Revista Científica ‘‘INGENIAR”: Ingeniería, Tecnología e Investigación. Vol 3, Num 5 (ene-jun) ISSN:  
Diseño de una planta a escala industrial para la elaboración de ácido láctico mediante fermentación líquida  
DOI: https://doi.org/10.46296/ig.v3i5.0013  
DISEÑO DE UNA PLANTA A ESCALA INDUSTRIAL PARA LA  
ELABORACIÓN DE ÁCIDO LÁCTICO MEDIANTE  
FERMENTACIÓN LÍQUIDA  
DESIGN OF AN INDUSTRIAL SCALE PLANT FOR THE  
ELABORATION OF LACTIC ACID THROUGH LIQUID  
FERMENTATION  
1
2
García-Mujica, Robert *; Benavides-Cedeño, Genesis  
1
2
Universidad Técnica de Manabí, UTM. Portoviejo, Ecuador.  
Universidad Técnica de Manabí, UTM. Portoviejo, Ecuador.  
*Correo: robertdaniel@live.com.ar.  
Resumen  
El presente trabajo se realizó con el fin de diseñar una planta industrial de ácido láctico que utilice  
como sustrato el suero lácteo residual de los procesos aplicados en las industrias lácteas del  
cantón Santa Ana, ubicado en la provincia de Manabí. Se inició la investigación calculando la  
demanda potencial anual de ácido láctico en la provincia de Manabí ($273,600), misma que  
representa el 16% del mercado nacional, tomando esto como referencia nos propusimos  
acaparar el 10% del mercado local ($27.360). Se llevó a cabo una investigación bibliográfica  
donde se determinó que el mejor rendimiento corresponde al 8,3% para la producción de ácido  
láctico a partir de la fermentación del lacto suero utilizando como microorganismo la bacteria  
lactobacillus bulgaricus. Se realizaron los balances estequiométricos de la ecuación biológica,  
balances de masa y energía para producir 48 litros de ácido láctico a diario, que cubre la  
demanda propuesta (10%). A partir de esto se realizó el dimensionamiento de la planta y se  
elaboraron los respectivos diagramas de flujo, bloques y equipos que describen el proceso de  
producción.  
Palabras clave: ácido láctico, suero lácteo, fermentación, lactobacillus bulgaricus, diagrama.  
Abstract  
The present work was carried out with the aim of designing an industrial lactic acid plant that  
would use the residual whey from the processes of the dairy industries of the canton of Santa  
Ana, located in the province of Manabí, as a substrate. The investigation was begun by calculating  
the potential annual demand for lactic acid in the province of Manabí ($ 273,600), which  
represents 16% of the national market, taking this as a reference we set out to capture 10% of  
the local market ($ 27,360). A bibliographic investigation was carried out where it was determined  
that the best yield was 8.3% for the production of lactic acid from the fermentation of the whey  
using the bacterium lactobacillus bulgaricus as a microorganism. The stoichiometric balances of  
the biological equation, mass and energy balances were then made to produce 48 liters of lactic  
acid daily, which covers the proposed demand (10%). From this, the sizing of the plant was carried  
out and the respective flow diagrams, blocks and equipment that describe the production process  
were prepared.  
Keywords: lactic acid, whey, fermentation, lactobacillus bulgaricus, diagram.  
Información del manuscrito:  
Fecha de recepción: 17 de septiembre de 2019  
Fecha de aceptación: 09 de diciembre de 2019  
Fecha de publicación: 10 de enero de 2020  
25  
García-Mujica & Benavides-Cedeño (2020)  
1
. Introducción  
y alimentarias (Garcia et al., 2010).  
