Revista de Ciencias Agropecuarias ‘‘ALLPA’’: Vol. 2 (Núm. 4) (jul-dic 2019). ISSN: 2600-5883  
Diseño de un biorreactor para la obtención de ácido acético a partir del vino de mucílago de cacao (Theobroma Cacao L.)  
DISEÑO DE UN BIORREACTOR PARA LA OBTENCIÓN DE ÁCIDO ACÉTICO A  
PARTIR DEL VINO DE MUCÍLAGO DE CACAO (THEOBROMA CACAO L.)  
BIOREACTOR DESIGN FOR OBTAINING ACETIC ACID FROM WINE OF COCOA  
MUCILAGE (THEOBROMA CACAO L.)  
1
2
3
4
Palacios-Vallejos Karla ; Álcivar-Álcivar Lady ; Pico Cresencio ; Posligua-Laz Gema ; Romero-  
5
6
Mendoza María ; Rosero-Delgado Ernesto *  
1,2,3,4,5,6Universidad Técnica de Manabí, Departamento de Procesos Químicos, Portoviejo,  
Ecuador  
*
Correo: erosero@utm.edu.ec  
Resumen  
Mediante el presente trabajo se evaluó la obtención de ácido acético a partir del vino del mucílago de  
cacao, para lo cual se puso en marcha un biorreactor a pequeña escala. Se empleó como sustrato el vino  
del mucílago de cacao nacional, a través de una fermentación sumergida con un inóculo del cultivo madre  
de vinagre. El vinagre se obtuvo mediante una fermentación oxidativa del alcohol presente en el vino. Se  
realizó la caracterización inicial del sustrato (%Alcohol= 18% (v/v), pH=5,2 y acidez=8,1 g/L), estableciendo  
2
las condiciones óptimas para una fermentación acética. Se suministró 1,5 L/min de O durante 3 horas al  
día, evaluando el efecto sobre la producción de ácido acético (g/L) durante 12 días. La mayor producción  
de ácido acético fue 18,37 g/L, teniendo un rendimiento de 9 % en la producción de ácido, mientras que  
se obtuvo un rendimiento del 59% en la producción de biomasa. Se concluyó que la fermentación acética  
del vino del mucílago del cacao, con un flujo de oxígeno de 1,5 L/min durante 3 horas al día, produce un  
bajo rendimiento de ácido acético.  
Palabras clave: Ácido acético; fermentación; mucílago; Theobroma Cacao L.  
Abstract  
The present work investigated the feasibility of obtaining acetic acid from the cocoa mucilage wine, which  
consisted of developing a small-scale acetifier, starting from the national cocoa mucilage wine as a  
substrate through a submerged fermentation and using as inoculum culture "mother of vinegar". The  
vinegar was obtained by an oxidative fermentation of the alcohol present in the wine. The initial  
characteristics of the substrate were characterized (% Alcohol = 18% (v / v) pH = 5.2 acidity = 8.1 g / L),  
establishing the optimal conditions for acetic fermentation. 1.5 L / min of O2 was supplied for 3 hours a  
day, evaluating the effect on the production of acetic acid (g / L) for 12 days. The highest production of  
acetic acid 18.37 g / L, having a yield of 9% in the production of acid while obtaining a yield of 59% in the  
production of biomass. It was concluded that the acetic fermentation given to cocoa mucilage wine with  
an O2 exposure time of 1.5 L / min for 3 hours a day, produces a low yield of acetic acid.  
Keywords: Acetic acid; fermentation; mucilage; Theobroma Cacao L.  
18  
Fecha de recepción: 03 de junio del 2019; Fecha de aceptación: 08 de julio del 2019; Fecha de publicación:  
9 de julio del 2019.  
0
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Palacios-Vallejos et al. (2019)  
1
. Introducción  
finalidad de obtener vinagre con un  
elevado grado acético en periodos muy  
cortos (24h) (Sarabia & Rodríguez,  
2012). Otro proceso, es el método de  
superficie donde los microorganismos  
productores de ácido acético se  
encuentran en la capa superficial del  
mosto, para formar una película de  
celulosa “madre del vinagre” (Romo,  
2011).  
