identificación y desarrollo de tecnología para proporcionar valor

XXVII Congresso Interamericano de Engenharia Sanitária e Ambiental
III-138 - IDENTIFICACIÓN Y DESARROLLO DE TECNOLOGÍA PARA
PROPORCIONAR VALOR ECONÓMICO A LOS RESIDUOS SÓLIDOS DEL
PROCESO DE MATANZA EN EL RASTRO DE SALTILLO, COAHUILA,
MÉXICO
Jorge Candelas Ramírez(1)
Químico Industríal por la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), Grado de
Maestro en Ciencias con especialidad en Administración de Empresas de la (UANL), 14
años de experiencia como Investigador en Jefe de análisis Químicos, 8 años como Gerente
de Ingeniería Ambiental en la Corporación Mexicana de Investigación en Materiales
(COMIMSA).
Guillermo Ramírez Esquivel
Maestro en Ciencias con especialidad en Biotecnología de enzimas (UA de C), 2 años de
experiencia en procesos biotecnológicos en aprovechamiento de residuos animales para
usos agrícolas en el Grupo Bioquímico Mexicano (GBM) , 4 años de especialista en el diagnóstico ambiental
de suelos y residuos en el Instituto Mexicano del Petróleo (IMP) y COMIMSA.
Dirección(1): Blvd Oceanía No. 190 - Fracc Saltillo 400 - CP: 25290 - Saltillo - Coahuila - México - Tel:
(01) 8 4 11-32 00 ext 1261 e-mail: [email protected]
RESUMEN
En los estudios de mercado se lograron identificar 4 residuos con potencial para explotación industrial en 3
diferentes industrias: Agrícola, Biotecnológica y Alimentaria, logrando atraér particularmente 2 empresas
medianas de la región del ramo agrícola. Referente a la determinación de parámetros y datos tecnológicos,
económicos y ambientales del proceso operativo del rastro, éstos datos a sugerencia de los directivos del
mismo rastro se manejarán de carácter confidencial derivado circunstancias sociopolíticas y económicas por
lo que se omiten en este estudio. Con relación al manejo integral de las aguas residuales mediante las
mediciones en campo se han sentado las bases para el diseño de la planta de tratamiento más adecuada a las
necesidades del mismo y su aplición y manejo quedan fuera del alcance de este estudio. Con relación a los
estudios de los residuos queratinosos del rastro tenemos 2 procesos de obtención de hidrolizados de
aminoácidos para aplicación agrícola, de los cuales se negaciará con las empresas interesadas en el esquema
de participación y/o transferencia de tecnología para la implementación de nuevos procesos industriales. Con
relación a la conceptualización y realización de un manual de buenas prácticas tecnológicas y ambientales en
el rastro se esta trabajando aún en la recopilación bibliográfica y se discuten los esquemas con el personal
directivo y operativo del rastro para su adecuación e implementación, finalmente esto se reforzará con
programas integrales de educación al personal operativo y así se generará un a adecuada gestión de los
residuos en el rastro municipal de la ciudad de Saltillo.
PALABRAS-CLAVE: Rastro, Esquilmos,
Aminoácidos, Gestión Ambiental.
Desechos,
Procesos
Biotecnológicos,
Hidrolizados
de
INTRODUCCIÓN
La matanza de ganado vacuno, bovino y porcino, así como las otras actividades efectuadas en los rastros en
México y la elaboración de productos de los mismos genera, aparte de la carne y piel como productos
principales, una serie de subproductos con bajo o nulo valor económico. La mayoría de los rastros que
actualmente operan en los estados de Coahuila, Nuevo León y Tamaulipas, que forman parte de los 1061
rastros municipales registrados en la Secretaría de Comercio y Fomento industrial (SECOFI) y los 154
rastros Tipo de Inspección Federal (TIF), no cuentan con sistemas adecuados para la valorización y/o el
tratamiento de estos subproductos, llamados desechos. En la tabla 1 se encuentra la lista de los rastros de
sacrificio de ganado bovino y porcino que operan actualmente en los estados de Coahuila, Tamaulipas y
Nuevo León.
