tercera destilación alcanzó 92°GL. Para cumplir con la normativa INEN, que exige una graduación alcohólica de 40°GL, se realizó una dilución controlada con agua osmotizada. Mediante cálculos volumétricos y mezcla homogénea, se ajustó la concentración alcohólica, garantizando un producto final dentro de los estándares legales y de calidad. Análisis estadístico Los datos se analizaron en el software Statgraphics Centurion 19, mediante el análisis de varianza (ANOVA), se determinarán los efectos significativos de los factores y su interacción. En caso de diferencias significativas se aplicó una prueba de comparación de medias (Tukey o LSD). 40 CAPITULO IV 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 4.1. Interpretación de resultados 4.1.1. Caracterizar bromatológicamente la materia prima Los análisis bromatológicos de la materia prima maíz amarillo (Zea mays - Emblema Ultra) y maíz blanco de grano vítreo (Zea mays), se determinaron los valores de humedad y ceniza en el laboratorio Multianalítica S.A., mientras que el contenido de almidón fue analizado en el INIAP, en la Tabla 14 se detallan los valores obtenidos en cada parámetro. Tabla 13 Análisis bromatológico del maíz amarillo Parámetro Resultado Unidad Método Interno Método de referencia Humedad 11,00 % MFQ-04 AOAC 925,10/ Gravimetría, horno de aire. Ceniza 1,19 % MFQ-03 AOAC 923,03/ Gravimetría, Directo. Almidón 67,31 % MFQ-05 AOAC 920,83/ Volumetría hidrolisis Acida directa. Fuente: Multianalityca S.A.(2025). Para el análisis de humedad se realizó por la normativa AOAC 925.10 determinando un contenido (11 %) en el maíz amarillo en comparación al maíz blanco (10,75%) lo cual favorece la conservación; de la misma manera se distingue por su mayor contenido de almidón (67,31 %) en comparación al maíz blanco (64,94 %) al contener mayor porcentaje nos favorece en la hidrolisis; en cenizas tenemos un mayor porcentaje (1,53 %) en el maíz blanco en comparación del maíz amarillo (1,19%). Según Oludoyin y colaboradores (2025) los resultado obtuvieron un contenido (1,12 % ± 0.13) de ceniza; humedad (7,05 % ± 0,07) en la investigación de Anyachukwu y colaboradores (2024) determinaron (5,40 % ±0,01) de humedad, en cenizas (1,15% ± 0,02) y almidón (70,58% ± 0,24) en comparación con nuestros análisis los resultados obtenidos indican que el maíz amarillo presentó características más favorables para la producción de etanol, gracias a su mayor contenido de almidón y humedad, lo que facilita la hidrólisis. Aunque su contenido 41 de cenizas es menor, este aspecto no limita su uso en procesos fermentativos. En conjunto, estas propiedades hacen del maíz amarillo una materia prima más eficiente para aplicaciones biotecnológicas en comparación con el maíz blanco. Tabla 14 Análisis bromatológico de maíz blanco Parámetro Resultado Unidad Método Interno Método de referencia Humedad 10,75 % MFQ-04 AOAC 925,10/ Gravimetría, horno de aire Ceniza 1,53 % MFQ-03 AOAC 923,03/ Gravimetría, directo Almidón 64,94 % MFQ-05 AOAC 920,83/ Volumetría hidrolisis ácida directa Fuente: Multianalityca S.A.(2025). García A. (2020) en su investigación registró los siguientes valores de humedad (10,23%) ceniza (2,33%); mientras que Martínez (2023) reportó (1,25%± 0,13) en cenizas de base seca, en almidón (61,61%± 0,16) presentaron mayor contenido de almidón, en comparación con nuestros análisis el maíz blanco obtuvo resultados menores al del maíz amarrillo lo cual infiere en el proceso de hidroxilación y rendimiento de alcohol. 4.1.2 Determinar el mejor tratamiento para la elaboración del vodka a partir de maíz amarillo y maíz blanco con base en la eficiencia de fermentación y rendimiento de alcohol. 