El ácido acético o ácido metilcarboxílico,  
es una sustancia orgánica presente en la  
composición del vinagre, responsable de  
su típico olor y sabor agrio. Según la  
IUPAC, su fórmula es CH  
3 2 4 2  
-COOH (C H O )  
(
Arteaga, 2013). Se lo emplea con fines  
domésticos como la cocina, limpiador,  
aderezo y en proyectos de índole  
científico (Ortiz & Álvarez, 2015). En  
1
895 Louis Pasteur descubrió el proceso  
El proceso de fermentación acética  
consiste en la oxidación bioquímica del  
etanol contenido en un sustrato  
alcohólico, para la formación de ácido  
acético. Es decir, la oxidación del etanol  
se da por todos los géneros de bacterias  
de fermentación acética por bacterias,  
para pasteurizar a los organismos  
contaminantes sin interferir en la calidad  
del vino. Con el pasar de los años se  
implementan nuevas técnicas y pruebas  
donde se llegó a la conclusión de dos  
procesos: por síntesis o fermentación  
bacteriana (Delgado, 2018).  
ácido-lácticas,  
presentando  
dos  
reacciones catalíticas secuenciales que  
permiten la formación de ácido acético y  
agua. El etanol es transformado en  
acetaldehído por la enzima alcohol  
deshidrogenasa (ADH) y posteriormente  
el acetaldehído es oxidado a ácido  
acético por acción de la enzima aldehído  
Existen distintos métodos para la  
elaboración de vinagre, el método  
Schützenbach fue el primer paso para  
transformar el método artesanal  
(
Orleans) en el primer proceso industrial,  
este método aumentó la velocidad de  
acetificación incrementando la  
superficie de contacto de las bacterias  
ácido-lácticas con el oxígeno.  
deshidrogenasa  
localizadas en  
(ALDH);  
la  
ambas  
membrana  
citoplasmática y orientadas hacia el  
espacio piroplasmático. Estos dos  
complejos enzimáticos están conectados  
con la cadena respiratoria que, por  
medio de la ubiquinona, transfiere los  
electrones disponibles hasta el oxígeno,  
Actualmente, el más utilizado es el  
sistema de cultivo sumergido, en el que  
las acetobacter se sumergen en la  
solución que contiene el sustrato, con la  
19  
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Diseño de un biorreactor para la obtención de ácido acético a partir del vino de mucílago de cacao (Theobroma Cacao L.)  
que actúa como un aceptador final  
Muñoz, 1997).  
El exudado del mucílago de cacao  
Theobroma Cacao L.) es una sustancia  
tropical, ha sido usada con los siguientes  
fines productivos: jalea de cacao,  
alcohol, vinagre, nata y pulpa procesada  
(Téllez & Cote, 2006). Mediante la  
hidrólisis natural de la pulpa durante la  
postcosecha, se pueden obtener  
alrededor de 40 litros de exudado por  
cada 800 kg de pulpa húmeda. En la tabla  
1 se muestra la composición química del  
mucílago de cacao.  
(
(
viscosa, generalmente hialina. La fruta  
del cacao contiene de 30 a 50 semillas o  
almendras. El número, tamaño y forma  
de la semilla es una característica  
varietal, de modo que las semillas son  
cuerpos aplanados elipsoidales de 2 a 4  
cm de largo, rodeadas por una envoltura  
blancuzca y azucarada; además, están  
Tabla 1. Composición porcentual p/p del  
mucílago de cacao en base húmeda.  
compuestas  
parénquima.  
principalmente  
por  
Componentes  
Agua  
% p/p  
79,2-84,2  
La pulpa hidrolizada es conocida en la  
industria como “exudado”. Durante la  
fermentación, la pulpa provee el  
sustrato para varios microorganismos  
que son esenciales para el desarrollo de  
los precursores del sabor del chocolate,  
Proteínas  
Azúcares  
Glucosa  
Pectinas  
Ácido cítrico  
Cenizas  
0,09-0,11  
12,50-15,9  
11,6-15,32  
0,9-1,19  
0,77-1,52  
0,40-0,50  
Fuente: (Ortiz & Álvarez, 2015).  
Los objetivos  
de  
la presente  
los  
cuales  
son  
expresados  
investigación fueron demostrar la  
viabilidad del aprovechamiento del  
exudado de mucílago del cacao en la  
elaboración de ácido acético, además,  
determinar los rendimientos tanto  
teóricos como experimentales en  
biomasa y producto, y diseñar un reactor  
para producción a escala piloto.  
completamente después, durante el  
proceso de tostado. Aunque la pulpa es  
necesaria para la fermentación,  
a
menudo hay más pulpa de la necesaria.  