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Los desechos y esquilmos como sangre, grasa, vísceras, piel, pezuñas cuernos y cerdas en forma sólida
producen una alta carga orgánica en los efluentes de los rastros, con un total de materia orgánica estimado en
unas cienmil toneladas por año, las cuales por su forma de depósito llegan a fosas sépticas, basureros
municipales y aguas residuales fomentando la contaminación ambiental. En general, la gran parte de los
llamados desechos, como materia natural con una gran diversidad en su composición química, exhibe un
valor económico considerable como, por ejemplo, para la producción de alimentos, fertilizantes, protección
biológica, abono, cola harina de huesos y otros. Finalmente, existen tecnologías de composteo que permiten
mezclar los desechos de los rastros con los desechos de parques, jardines, centrales de abasto, cocinas,
industria de conservas y agricultura para producir una composta con alto valor por su contenido orgánico y
una biocenosis microbiana adecuada para mejorar la calidad de suelos productivos. Además, los deshechos
producidos en los corrales de los rastros, como estiércol, el contenido de los intestinos y estómagos, podrían
ser utilizados como abono y/o insumos para la producción de composta.
El estado actual en el giro industrial de rastros está caracterizado por la escacez de datos y parámetros que
permitirían diagnosticar las causas de la valorización insuficiente de los sub-productos y de la contaminación
ambiental. Es necesario desarrollar una estrategia general con base en estudios e investigaciones, para la
mejora de la eco-eficiencia de los procesos productivos en los rastros, con el propósito de valorizar la gran
parte de los subproductos, minimizar lacontaminación ambiental, tanto por los desechos sólidos como por las
aguas residuales, y finalmente crear condiciones de producción que reduzcan la carga orgánica del agua
residual. Así se evitarán inversiones exageradas en el área de plantas de tratamiento de agua.
Se recomienda establecer como caso modelo un balance general del proceso productivo de un rastro típico en
el de Saltillo, Coahuila. Se consideran los insumos de materia prima (animales y material auxiliar) energía
(corriente eléctrica, calor, combustible, combustóleo, etc.) y agua, se compara con la cantidad de productos y
desechos sólidos así como la cantidad y composición de aguas residuales y la energía degradada en calor. Se
considera y compara la especificación de la maquinaria y el consumo real de energía y agua, con el propósito
de desarrollar una estrategia del control estadístico del proceso. Finalmente, se recomienda establecer
indicadores económicos y ambientales, que sirvan como parámetros de control del desempeño económico y
ambiental de la empresa. Para eso es necesario definir los datos a identificar, evaluar el desempeño
productivo, derivar propuestas factibles para la dirección de la empresa y asistir en el proceso de
implantación de las medidas de mejora.
MATERIALES Y MÉTODOS
1.- Elaboración de un estudio de mercado (identificación de posibles productos y demanda de mercado).
a) Definir el alcance y establecer los términos de confidencialidad del estudio de mercado.
b) Recopilar, documentar y evaluar la información pertinente.
c) Recabar datos através de entrevistas y mediciones en el rastro.
2.- Determinación de parámetros y datos tecnológicos, económicos y ambientales del proceso operativo de los
productos y desechos del rastro.
a) Elaborar un balance del proceso típico de operación del rastro respecto a : insumos, energía
agua, tecnología, productos y desechos.
b) Identificación de parámetros específicos e indicadores para la caracterización económica y
ambiental del proceso.
3.- Estudio Integral del manejo del agua en el proceso y su diosposición final.
a) Definir objetivos del manejo del agua a corto y mediano plazos.
b) Recopilar información relevante y definir responsabilidades.
c) Redactar y presentar el formato de estudio.
4.- Conceptualización y elaboración de un manual de buenas prácticas tecnológicas y ambientales del rastro.
a) Recopilar y evaluar manuales de buenas prácticas de producción y elaborar un concepto de
redacción.
b) Elaborar un manual, materiales informativos y educativos para las buenas prácticas de
operación de los rastros.
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c) Presentar y divulgar los estudios y el manual en las empresas y organizaciones.
5.- Implementación de una gestión Integral.
a) Proponer e implementar la mejora tecnológica y ambiental en el sistema de gestión.
b) Proponer la implementación de programas de educación ambiental.