Además, la posibilidad de  
El crecimiento de la economía  
principalmente en términos de  
bienestar y poder adquisitivo, está  
incrementando la demanda de la  
biotecnología, a eso se suma la  
transformarlo en un polímero  
biodegradable ha dirigido las  
investigaciones hacia la disminución  
de los costos de producción a través  
de nuevos microorganismos que  
ampliación  
de  
la  
producción  
también  
permitan  
generar  
altas  
agroindustrial,  
que  
concentraciones de ácido láctico y,  
por tanto, altos rendimientos (Serna-  
Cock, Rodríguez-de Stouvenel,  
contribuye al aumento de la  
demanda (PROECUADOR, 2013a).  
Los agentes biológicos demuestran  
una aplicación controlada sobre  
material generalmente orgánico para  
manipular la obtención de productos  
metabólicos a nivel celular y para  
producir más células de las  
originadas. Mediante la técnica de la  
fermentación se puede ofrecer al  
mercado un producto que explota las  
características de los sustratos,  
obteniendo bioproductos de mayor  
valor agregado (PROECUADOR,  
2005).  
Las industrias que desean competir  
en una economía global no pueden  
ignorar durante mucho tiempo los  
costes de funcionamiento derivados  
de un diseño poco eficiente de su  
planta. En un mundo de competencia  
deben analizarse todos los posibles  
escenarios hacia la reducción de  
costes (Vanaclocha, 2004).  
El diseño de la industria adquiere un  
papel fundamental en el que se  
deben conjugar los principios  
básicos del diseño, en un plan  
eficiente de flujos de materiales y de  
personas, una distribución efectiva  
de las instalaciones y una eficiente  
operación del proceso, considerando  
el carácter biológico y perecedero de  
las materias primas y de los  
productos (Vanaclocha, 2004).  
2
013b).  
Países industrializados utilizan el  
suero de leche para la elaboración  
de suero en polvo, lactosa  
hidrolizada y proteína comestible  
(
Onwulata  
&
Huth, 2009). No  
obstante, puede emplearse como  
materia prima en la elaboración de  
ácido láctico, el cual posee diversas  
aplicaciones en las industrias  
farmacéuticas, cosméticas, químicas  
26  
Revista Científica ‘‘INGENIAR”: Ingeniería, Tecnología e Investigación. Vol 3, Num 5 (ene-jun) ISSN:  
Diseño de una planta a escala industrial para la elaboración de ácido láctico mediante fermentación líquida  
En este trabajo se efectuó el diseño  
de una planta a escala industrial para  
la elaboración de un bioproducto  
obtener un producto de alto valor  
agregado.  
En la elaboración del proyecto se  
empleó la investigación científica,  
complementándola con el uso de  
(ácido  
láctico)  
líquida,  
mediante  
utilizando  
fermentación  
lactosuero como sustrato. Con el  
diseño de la planta se pretende  
describir las operaciones unitarias de  
la planta, los métodos de aplicación,  
el equipamiento necesario, escala y  
capacidad de equipos necesarios  
para la implementación del proceso  
productivo, tomando en cuenta  
varios factores que ayudan a la  
ejecución de dicha planta, entre los  
cuales se encuentran la ubicación de  
conocimientos  
científicos  
con  
fundamentos cualitativos para el  
diseño y producción de una planta a  
escala industrial de ácido láctico.  
Se utilizaron métodos teóricos con el  
fin  
de  
determinar  
conceptos  
específicos en el trabajo, con  
referencia obtenida de libros,  
revistas científicas y documentos  
académicos.  
la planta  
y
demás factores  
culturales  
2
.1. Recolección de información  
socioeconómicos,  
y
base para el diseño de la planta  
legales. La importancia de diseñar  
una planta de manera adecuada es  
definir el éxito o fracaso de la  
entidad, esto ayudará a la reducción  
de costos por flujos de transporte  
innecesarios y lograr la optimización  
del producto.  
Se  
realizó  
una  
búsqueda  
bibliográfica que permitió determinar  
el volumen y cantidad referente a la  
producción de leche en el país y en  
Manabí.  
Además,  
se  
revisó  
información propuesta en base a las  
necesidades de la provincia en este  
tópico.  