La pulpa mucilaginosa está compuesta  
por  
células  
esponjosas  
parenquimatosas, que contiene células  
de savia ricas en azúcares (10-13%),  
pentosas (2-3%), ácido cítrico (1-2%), y  
sales (8-10%). Por lo tanto, la pulpa que  
se caracteriza por un agradable sabor  
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Palacios-Vallejos et al. (2019)  
2
. Materiales y Métodos  
microorganismo a utilizar, añadiendo  
0,15 gramos de sulfato de amonio como  
fuente de nitrógeno. Se controló de la  
mejor manera la temperatura del  
proceso para evitar que baje del rango  
mínimo de crecimiento de la  
acetobacter. El rango óptimo para el  
desarrollo de la fermentación aerobia es  
28 – 32 °C (Llaguno & Polo, 1991).  
Se monitoreó la acidez y los grados de  
alcohol a diario durante 6 días.  
El proceso se llevó a cabo a partir de vino  
del mucílago de cacao (sustrato),  
mediante la fermentación aerobia del  
vino se obtuvo como producto principal  
ácido acético (vinagre).  
2.1. Inóculo  
El cultivo madre que fue utilizado como  
inóculo, se obtuvo por el método  
Orleans; según Llaguno & Polo (1991) las  
bacterias acéticas (aerobios estrictos) se  
encuentran en la superficie del vino,  
debido a que oxidan el alcohol etílico a  
ácido acético y forman una biopelícula  
de celulosa denominada “madre del  
vinagre”.  
Las condiciones de operación que se  
manejaron en el biorreactor fueron:  
Temperatura: 30 °C.  
pH inicial de 5,4 – 6,3.  
Grado alcohólico: 5-18 ° GL.  
Se realizó un picado espontáneo vertido  
en el vino, en un recipiente con una  
elevada área superficial para el contacto  
Se realizó la medición de pH utilizando  
tiras de coloración. Por su parte, la  
medición del porcentaje de alcohol se  
realizó mediante el refractómetro.  
2.3. Determinación de acidez  
2
con O , cubierto con gasas para evitar la  
contaminación física del cultivo por 5  
días.  
Se midieron con exactitud 10 ml de  
muestra y se transfirieron a un matraz de  
100ml; para posteriormente enrasar un  
volumen de 100 ml con agua destilada  
2.2. Condiciones experimentales  
El proceso experimental se realizó  
mediante fermentación sumergida en un  
biorreactor que fue construido en un  
envase de plástico de 1,5 litros (L) con  
tres orificios, para toma de muestra,  
2
libre de CO .  
De la dilución realizada, se tomó una  
alícuota de 10 ml, que fue ubicada en  
una fiola de 300 ml, junto con 75 ml de  
2 2  
entrada de O y trampa de CO .  
Se utilizaron 800 ml de vino y se adaptó  
el medio según los requerimiento físicos,  
2
agua destilada libre de CO y tres gotas  
de fenolftaleína.  
químicos  
y
nutritivos  
del  
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Diseño de un biorreactor para la obtención de ácido acético a partir del vino de mucílago de cacao (Theobroma Cacao L.)  
La titulación se realizó agregando la  
solución de NaOH desde la bureta hasta  
el primer tono de color rosado que  
persista.  
La determinación de pH, contenido de  
alcohol y concentración de acidez del  
medio de fermentación se realizó cada  
24 horas, obteniendo los resultados que  
se indican a continuación.  
Finalmente, se reportó el consumo, para  
determinar el porcentaje de ácido  
acético usando la formula general de  
porcentaje volumétrico.  
Tabla 2. Parámetros iniciales en el proceso  
de fermentación acética.  
Parámetro  
Cantidad  
800  
Unidad  
ml  
Volumen de  
mosto  
Acidez= m.e.*mL* N / V  
Donde:  
Ec. #1  
Contenido de  
alcohol  
18  
% v/v  
Acidez: acidez de la muestra, g/L.  
pH  
Acidez  
5,2  
8,1  
-
m.e.: miliequivalente del ácido acético.  
ml: volumen empleado en la titulación,  
ml.  
g/L  
3.2. pH  
Se obtuvo una disminución del pH a  
través del tiempo, pasando de 5,2 a 3;  
esta disminución se observa en la gráfica  
N: Normalidad de la solución de NaOH.  