PRIMEIRA ETAPA
ESTUDIOS DE MERCADO (PROCESOS POTENCIALES PARA RESIDUOS SÓLIDOS):
En general este tipo de residuos tiene una gran diversidad en su composición química, que exhibe un valor
económico considerable, para lograr una adecuada utilización de estos deshechos se pueden encontrar
aplicaciones en procesos industriales establecidos y en algunos casos pueden implementarse nuevos.
a)
Se analizaron los residuos sólidos potenciales de explotación mediante mediciones en el rastro y
entrevistas con los involucrados en el manejo, transporte y disposición de los residuos.
b) Con la información recolectada del se buscaron en el mercado las empresas de la región interesadas en
participar en la utilización de los diferentes residuos en alguna(s) de su(s) etapa(s).
c) Se creo un registro de las empresas interesadas, se diseñaron protocolos experimentales y se iniciaron los
ensayos de laboratorio para analizar los rendimientos de los procesos propuestos.
RESULTADOS DE LOS ESTUDIOS DE MERCADO:
Se logro identificar un mercado factible para 4 tipos de residuos sólidos. Por otro lado se han involucrado
dos empresas del ramo agrícola las cuales han externado por escrito su interés en los resultados que puedan
surgir de las investigaciones a estos residuos (ver tabla 1).
Tabla 1: Residuos identificados con potencial de explotación industrial:
Residuo
Industria
Producto con mayor valor económico
Sangre
Alimentaria
Nutrición animal y humana
Agrícola
Fertilizantes del tipo de multiquelatos
Viseras
Alimentaria
Complementos nutrición animal
Agrícola
Compostas y mejorador de suelos
* Cuernos, pezuñas y * Agrícola
* Promotores del crecimiento vegetal y
pelos
recuperadores
Biotecnológica
Hidrolizados y Aminoácidos
Contenido Ruminal y Agrícola
Compostas y mejorador de suelos
estiércol
Bioremediación
Incremento en la Actividad microbiana para
degradación de contaminantes.
* Se desarrolló la parte experimental para el aprovechamiento de este tipo de residuos debido a que dos
empresas mexicanas agrícolas están interesadas en los resultados para su aplicación.
ESTUDIO INTEGRAL DEL MANEJO DEL AGUA EN EL PROCESO Y DISPOSICIÓN FINAL:
Se revisó el proceso e instalaciones donde se genera el agua residual para evaluar las necesidades de
ampliación o modificación de los drenajes para el eficiente funcionamiento de la planta de tratamiento de
aguas residuales, así mismo se indicaron las modificaciones necesarias en la actual red de drenaje.
La propuesta del diseño de una planta tratadora surgirá después de la segregación de los residuos que se
integran a las aguas residuales al final del tubo, es decir que primero se analizarán las opciones de separar los
flujos de agua dentro del proceso para evitar que se mezclen con los residuos sólidos y líquidos que se
generan y así minimizar la carga orgánica a la descarga final del agua, para esto partiremos de los datos que
arrojen las siguientes actividades:
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a) Medición de flujo y análisis de aguas residuales:
Para el diseño del sistema de tratamiento se analizó el volumen de agua residual descargada de manera
continua por un periodo de 10 días para sentar las bases del diseño de la planta de tratamiento de aguas.
b) Pruebas de tratabilidad para determinar parámetros del diseño básico:
Para el diseño básico de los procesos utilizados en el tratamiento de las aguas residuales se empleo la
norma oficial mexicana NOM-001-ECOL-1996 ya que es de observancia obligatoria en México.
c)
Ingeniería básica, especificaciones de los equipos:
Apoyado con los resultados de las mediciones de flujo, análisis fisicoquímicos y pruebas de tratabilidad,
el equipo de Ingeniería determinará si la actual planta puede aprovecharse y diseñará los equipos
requeridos para el tratamiento completo y efectivo de las aguas residuales.
d) Manual de operación de la planta:
Finalmente se elaborará un manual de operación el cuál será revisado y adecuado alas condiciones
operativas de la planta durante su construcción y arranque.