2. Metodología  
El campo de acción al que se dirige  
esta investigación es el de Ingeniería  
en procesos y diseño de plantas,  
debido a que realizó el diseño y  
distribución de una planta para la  
producción de ácido láctico con el fin  
de aprovechar un residuo líquido y  
Cabe señalar que la información  
obtenida de la revisión bibliográfica  
permitió generar los respectivos  
diseños a partir de bases de cálculo  
estimadas en función de datos reales  
propuestos  
por  
instituciones  
27  
García-Mujica & Benavides-Cedeño (2020)  
gubernamentales,  
privadas  
e
según datos de esta industria. En el  
país, cada día más de un millón de  
litros de leche se destinan a la  
elaboración de queso, de los cuales  
investigadores independientes.  
2.1.1. Producción del suero de  
leche  
2
00000 se transforman en queso y  
00000 se convierten en suero de  
En Ecuador  
8
leche.  
El Centro de la Industria Láctea del  
Ecuador acoge representa  
y
La producción de queso genera  
como principal subproducto al suero  
de leche (Bedolla, 2004), de modo  
que, por cada kilogramo de queso  
elaborado se generan alrededor de 9  
litros de suero, obteniéndose  
legalmente a las industrias más  
importantes. Entre estas industrias  
están: Floralp S.A., Lechera Andina  
S.A., Agrícola Ganadera Reybanpac  
(Reyleche), Nestlé S.A., Industrias  
Lácteas Toni S.A., Alpina  
y
anualmente  
en  
el  
país  
un  
Productos Alimenticios. Empresas  
lácteas como la Pasteurizadora  
Quito S.A., El Salinerito, Lácteos San  
Antonio (Nutri), ECOLAC, Prolachiv  
S.A. (Chivería), la Escuela Superior  
Politécnica de Manabí (ESPAM), la  
Universidad Técnica de Manabí  
extensión de Chone, y El Ordeño  
S.A., son las medianas industrias  
más relevantes del país. En su  
mayoría, estas industrias trabajan  
conjuntamente con los pequeños  
productores, logrando entre las  
grandes, medianas y pequeñas  
empresas satisfacer la demanda  
local (Vizcarra et al., 2015).  
8
aproximado de 2,12×10 litros de  
lactosuero (Hernández, 2003).  
En Manabí  
De acuerdo a las estadísticas del  
INEC y en base al estudio efectuado  
por la encuesta de superficie y  
producción agropecuaria continua  
(ESPAC) (INEC, 2013), la región  
costa Manabí produce 521845  
litros/día de leche, el 70% es  
utilizado para la elaboración de  
queso, el mismo que genera  
aproximadamente  
328762,35  
litros/diarios de lactosuero.  
En los talleres de lácteos de la  
Escuela Superior Politécnica de  
Manabí “Manuel Félix López”  
En el Ecuador la producción del  
suero de leche está concentrada en  
unas 500 queseras a nivel nacional,  
(ESPAM  
MFL)  
el  
lactosuero  
28  
Revista Científica ‘‘INGENIAR”: Ingeniería, Tecnología e Investigación. Vol 3, Num 5 (ene-jun) ISSN:  
Diseño de una planta a escala industrial para la elaboración de ácido láctico mediante fermentación líquida  
producido corresponde a 20-30 litros  
diarios no recibe mayor uso, sin  
embargo, estudiantes de la carrera  
de agroindustrias han generado  
investigaciones sobre el uso de este  
subproducto, generando productos  
de valor agregado como: helado,  
de ácido láctico es $28 (Precio del  
Laboratorio Labdin). La tabla 1  
muestra los datos del Banco Central  
respecto a la demanda de ácido  
láctico.  
Tabla 1.  