4.1.2.1 Eficiencia de fermentación 42 Tabla 15 ANOVA de la eficiencia de fermentación Fuente Suma de Cuadrados Gl Cuadrado Medio Razón-F Valor-P EFECTOS PRINCIPALES A: Factor A 14,7778 2 7,38889 8,31 0,0054 B: Factor B 29,3889 1 29,3889 33,06 0,0001 INTERACCIONES AB 4,77778 2 2,38889 2,69 0,1085 RESIDUOS 10,6667 12 0,888889 TOTAL (CORREGIDO) 59,6111 17 Nota. Todas las razones-F se basan en el cuadrado medio del error residual. Conforme a los resultados del ANOVA, se determinó los tres mejores tratamientos el T1, T5 y T3 estos tratamientos llevaron a cabo de 6 a 7 días de fermentación siendo los valores más significativos en comparación a los demás tratamientos que se realizó con maíz amarillo y maíz blanco con 150 g en 1,5 litros de agua. La diferencia de temperaturas de incubación y ambiente en los días de fermentación A y B tiene un efecto significativo. Esto se sustenta en que los dos valores -p son inferiores a 0,05 sobre días y fermentación un 95,0% de nivel de confianza. Como lo mencionan Vásquez y Vásquez (2021) entre temperaturas de incubación y condiciones ambientales, el tipo de fermentación más importante es la fermentación alcohólica, en donde la acción de las enzimas segregada por la levadura convierte los azucares simples como glucosa y la fructosa, en alcohol etílico y dióxido de carbono. Pruebas de Múltiple Rangos para el mejor tratamiento A continuación, se presenta la prueba de LSD para hacer comparaciones múltiples entre medias y verificar cuáles tratamientos difieren entre sí en relación los días de fermentación. 43 Tabla 16 Prueba de rangos múltiples Factor A Casos Media LS Sigma LS Grupos Homogéneos A1 6 7 0.3849 X A3 6 7.16667 0.3849 X A2 6 9 0.3849 X Contraste Sig. Diferencia +/- Límites A1 - A2 * -2 1,186 A1 - A3 -0,166667 1,186 A2 - A3 * 1,83333 1,186 Nota: Indica una diferencia significativa. Conforme a los resultados, la fermentación en temperatura ambiente e incubación muestran las diferencias entre cada par de medias junto con los límites de significancia y existe un nivel de confianza de 0,95 %. Asimismo, en la investigación de Weiss y colaboradores (2023), minimizan los cambios de temperatura que pueden afectar la actividad enzimática y la viabilidad de la levadura, se evidenció que diferencias son estadísticamente significativas al 95 % de confianza. El análisis se basa en el método de Diferencia Mínima Significativa (LSD) de Fisher, el cual implica un 5 % de probabilidad de error al concluir que existe una diferencia entre medias cuando en realidad no la hay. Figura 13 Gráfica de medias El gráfico de medias con intervalos de confianza al 95 % muestra que el tratamiento A2 presenta el valor más alto, con una media aproximada de 9,4 días, siendo estadísticamente diferente de los tratamientos A1 y A3, cuyos valores medios 44 rondan los 7.0 días. Esta diferencia se confirma por la falta de superposición entre los intervalos de confianza de A2 respecto a A1 y A3, lo que indica una diferencia significativa entre estos grupos. En cambio, los tratamientos A1 y A3 muestran intervalos que se superponen, lo que sugiere que no existe una diferencia estadísticamente significativa entre ellos. Figura 14 Gráfico de medias del factor B El comportamiento del Factor B1 se caracteriza por un tiempo promedio de alrededor de 6,1 días, con un margen de variación que va desde aproximadamente 5,9 hasta 6,9 días. En contraste, el Factor B2 registra un promedio notablemente superior, cercano a los 8,7 días, acompañado de un intervalo de confianza que se extiende entre 8,5 y 9,5 días, lo que evidencia una mayor duración asociada a este factor. Figura 15 Gráfica de interacciones entre los factores de estudio El gráfico de interacción evidencia una interacción significativa entre los factores A y B, como lo indica las líneas, lo que sugiere que el efecto del Factor A varía según el nivel del Factor B. En el nivel B1 (línea azul), los valores se mantienen B1 B2 Medias y 95.0% de Fisher LSD Factor B 5.9 6.9 7.9 8.9 9.9 D ia s Gráfico de Interacciones Factor A 6 7 8 9 10 11 D ia s A1 A2 A3 Factor B B1 B2 45 relativamente estables, oscilando entre 6 y 7 días, con un leve aumento en A2, lo que indica un efecto mínimo del Factor A en este nivel. En contraste, en el nivel B2 (línea roja), se observa un comportamiento mucho más pronunciado, con un incremento marcado desde A1 (8 días) hasta A2 (11 días), seguido de una disminución en A3 (8 días). Este patrón refleja un efecto diferencial, donde el Factor A influye significativamente cuando está presente el nivel B2, alcanzando su máximo efecto en A2, mientras que su influencia en B1 es mínima. 