RESULTADOS DEL ESTUDIO INTEGRAL DEL MANEJO DEL AGUA:
1.- Aforo y prueba de campo:
Flujo promedio =
Flujo Máximo =
Flujo Mínimo =
3.16 L/s
4.71 L/s
2.06 L/s
En la Tabla No. 2 se observa el comportamiento del flujo en un día normal de operaciones del rastro.
Tabla 2: Flujo de agua residual a la salida del rastro.
Fecha de muestreo
Hora de muestreo
10 febrero 2000
10 febrero 2000
10 febrero 2000
10 febrero 2000
8.00
9:00
10:00
11:00
Flujo (L/s)
Temperatura ° C
3.9
2.6
2.79
4.71
29.6
25.9
28.5
27.0
2.- Análisis Fisicoquímicos a las aguas residuales:
Los resultados de los análisis fisicoquímicos a las aguas residuales del rastro municipal de Saltillo se resumen
en la tabla No. 3, la cuál sirve como matriz de datos para los estudios subsecuentes.
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Tabla 3: Resumen de resultados de análisisde aguas residuales del rastro municipal de Saltillo.
PARÁMETRO
pH
Temperatura(1)
Materia Flotante
9/02/00
7.23
25.7
presente
10/02/00
12/02/00
12.03
24.6
presente
10.30
26.6
presente
RESULTADOS
13/02/00
15/02/00
9.37
27.8
presente
6.71
26.9
presente
16/02/00
18/02/00
9.71
25.8
auscente
10.57
26.8
auscente
PROMEDIO
8.11
26.3
presente
L.M.P. (4)
P.Men P.Diario
sua
5 a 10
5 a 10
N.A.
N.A.
Ausce
Auscente
nte
15
25
Grasas
y
741.8
375.7
971.0
384.2
582.8
261.7
1201.4
645.5
Aceites2
Sólidos
21.0
1.5
30.0
49.2
12.0
22.0
25.0
23.0
1.0
2.0
sedimentables
Sólidos
2,000.0
1,100.0
2,550.0
750.0
1,150.0
1,300.0
2,150.0
1,571.0
150
200
suspendidos Tot.
DBO 5
5,465.0
6,520.0
4,170.0
1,498.3
2,589.0
2,623.0
5,466.7
4,047.6
150
200
DQO
11832.0
12000.0
7,230.6
3,333.3
4,601.3
4,601.3
11503.2
7,871.7
N.A.
N.A.
Nitrógeno Total
512.6
1,115.1
799.8
99.1
388.6
537.7
986.0
634.1
40
60
Fósforo Total
5.0
14.4
0.38
3.36
7.39
3.09
5.71
5.63
20
30
Arsénico
<0.05
<0.05
<0.05
<0.05
<0.05
<0.05
<0.05
<0.05
0.2
Níquel
0.05
0.1
0.03
<0.03
<0.03
0.05
0.06
0.05
2
4
Cadmio
<0.03
<0.03
<0.03
<0.03
<0.03
<0.03
<0.03
<0.03
0.2
0.4
Cromo
0.35
1.23
0.14
<0.05
<0.05
0.09
0.07
0.28
1
1.5
Cobre
0.42
0.83
0.21
0.13
0.19
0.19
0.41
0.34
4.0
6.0
Plomo
0.08
0.14
0.13
0.05
0.06
0.07
0.06
0.08
0.5
1.0
Zinc
0.73
1.73
0.73
0.28
0.46
0.43
0.77
0.73
10
20
Mercurio
<0.005
<0.005
<0.005
<0.005
<0.005
<0.005
<0.005
<0.005
0.01
0.02
Cianuros
<0.01
<0.01
<0.01
<0.01
<0.01
<0.01
<0.01
<0.01
2.0
3.0
Coliformes
1,055
47
<3
37
15
651
741
258
1,000
2,000
fecales (3)
(1) Promedio Aritmético
DQO.- Demanda Química de Oxigeno
(2) Promedio Ponderado
DBO5 .- Demanda bioquímica de Oxígeno en 5 días
(3) Media Geométrica
(4) Límites Máximos Permitidos por la norma oficial Mexicana NOM-001-ECOL/96.- Descarga a ríos, uso en riego agrícola, cuerpo receptor
topo A.