Demanda del ácido láctico  
bebidas lácteas fermentadas  
requesón.  
y
La mayor cantidad de leche se  
destina a la elaboración de queso, ya  
sea manualmente en las fincas o en  
las plantas pasteurizadoras que se  
han instalado en los cantones  
Chone, El Carmen, Flavio Alfaro,  
Jama, Pedernales, Paján y Santa  
Ana. El queso tiene su mercado en  
las mismas localidades, aunque sus  
potenciales consumidores están  
ubicados en Portoviejo, Manta,  
Fuente: Banco Central del Ecuador  
La Industria de producción de ácido  
láctico fue diseñada con la finalidad  
de acaparar un 10% del mercado  
consumidor interno de la provincia  
de Manabí, estableciéndose así una  
producción 48 L/día del producto a  
partir de 750 L de suero de leche  
(García et al.,2018).  
Guayaquil, Quito  
y
hasta en  
ciudades del extranjero como Nueva  
York.  
3
.2. Balance de materia a escala  
laboratorio  
3
. Resultados y discusión  
.1. Demanda  
Para realizar los cálculos del balance  
de masa se consideró una masa de  
3
2
04,86 gramos de suero de leche  
estandarizados, con una densidad ρ:  
,024 g/mL, este suero contenía 9,2  
Según García et al. (2018), la  
demanda del producto se basa en la  
producción y disponibilidad del ácido  
láctico en la provincia de Manabí,  
tomando como referencia el 10% del  
total del mercado de dicha provincia.  
Considerando que el precio por litro  
1
gramos de lactosa, por tanto, al  
balance de masa del proceso de  
fermentación ingresaron 1616,02  
gramos de aire que contienen 470,8  
gramos de oxígeno y 1145,22  
29  
García-Mujica & Benavides-Cedeño (2020)  
gramos de nitrógeno. El nitrógeno  
del aire no reacciona en la  
fermentación por lo cual la entrada  
es igual a la salida. En el caso del  
oxígeno, 128,78 gramos fueron  
dosificados en exceso como se  
observa en la corriente de salida “c”,  
de la figura 1, junto con 342,02  
gramos de dióxido de carbono. Al  
finalizar el proceso de fermentación  
se obtuvieron 0,76 gramos de ácido  
láctico (disueltos en 195,14 g de  
agua), aumentaron 9,10 gramos de  
biomasa (Lactobacillus bulgaricus).  
Obteniendo un rendimiento del 8,3 %  
de ácido láctico a partir de la lactosa  
inicial.  
leche, se observó que a partir de un  
mol de lactosa se obtienen 0,31  
moles de ácido láctico y 0,37 moles  
de Lactobacillus bulgaricus, con una  
producción de 10,7 moles de dióxido  
de carbono. Estos valores son más  
altos que los reportados por Garcia  
et al. (2010), quienes obtuvieron 0,22  
moles de ácido láctico por cada mol  
de lactosa.  
Sin embargo, los autores Zayed &  
Winter (1995) y Panesar et al.,  
(
2010) reportan 0,79 y 1,69 moles de  
ácido láctico por cada mol de lactosa  
respectivamente, valores más altos  
que los propuestos en la presente  
investigación, cabe mencionar que  
estos autores utilizaron glucosa y  
trabajaron con una concentración  
mayor de lactosa en el suero de  
leche, por lo cual se asume que el  
enriquecimiento del medio (suero de  
leche) tiene influencia positiva sobe  
la producción de ácido láctico y  
crecimiento de la biomasa.  
Figura 1. Diagrama de proceso del  
balance de materia del proceso de  
fermentación del suero de leche  
estandarizado.  
3
.4. Producción de ácido láctico a  
escala industrial  
La tabla 2 muestra el balance de  
3.3. Ecuación estequiométrica  
materiales  
de  
todos  
los  
A
partir de la ecuación  
componentes que participan en el  
proceso de obtención del ácido  
láctico.  
estequiométrica planteada para la  
obtención de ácido láctico utilizando  
como materia prima el suero de  
30  
Revista Científica ‘‘INGENIAR”: Ingeniería, Tecnología e Investigación. Vol 3, Num 5 (ene-jun) ISSN:  
Diseño de una planta a escala industrial para la elaboración de ácido láctico mediante fermentación líquida  
Tabla 2.  