4.1.2.2. Rendimiento de alcohol Tabla 17 ANOVA para el rendimiento de alcohol Fuente Suma de Cuadrados Gl Cuadrado Medio Razón-F Valor-P EFECTOS PRINCIPALES A: Factor A 4705,33 2 2352,67 1,19 0,3381 B: Factor B 1901,39 1 1901,39 0,96 0,3464 INTERACCIONES AB 5955,11 2 2977,56 1,5 0,2612 RESIDUOS 23750,7 12 1979,22 TOTAL (CORREGIDO) 36312,5 17 Nota. Todas las razones -F se basan en el cuadrado medio del error residual. Se describe el resultado del rendimiento de alcohol de los 18 tratamientos se identificó los tres mejores tratamientos T1 con (230,66 ml), T4 (189 ml), y T5 (173 ml) para el mejor tratamiento, se realizó destilaciones triples en la primera obtuvimos 175 ml con 60 v/v, en la segunda obtuvimos 89 ml a 88 v/v y en la última destilación 71 ml a 92 v/v. La diferencia tiene un efecto significativo en la dilución de los diferentes tratamientos según base a las normas INEN 369 para vodka que es de 40 v/v. El análisis se centra en los valores-P para determinar si los efectos observados son estadísticamente significativos. Como ningún valor-P es menor a 0,05, se concluye que ni los factores individuales ni sus interacciones afectan significativamente la variable “Dilución” al 95% de confianza. 46 Según Ruiz (2023) para determinar el contenido de alcohol en bebidas destiladas, como el vodka, se utilizan instrumentos como el alcoholímetro de vidrio volumétrico, ni su interacción explican diferencias reales en los grados finales de alcohol medidos. Tabla 18 Medias por Mínimos Cuadrados para dilución con 95% de confianza Error Límite Límite Nivel Casos Media Est. Inferior Superior MEDIA GLOBAL 18 178,5 Factor A A1 6 199,5 18,1623 159,928 239,072 A2 6 175,833 18,1623 136,261 215,406 A3 6 160,167 18,1623 120,594 199,739 Factor B B1 9 188,778 14,8295 156,467 221,089 B2 9 168,222 14,8295 135,911 200,533 Factor A por Factor B A1, B1 3 230,667 25,6854 174,703 286,631 A1, B2 3 168,333 25,6854 112,369 224,297 A2, B1 3 162,667 25,6854 106,703 218,631 A2, B2 3 189 25,6854 133,036 244,964 A3, B1 3 173 25,6854 117,036 228,964 A3, B2 3 147,333 25,6854 91,3695 203,297 La media general fue de 178,5 unidades de dilución en 18 casos. El Factor A mostró una tendencia decreciente: A1 tuvo la media más alta (199,5), seguido de A2 (175,833) y A3 (160,167). En el Factor B, B1 presentó una media superior (188,778) respecto a B2 (168,222), con una diferencia de casi 20 unidades. La interacción A×B evidenció efectos combinados notables, destacando A1B1 con el mayor valor (230,667) y A3B2 con el más bajo (147,333), lo que indica una influencia conjunta entre ambos factores. 47 Tabla 19 Prueba de rangos múltiples para dilución Factor A Casos Media LS Sigma LS Grupos Homogéneos A3 6 160,167 18,1623 X A2 6 175,833 18,1623 X A1 6 199,5 18,1623 X Contraste Sig. Diferencia +/- Límites A1 - A2 23,6667 55,9638 A1 - A3 39,3333 55,9638 A2 - A3 15,6667 55,9638 Nota. Indica una diferencia significativa. En el estudio se observa que, la dilución para cada tratamiento según sus grados de alcohol para mantener su media estándar según las normas INEN tiene una diferencia significativamente entre todos los tratamientos. El par de medias junto con los límites de significancia y existe un nivel de confianza de 0,95 %. Además, según MacGarry (2023), se reduce la intensidad o concentración del efecto irritante del etanol y permite una identificación más clara de los compuestos volátiles que debe tener el vodka de 40 v/v, lo que señala que no hay diferencias significativas entre esos niveles. El análisis se basa en el método LSD de Fisher, el cual tiene un 5 % de probabilidad de error al considerar diferentes dos medias que en realidad no lo son y un nivel de confianza del 95%. Figura 16 Gráfica de medias para dilución factor A El análisis de medias con intervalos de confianza al 95 % muestra que el tratamiento A1 presenta la media más alta, cercana a los 200, con un intervalo de confianza amplio entre 170 y 230. Le sigue A2, con una media intermedia de A1 A2 A3 Medias y 95.0% de Fisher LSD Factor A 130 150 170 190 210 230 D ilu ci ón 48 aproximadamente 180 y un intervalo más estrecho (155-205), mientras que A3 muestra la media más baja, alrededor de 165, con un intervalo entre 135 y 195. En cuanto a la significancia estadística, se observa una diferencia significativa entre A1 y A3, ya que sus intervalos no se superponen. Entre A1 y A2, l