V: volumen de la muestra, L.  
1, con una tendencia descendente, que  
2.4. Determinación de Biomasa (Peso  
luego se mantiene constante y vuelve a  
descender hasta llegar a la medida final.  
En concordancia, el paso de los días y la  
materia prima como tal tienen un efecto  
significativo en el cambio del pH. Sarabia  
y Rodríguez (2012), en un experimento  
similar reportaron valores en la  
seco)  
Se pesó el papel filtro (W1), la muestra  
se filtra y se secó en el horno a 105°C  
durante 4 horas. Para concluir se pesó el  
papel filtro con la muestra seca (W2).  
Finalmente, el peso de la biomasa  
corresponde a la diferencia entre W2 y  
W1.  
reducción  
de  
pH  
desde  
aproximadamente 3,4 a 2,9. Debido a  
que el vinagre puede obtenerse de  
diversas fuentes, su pH adecuado u  
óptimo puede variar en dependencia de  
aquello, así lo demuestra la literatura.  
3
. Resultados y discusión  
3.1. Parámetros iniciales  
En la Tabla  
2 se presentan los  
parámetros iniciales en el proceso de  
fermentación acética.  
22  
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Palacios-Vallejos et al. (2019)  
Entre los requerimientos de calidad que  
debe cumplir el vinagre, se encuentra un  
pH de 2 a 2,5 (INEN 2296: 2003).  
contenido de alcohol y aumento de la  
concentración de ácido acético.  
Figura 2. Cinética de consumo de sustrato  
durante la fermentación.  
Figura 1. Curva de pH.  
3
.4. Acidez  
3.3. Contenido de alcohol  
En la gráfica 3, se muestra la producción  
de ácido acético. Se observa, que el  
proceso se puso en marcha con una  
concentración de 8,1 g/L de ácido  
Durante el proceso también se evidenció  
un comportamiento descendiente en el  
contenido  
comportamiento se muestra en la figura  
, en donde se evidencia la reducción del  
de  
alcohol;  
este  
acético  
y
se  
presenta  
un  
2
comportamiento ascendente hasta  
alcanzar una concentración de 18,37 g/L,  
en donde según a la norma Codex Stan  
etanol en el proceso de fermentación,  
por efecto de la oxidación del alcohol a  
ácido acético durante los 12 días de  
fermentación.  
162-1987 (FAO, 1987), el contenido total  
de ácido obtenido de un vino debe ser  
como mínimo 60 g/L (ácido acético).  
Romo (2011) menciona que los  
microorganismos fermentadores son de  
vital importancia en este proceso,  
debido a que consumen el sustrato  
(
etanol), afectando directamente la  
velocidad de fermentación y cantidad de  
biomasa. Por lo tanto, los  
microorganismos acetobacter son los  
Figura 3. Cinética de la producción de ácido  
acético.  
responsables de la disminución del  
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3
.5. Coeficientes estequiométricos  
ecuación estequiométrica, que bajo  
condiciones teóricas considera los  
siguientes compuestos químicos:  
En la Tabla 3, se presentan los resultados  
obtenidos para el correcto ajuste de la  
C H  
2 5  
OH + a O  
2
+ b NH  
3
→ c CH1,8 Ec. #2  
O
0,5  
N
0,2 + d CO  
2
+ e H  
2
O + f CH  
3
COOH  
Tabla 3. Coeficientes estequiométricos de los compuestos presentes en la reacción química.  
Coeficientes estequiométricos  
Mol (moles)  
Masa (gramos)  
a
b
c
d
e
f
0,9496  
0,3381  
1,6909  
0,0341  
1,7105  
0,1374  
0,6596  
0,1250  
0,9029  
0,0326  
0,6683  
0,1791  
3
.6. Rendimiento de reacción  
desarrollado por Ferreyra et al. (2012),  
en el que se menciona que para la  
fermentación acética de naranja (Citrus x  
sinensis) mediante Acetobacter sp., el  
rendimiento global del proceso en  
función de la producción de vinagre fue  
En la Tabla 4, se presentan los valores  
obtenidos para los rendimientos  
teóricos y reales de la biomasa y del  
producto principal (ácido acético) del  
proceso. El rendimiento porcentual  
relaciona el rendimiento experimental  
respecto al rendimiento teórico.  