Nota: Los resultados de las etapas de diseño y plan de manejo de aguas residuales a corto y mediano plazo se encuentran en proceso de estudio.
SEGUNDA ETAPA
ESTUDIO DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS QUERATINOSOS PARA APLICACIÓN AGRICOLA:
El objetivo de esta etapa es obtener un hidrolizado proteíco rico en aminoácidos, principalmente cisteína a
partir de muestras de pelos y pezuñas, el cuál sirva como materia prima en el proceso de obtención de
cisteína (para aplicación agrícola) y tentativamente otros productos (otros aminoácidos por ejemplo: tirosina).
DIAGRAMA GENERAL DEL PROCESO:
En la figura 1, podemos visualizar el esquema general del proceso de obtención de 2 hidrólisados de
aminoácidos uno por vía química (rendimientos de referencia ) y el otro por vía enzimática (condiciones del
proceso más afines a la cuidar el ambiente.
HIDRÓLISIS QUÍMICA
COMO REFERENCIA
MUESTRA DE PELO
PRETRATAMIENTO PARA
ACCESIBILIDAD
HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA
HIDRÓLISIS CON
TAKABATE Y VALIDASA
Figura 1.- Esquema general del proceso de obtención de hidrolizados proteicos para aplicación
agrícola.
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HIPÓTEISIS
- Se espera obtener un rendimiento de cisteína similar al reportado mediante dos tipos de hidrólisis, 1.química como referencia y 2.- enzimática para el proceso.
- La hidrólisis enzimática muestra ventajas de tipo operativas y ecológicas en este proceso ya que las
reacciones enzimáticas se catalizan bajo condiciones moderadas de presión, temperatura y pH en
comparación con las catalizadas químicamente.
PLANTEAMIENTO EXPERIMENTAL:
HIDRÓLISIS QUÍMICA:
Se pretende hidrolizar completamente muestras de pelos y pezuñas molidas para conocer el rendimiento de
cisteína y de aminoácidos totales. Se partió de la referencia experimental obtenida en el proceso de obtención
de cisteína a partir de una hidrólisis química, con ácido clorhídrico, calor y posteriores etapas de aislamiento,
en base en la hidrólisis tradicional de proteína, pero basado en las patentes: 2,376,186 (1945); 2,4514,303
(1947) y 2, 929,840 (1960), que fungen como referencia para los ensayos enzimáticos..
HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA:
La hidrólisis enzimática se plantea en tres etapas:
! ACCESIBILIDAD ENZIMÁTICA :
Para llevar a cabo la hidrólisis enzimática de los deshechos ricos en queratina (sustrato) debe incrementarse
el acceso de la enzima (proteasa alcalina) mediante un pretratamiento ácido que lo fomente, patente:
4,232,123 (1980), y así solubilizar los deshechos ricos en queratína.
! HIROLISIS DE QUERATINA: Mediante una proteasa alcalina (takabate) se pretende hidrolizar la
queratina contenida en los residuos patente: 5,262,307 (1993), manteniendo las condiciones operativas de
la enzima (pH, Concentración y temperatura).
! LIBERACIÓN DE AMINOÁCIDOS: Mediante una endopeptidasa (Validasa II) se pretende hidrolizar
los oligopéptidos de menor peso molecular del licor obtenido de la etapa anterior o incluso agregarla en la
misma etapa (proceso continuo) para favorecer e incrementar el contenido de aminoácidos libres del
sistema.
METODOLOGIAS:
Del proceso:
1. Solubilización de pelo en base a patentes: 4,232,123 (1980); 5,262,307 (1993) y pezuñas con previa
molienda.
2. Hidrólisis química de pelo en base a patentes; 2,376,186 (1945); 2,4514,303 (1947) y la 2, 929,840
(1960).
Espectrofotoméricas:
1.
2.
3.
4.
Determinación de aminoácidos por (ninhidrina y Cd-ninhidrina modificado).
Determinación de cisteína por Ellmann modificado.
Determinación de producto de reacción enzimática mediante absorción a 280 nm.