(Robalino, 2017). El lactato de calcio  
Balance de masa para la producción de  
ácido láctico  
obtenido por la fermentación, pasa a  
un filtro a través del cual se descarta  
la biomasa formada.  
Con el fin de convertir el lactato de  
calcio en ácido láctico, se sigue un  
proceso de acidificación en el que se  
adiciona al medio, ácido sulfúrico en  
-1  
una relación de 27,16 g L . La  
reacción genera como residuo  
sulfuro de calcio, el cual no es  
soluble y precipita siendo eliminado  
por una nueva filtración. En el medio  
se encuentra disuelto el ácido  
láctico, de modo que, para  
concentrarlo, la solución pasa a un  
evaporador. Finalmente, se realiza  
un blanqueado con carbón activado,  
envasado y almacenado (Robalino,  
El  
proceso  
inicia  
con  
la  
pasteurización del suero lácteo (15  
min y 60 °C) y la fermentación con el  
cultivo Lactobacillus bulgaricus a una  
concentración del 0,01 % a 37 °C. En  
3
esta etapa se adiciona CaCO a una  
2
017). El proceso aplicado para la  
-1  
concentración de 5 g L con el fin de  
mantener el pH para que el  
crecimiento del cultivo no se vea  
afectado por la acidez del medio  
conversión del suero de leche en  
ácido láctico se desarrolla según las  
operaciones definidas en la figura 2.  
Figura 2. Diagrama de bloques del proceso para la obtención de ácido láctico  
31  
García-Mujica & Benavides-Cedeño (2020)  
Figura 3. Diagrama de flujo de la producción de ácido láctico  
La figura 3 muestra el diagrama de  
flujo del proceso productivo para la  
obtención del ácido láctico, el  
proceso inicia con la recepción y  
pasteurización de la materia prima y  
culmina con el almacenamiento del  
producto final.  
Según García et al. (2018), el estudio  
financiero se realiza como una  
técnica  
de  
aprobación  
o
desaprobación  
del proyecto  
productivo, se muestran los valores  
del VAN y TIR ($ -688.097 y -0.40  
%), los cuales reflejan que la planta  
de producción de ácido láctico no es  
un proyecto viable ya que el costo de  
producción es mayor a las ganancias  
que se obtienen.  
Se realizó el estudio económico del  
proyecto para conocer el estado  
financiero que podría tener la planta,  
de esta manera calculamos la  
viabilidad  
indispensable el cálculo del VAN  
Valor Actual Neto) y el TIR (Tasa  
del  
proyecto.  
Es  
4. Conclusiones  
El proceso de producción de ácido  
láctico por vía biotecnológica no  
alcanza altos rendimientos, debido a  
la baja capacidad que tiene el  
(
Interna de Retorno), porque van a  
reflejar valores aproximados que  
tendría el flujo de caja de la empresa  
que queremos implementar.  
microorganismo  
(lactobacillus  
bulgaricus) en convertir la lactosa  
32  
Revista Científica ‘‘INGENIAR”: Ingeniería, Tecnología e Investigación. Vol 3, Num 5 (ene-jun) ISSN:  
Diseño de una planta a escala industrial para la elaboración de ácido láctico mediante fermentación líquida  
presente en el suero en ácido láctico.  
El balance de materiales permitió  
obtener las cantidades de insumos  
requeridos en cada uno de los  
procesos que se establecieron en los  
diagramas de flujo y bloques.  
financiero de una planta de  
producción de ácido láctico.  
Revista  
Multidisciplinaria  
Científica  
Arbitrada  
YACHASUN, 2(3), 20-28.  
https://doi.org/10.46296/yc.v2  
i3.0011  
Hernández, A. (2003). Microbiología  
Industrial. San José, Costa  
Rica: EUNED.  