46 g/L. Por lo que convendría mencionar  
que los microrganismos no  
aprovecharon los componentes del  
medio para transformarlo en ácido  
acético y de esta forma, obtener mayor  
contenido de producto, pero su  
presencia en el medio es notable. Según  
Muñoz (1997), en los procesos  
biotecnológicos, la obtención del  
producto es consecuencia de la actividad  
de los microorganismos, por lo que la  
generación de biomasa es un  
Tabla 4. Rendimientos reales y teóricos de  
biomasa y ácido acético.  
Rendimiento  
Biomasa  
Ácido  
acético  
0,1791  
1,9552  
9,16  
Experimental (g/g)  
Teórico (g/g)  
0,9029  
1,5256  
59,18  
%
Rendimiento  
Los resultados obtenidos demuestran  
una baja producción de ácido acético, en  
contraste  
con  
el  
experimento  
24  
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Palacios-Vallejos et al. (2019)  
comportamiento natural. Además, se  
menciona que factores como la agitación  
y proporción de carga combinada  
que Yoneda et al., (2001), indican que la  
alimentación de etanol a elevadas  
concentraciones implica un bajo  
rendimiento del proceso, lo que propicia  
un efecto inhibitorio del etanol sobre la  
biomasa.  
vinagre/alcohol,  
potencian  
el  
rendimiento de vinagre en procesos  
fermentativos.  
El consumo de sustrato que no genera  
3.7. Balance de materiales  
mayores réditos en cuanto  
a la  
En la Tabla 5, se muestran los valores  
obtenidos en el balance de materia  
realizado para cada uno de los  
componentes que intervienen en el  
proceso de producción de ácido acético,  
según la ecuación estequiométrica  
producción, se lo asocia con el  
mantenimiento de las funciones vitales  
de los microorganismos, aunque existen  
otros factores que pueden influir en el  
bajo rendimiento del producto, como  
una pobre concentración de biomasa o  
incluso la inhibición del inóculo, debido a  
(
Ecuación 2).  
Tabla 5. Resultados del balance de materia para cada componente de la reacción química.  
Compuesto  
OH  
Entrada (g)  
Consumo (g)  
Generación (g)  
Salida (g)  
C
2
H
5
113,62  
940,65  
3028,35  
0,15  
82,06  
0,659  
-
-
-
-
31,56  
939,99  
3028,35  
0,025  
O
2
N
2
-
NH  
3
0,125  
CH1,8  
O
0,5  
N
0,2  
-
-
-
-
-
0,903  
0,033  
0,668  
0,179  
1,78  
0,902  
0,033  
656,67  
0,179  
4657,71  
CO  
H
2
-
656  
-
2
O
CH  
3
COOH  
Total  
4738,77  
82,84  
Para el balance general de materia, se  
obtuvieron los valores de 4740,55 en la  
entrada del sistema y en la salida  
menciona que la materia no se crea ni se  
destruye, solo se transforma.  
3.8. Diseño de biorreactor  
4740,55 gramos, respectivamente; los  
Además, en esta investigación se realizó  
un escalamiento piloto teórico y el  
mismos que obedecen a la ley de la  
conservación de la materia, en la que se  
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Diseño de un biorreactor para la obtención de ácido acético a partir del vino de mucílago de cacao (Theobroma Cacao L.)  
diseño de un reactor para una  
producción de 50 litros de ácido acético.  
Los datos obtenidos se muestran en la  
Tabla 6; de la misma forma en la gráfica  
debido a que el flujo que puede  
dispersar el impulsor es de 27,48 L/min.  
Tabla 6. Parámetros de diseño de un  
biorreactor para la producción de 50 litros  
de ácido acético.  
4
el prototipo de un reactor de lote  
Parámetro  
convencional.  
Diámetro del tanque (D  
T
)
0,52 metros  
0,17 metros  
3,33 Hertz  
789 g/L  
Diámetro de impelente (D  
i
)
i
Velocidad de agitación (N )  
Densidad del caldo  
Viscosidad del caldo  
1,25 kg / m*s  
0,52 metros  
0,052 metros  
0,17 metros  
60744,79  
Altura del líquido (H  
Deflectores (WBF  
Espacio libre inferior (C  
L
)
)
i
)
Número de Reynolds (Rei  
Potencia del agitado (P)  
Tiempo de mezcla (tm)  
)
1,87 Watts  
4,71 s  
Figura 4. Reactor de lote convencional.  