Determinación de proteínas (Bradford - Biuret modificado).
Volumétricas:
1. Nitrógeno total (Kjedhal).
Gravimétricas:
1. Determinación de sólidos en tratamientos (humedad)
2. Azufre total (AOAC- 12TH edition 22.050).
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HIDRÓLISIS QÚIMICA:
1. HIDRÓLISIS: 100g de pelo lavado y 100g de pezuñas molidas se colocan en un matraz de 3 bocas con
400 ml de HCl al 20%. El matraz se coloca en manta de calentamiento. Una de las bocas se usa para
acomodar un termómetro y la central para un refrigerante que permita el reflujo. La hidrólisis se realiza a
ebullición por 8 horas.
2. El hidrolizado se filtra en Buchner con filtro de vidrio.
3. PRECIPITACIÓN DE CISTINA: Se neutraliza con Ca(OH)2 y se deja en reposo por 72 horas para
precipitar la cistina (se puede burbujear aire al principio para facilitar la oxidaciónde los remanentes de
cistina). El filtrado se guarda para determinaciones posteriores de nitrógeno, ninhidrina y TLC.
4. SEPARACIÓN DE TIROSINA: El precipitado se resuspende en 400 ml de agua y se ajusta el pH a 10.1
con NaOH al 50% y se deja en agitación por 1.5 h. Se filtra con papel y los sólidos se retienen para
determinación de Tirosina. Al filtrado se agregan 4 g de carbón activado y se agita por 15 minutos a
temperatura ambiente, se filtra.
5. REDUCCIÓN DE LA CISTINA: El filtrado se pasa a un matraz bola con válvula Bunsen y termómetro
y se agregan 90 ml de HCl conc. y 20 g de Zn metálico en gránulos. Se calienta a 85°C con manta de
calentamiento hasta que todo el Zn haya reaccionado. Se enfría y se sustituye el aire del matraz con
nitrógeno.
6. PRECIPITACIÓN DE LA CISTEÍNA: El licor se pasa al rotavapor y se concentra con vacío a 6070°C hasta que se inicia la precipitación, se pasa a otro recipiente para la cristalización, se remueve el
aire, se enfría y se deja reposar hasta que concluya la cristalización. Se mide el rendimiento de cristales y
se checa la cisteína por TLC. Se evalúa la pureza por el método de Ellman.
DIAGRAMA DE FLUJO:
Para la evaluación del proceso de hidrólisis química se divide en tres etapas generales, que se puede
visualizar en la figura No. 2 la cual esquematiza de forma general las tres etapas de este paso.
Pelos y Pezuñas
Hidrolizado de Aminoácidos
85%
100%
Fracción sin Interes
15%
Fracción Rica en
Aminoácidos
73%
Concentrado de Cisteína
12%
Figura No.2.- Esquema General de las etapas del proceso de hidrólisis química.
HIDROLISIS ENZIMÁTICA:
1. PRETRATAMIENTO PARA ACCESIBILIDAD ENZIMÁTICA: Se realizará utilizando HCl a
diferentes concentraciones, temperaturas y diferentes tiempos de cocción, para facilitar el acceso de las
enzimas basándose en las condiciones que manejan las patentes mensionadas en las metodologías de este
estudio.
2. ESTABILIDAD ENZIMÁTICA EN CONDICIONES DESNATURALIZANTES: En esta etapa se
pretende conocer el nivel resistencia de la enzima en condiciones fuertes de formaldehido y detergentes,
para favorecer con esto la solubilización del pelo y formación de precursores para etapas posteriores del
estudio.
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RESULTADOS DEL ESTUDIO DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS QUERATINOSOS PARA
APLICACIÓN AGRICOLA:
Los resultados de la parte de la hidrólisis química se resumen en la figura No.3 la cual muestra los
rendimientos teóricos dentro de recuadros y los rendimientos experimentales por fuera de los recuadros en
letras negritas.
RENDIMIENTO INTEGRAL DEL PROCESO
100 % Muestra de pelo: Teóricos
Experimental:
Aminoácidos=85% N= 13.6 %
Aminoácidos=84.9% N= 13.58 %
Cisteína=6.8 %
Cisteína=3.49 %
S= 1.76%
Hidrólisis ácida HCl
20%, 8 horas, 110°C.