La razón más significativa para que  
se reporte una baja factibilidad en el  
desarrollo de este proyecto son los  
gastos generados (transporte de  
INEC. (2013). Encuesta de superficie  
y producción agropecuaria  
continua.  
Disponible  
en:  
materia  
prima  
y
costo  
de  
https://www.ecuadorencifras.  
gob.ec/encuesta-de-  
superficie-y-produccion-  
agropecuaria-continua-espac-  
producción), debido a que son  
elevados en relación a las ganancias  
obtenidas con la elaboración de este  
producto.  
2013/  
Onwulata, P. & Huth, P. (2009).  
Whey Protein Production and  
Utilization: A Brief History.  
USA: John Wiley & Sons, Inc.  
Bibliografía  
Bedolla, S., Dueñas, C., Esquivel, I.,  
Favela, T., Ortiz, J.,  
Guerrero, R. (2004).  
Introducción a la Ingeniería en  
Alimentos. México D.F,  
México: Limusa.  
&
Panesar, P. S., Kennedy, J. F., Knill,  
C. J., & Kosseva, M. (2010).  
Production of L (+) lactic acid  
using Lactobacillus casei from  
whey. Brazilian archives of  
Biology and Technology,  
Garcia, C. A., Arrázola, G. S., &  
Durango, A. M. (2017).  
Producción de ácido láctico  
por vía biotecnológica. Temas  
5
3(1), 219-226.  
https://doi.org/10.1590/S1516  
89132010000100027  
-
Agrarios,  
15(2),  
9-26.  
PROECUADOR. (2013a). Obtenido  
de Biotecnología (Bioquímica  
y Biomedicina). Obtenido de:  
http://www.proecuador.gob.ec  
https://repositorio.unicordoba.  
edu.co/bitstream/handle/ucor  
doba/431/676-1274-1-  
PB.pdf?sequence=1&isAllow  
ed=y  
/
sector2/  
PROECUADOR. (2013b). Proyectos  
de inversión agrupados por  
García-Mujica,  
R.,  
Benavides-  
Cedeño, G.,  
Cedeño,  
Distribución  
&
Alcívar-  
(2018).  
análisis  
sectores.  
Obtenido  
de  
U.  
PROECUADOR.gob.ec:  
y
33  
García-Mujica & Benavides-Cedeño (2020)  
http://www.proecuador.gob.ec  
Vanaclocha, A. (2004). Diseño de  
industrias agroalimentarias.  
Madrid: Mundi-Prensa Libros.  
/
sector2/  
Robalino, J. (2017). Obtención de  
ácido láctico a partir de suero  
de leche mediante un proceso  
biofermentativo utilizando un  
Vizcarra, R., Lasso, R., & Tapia, D.  
(2015). La leche del Ecuador.  
Centro de la industria láctea  
del Ecuador, 183. Obtenido  
de:  
cultivo  
homofermentativo.  
mesófilo  
Quito:  
Escuela Politécnica Nacional.  
Disponible en:  
https://bibdigital.epn.edu.ec/h  
andle/15000/17484  
http://sitp.pichincha.gob.ec/re  
positorio/diseno_paginas/arch  
ivos/La_Leche_del_Ecuador.  
pdf  
Serna-Cock,  
Stouvenel,  
Rodríguez  
A.  
de  
(2005).  
Zayed, G., & Winter, J. (1995). Batch  
and continuous production of  
lactic acid from salt whey  
using free and immobilized  
cultures of lactobacilli. Applied  
Producción biotecnológica de  
Ácido Láctico. Ciencia  
Tecnología Alimentaria, 5(1).  
4-65.  
https://doi.org/10.1080/11358  
20509487672  
y
5
microbiology  
and  
biotechnology, 44(3-4), 362-  
366.  
1
34