A partir de los datos obtenidos se  
estableció que el flujo de operación se  
caracteriza por un régimen turbulento y  
para lograr la homogenización del caldo  
fermentativo en la producción de 50  
litros de ácido acético, es necesario un  
tiempo de mezcla de aproximadamente  
Número de flujo gaseado  
Flujo de gas  
0,028  
27,48 L/min  
Para comprobar dichos resultados es  
necesario realizar experimentos que  
determinen si tanto el reactor diseñado,  
la velocidad de agitación y potencia  
requerida influyen en el proceso  
fermentativo, teniendo en cuenta el  
crecimiento microbiano, necesidad de  
refrigeración, formación de burbujas,  
canalizaciones, y cualquier otro factor  
que pueda afectar el rendimiento del  
proceso biológico.  
4
,71 segundos con una potencia de 1,87  
Watts y una velocidad de agitación de  
,33 Hertz (200 rpm). También, se  
3
realizó el cálculo para conocer la  
efectividad del impulsor y la dispersión  
del flujo de gas en el medio  
fermentativo, concluyendo que el gas se  
dispersaría completamente en el medio  
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Revista de Ciencias Agropecuarias ‘‘ALLPA’’: Vol. 2 (Núm. 4) (jul-dic 2019). ISSN: 2600-5883  
Palacios-Vallejos et al. (2019)  
4. Conclusiones  
provincia de Azuay-Ecuador.  
Universidad de Cuenca, Ecuador.  
Por lo expuesto en el desarrollo del  
artículo, las altas concentraciones de  
etanol ejercen una función inhibidora y  
provocan la aparición de reacciones  
FAO. (1987). Codex Alimentarius. Codex  
stan 162-1987 norma del codex  
para el vinagre. Disponible en:  
http://www.alimentosargentinos  
.
gob.ar/contenido/marco/Codex  
Alimentarius/normativa/codex/  
secundarias,  
a pesar de esto se  
_
evidenciaron resultados aceptables en  
cuanto a la generación de ácido acético  
y sus características.  
stan/162-1987.PDF  
Ferreyra, M., Schvab, M., Davies, C.,  
Gerard, L., & Hours, R. (2012).  
Influencia del caudal de aire,  
El diseño del reactor incluye los  
requerimientos necesarios para que el  
proceso de fermentación se lleve a cabo  
bajo condiciones óptimas de operación.  
temperatura  
agitación  
discontinuo de acetificación para  
la obtención de vinagre de  
naranja (Citrus sinensis var. W.  
Navel). Scientia Agropecuaria,  
y
en  
velocidad de  
el proceso  
A partir del diseño de reactor propuesto,  
se recomienda realizar investigaciones  
que permitan comprobar la eficiencia  
productiva y de esta forma promover la  
optimización del proceso fermentativo  
del mucílago de cacao en la obtención de  
ácido acético.  
3
(1), 61-65.  
INEN. (2003). NTE INEN 2296. Vinagre.  
Requisitos. Quito-Ecuador:  
Norma Técnica Ecuatoriana.  
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pulpa de cacao en la hacienda  
Bellavista, Luz de América,  
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2015). Efecto del vertimiento de  
subproductos del beneficio de  
cacao (Theobroma cacao L.)  
sobre algunas propiedades  
químicas y biológicas en los  
27  
Revista de Ciencias Agropecuarias ‘‘ALLPA’’: Vol. 2 (Núm. 4) (jul-dic 2019). ISSN: 2600-5883  
Diseño de un biorreactor para la obtención de ácido acético a partir del vino de mucílago de cacao (Theobroma Cacao L.)  
suelos de una finca cacaotera,  
municipio de Yaguara (Huila,  
Colombia). Bol. Cient. Mus. Hist.  
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partir de la biofermentación de  
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salud  
para  
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industrialización.  
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34.  
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6
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del método de fermentación  
acética en las características  
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vinagre de naranja agria (Citrus x  
aurantium)  
y
piña (Ananas  
28