S= 0.907%
SUMA DE LAS ETAPAS %
Neutralizado con cal
Aa
74
HIDROLIZADO DE
24.6
Aminoácidos= 74% N= 11.84 %
Cisteína= 2.58 %
98.6
S=
Cys
74
6.18
80.18
3.55
6.13
Filtra
PPDO.
Fracción rica en tirosina:
Aminoácidos= ?
Licor , se reduce con HCl y Zn° y se
concentra en rotavapor
Cisteína ( - )
CRISTALES RICOS EN
Aminoácidos= 24.6% N= 3.93
Cisteína= 3.55 %
S=
?
Figura No. 3.- Resumen de resultados experimentales en la recuperación química de Aminoácidos y
cisteína, a partir de pelos y pezuñas como sustratos.
Para el caso del proceso de hidrólisis enzimática tenemos lo siguiente
Tabla 4: Resultados de la solubilización preliminar siguiendo la metodología de dos patentes mediante un
pretratamiento ácido y posterior incubación enzimática.
TIPO DE
% SOLUBILIZACIÓN
MUESTRA
US Pat: 4,232,123 (1980)
US Pat: 5,262,307 (1993)
PELO de Cerdo
47.97 (1)
15.28 + 1.33 (2)
Pezuñas
41.24 (1)
18.53 + 0.4 (2)
(1) Promedio de 2 ensayos por triplicado cada uno
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Tabla 5: Porcentaje de solubilización en función de la concentración de HCl a 100°C y en tres horas de
tratamiento.
HCL
[N]
%
1.5
4.51
2.28
6.80
3.04
9.06
3.8
11.32
4.5
13.65
referencia
100°C, por 3 horas
%Solubilización
54 + 1.25 (4)
66 + 2.53 (3)
78 + 3.23 (3)
97 + 5.56 (4)
100 + 2.45 (4)
GREI-10D
( ) = El número en el paréntesis representa las repeticiones del ensayo
[N]= Representa la concentración normal de ácido clorhídrico.
+ = Representa la desviación estándar de los resultados.
EFECTO DEL TIEMPO Y LA TEMPERATURA: Manteniendo la concentración de HCl constante y
muestrando a diferentes tiempos se probaron dos tratamientos el primero incubación química con HCl al 20%
a la temperatura y tiempo indicados en la tabla, posteriormente la misma muestra se incuba con la enzima
Takabate (tratamiento) por 4 horas. Se trabajó con muestra de pelo humano.
Tabala 6: Porcentaje de solubilización a diferentes tiempos y temperaturas de incubación en el
pretratamiento, bajo condiciones fijas de ácido.
TRATAMIENTOS EN % DE SOLUBILIDAD
Tiempo
20%,110°C
20%, 90°C
20%, 60°C
1
2
3
horas
Q
Q+E
Q
Q+E Q
Q+E
Q
Q+E
Q Q+E
0.5
28
47
87
70
52
94
0
0.5
0
3.45
1.0
33
59
88
85
79
85
0
0
0
6.85
1.5
64
76
87
83
85
87
32
65
4.5 25
2.0
86
72
94
88
97
88
39
75
8.5 41.5
2.5
91
74
87
95
85
92
30
73
12 50
Resumen
Q
Q+E
Q
Q+E
Q
Q+E
Prom.final
84 + 20 (2) 85(1) 92(1)
62 + 23(2)
89 + 4 (2)
21 + 18 (2)
Referencia
GREI 11-B GREI 12-C GREI 13-A
GREI 14-C
GREI 15-A
Q
= PreTratamiento químico
Q+E = Suma del pretratamiento químico más el tratamiento enzimático
SOLUBILIZACIÓN ENZIMÁTICA DE 10 g DE PELO
DE CERDO PRETRATAMIE
ENZIMÁTICO
35%
QUIM +ENZ
48%
INSOLUBLE
4%
NTOQUIMICO
13%
PARTE
INSOLUBLE
56%
Figura No. 4 Resumen de resultads de los estudios de hidrólisis enzimática.
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XXVII Congresso Interamericano de Engenharia Sanitária e Ambiental
CONCLUSIONES
1.- Con base en los estudios de mercado podemos concluir que se lograron identificar 4 residuos con
potencial para explotación industrial en 3 diferentes industrias: Agrícola, Biotecnológica y Alimentaria,
logrando atraér particularmente 2 empresas medianas de la región del ramo agrícola.
2.- Referente a la determinación de parámetros y datos tecnológicos, económicos y ambientales del proceso
operativo del rastro, éstos datos a sugerencia de los directivos del mismo rastro se manejarán de carácter
confidencial derivado de diversas circunstancias sociopolíticas y económicas por lo que se omiten en este estudio.
3.- Con relación al manejo integral de las aguas residuales mediante las mediciones en campo se han sentado
las bases para el diseño de la planta de tratamiento más adecuada a las necesidades del mismo y su aplición y
manejo quedan fuera del alcance de este estudio.
4.- Con relación a los estudios de los residuos queratinosos del rastro tenemos 2 procesos de obtención de
hidrolizados de aminoácidos para aplicación agrícola, de los cuales se negaciará con las empresas interesadas
en el esquema de participación y/o transferencia de tecnología para la implementación de nuevos procesos
industriales.
5.- Con relación a la conceptualización y realización de un manual de buenas prácticas tecnológicas y
ambientales en el rastro se esta trabajando aún en la recopilación bibliográfica y se discuten los esquemas con
el personal directivo y operativo del rastro para su adecuación e implementación, finalmente esto se reforzará
con programas integrales de educación al personal operativo y así se generará un a adecuada gestión de los
residuos en el rastro municipal de la ciudad de Saltillo.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18
KENNETH L,MULLHOLAND D J.Pollution Prevention: Metodology, Technologies and Practices,
American Institute of Chemical Engineers. Library of congress Catalog No. 98-4028,1999.
SEMARNAP/ INE/ GOBIERNO FEDERAL. Programa para la minimización y manejo integral de los
residuos industriales en México, 1996-2000.
MICHAEL D. LAGREGA, PHILLIP L. Gestión de residuos tóxicos: Tratamiento, eliminación de suelos Mc
Graw Hill, tomos I y II, 1996.
JOSEPH FIKSEL. Ingeniería de diseño medioambiental (desarrollo integral de productos y procesos
ecoeficientes, Mc Graw Hill, 1997.
MORRIS LEVIN, HEALTH M. Biotratamiento de residuos tóxicos y peligrosos: selección, estimación de
microorganismos, Mc Graw Hill, 1997.
AMERICAN INSTITUTE OF CHEMICAL ENGINEERS (AICHE). Waste reduction priorities in
manufacturing: aCWRT/DOE work shop, 1994.
KELLOW M.W., Clean process advisory (CPAS) american institute of chemical engineers (aiche).
american institute of chemical engineers (AICHE). 1998.
US PATENT No. 2,376,186 (1945): Method of preparation of cysteine and glutatione.
US PATENT No. 2,4514,303 (1947): Recovery of cysteine.
US PATENT No. 2, 929,840 (1960): Isolation of cysteine.
US PATENT No. 4,232,123 (1980): Method for making water soluble hydrolisates of keratinaceus
materials.
US PATENT No. 5,262,307 (1993): Procedure for hidrolizing protein
VOET (1993): Biochemestry
Instructivo de trabajo GBM (IT-CC-A60 GBM 1998).
Total Sulfur: Methods of Analysis of the Assosiation of Official Analytical Chemists (AOAC-12TH edition,
1975, method 22.050 page 400).
CLEGG, K.M; LEE, Y.K. AND MC GILLIGAN, J.F. (1982) Technical note trinritrobencensulfonic acid
and ninhydrin reagents for the assesment of protein degradation in chesse samples. Journal of Food
Technology: 17, 517-520.
Use of the Cd-ninhydrin reagent to asses proteolysis in chesse during ripening (1992). Journal of Dairy
Reseach.
US PATENT No. 4,279,296 (1981): Keratin hydrolysate useful as hair fixatives.
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