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FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS
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DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE OBTENCIÓN DE UN COLORANTE
NATURAL
Introducción
Los colorantes naturales son pigmentos coloreado...
En la Unión Europea, es un aditivo alimentario autorizado con el código E-100.
Características específicas:
Origen: se obt...
La curcumina es el componente principal de la
planta cúrcuma especia, que se utiliza en curry
y también para propósitos me...
Diagrama de flujo de la extracción de la curcumina
Molienda
Pesado
Preparacion de la
relacion para la
solucion
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Bibliografía
Cubero, Nuria. Aditivos alimentarios. Mexico: Mundi prensa, 2002.
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Biorremediación del suelo contaminado por hidrocarburos en el Ecuador
Introducción
Los problemas de contaminación del suel...
grado de efectividad
en remediar los
suelos a un bajo
costo de operación, la
factibilidad de tratar el
suelo in situ y ex ...
carbono orgánico, como los hidrocarburos. Las moléculas con contenido de carbono
constituyen una fuente de nutrición para ...
Tipos de biorremediación
La Biorremediación dependiendo las necesidades y características del problema se
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  1. 1. UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS CARRERA DE INGENIERIA AGRICOLA MENCION AGROINDUSTRIAL ASIGNATURA: MICROBIOLOGIA INDUSTRIAL TEMA: Descripción del proceso de obtención de un colorante natural DOCENTE: DRA. TAMARA BORODULINA ESTUDIANTE: DIANA CAJAPE TUBAY CURSO: 2DO A FECHA: DICIEMBRE DEL 2013 CAMPUS – GUAYAQUIL
  2. 2. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE OBTENCIÓN DE UN COLORANTE NATURAL Introducción Los colorantes naturales son pigmentos coloreados que se encuentran en la naturaleza y que se extraen por diferentes compuestos . Estos a su vez pueden dividir en colorantes naturales de origen animal, vegetal y mineral. Marco Teorico Caracteristicas generales de un colorante natural  Tienen un poder de tincion menor que los colorantes sinteticos, esto hace que se necesite mas dosis de aplicación y que por lo tanto aumente el coste.  Son mas inestables a las diferencias de condiciones: pH, temperatura, humedad.  No ofrecen una uniformidad de color tan clara como los sinteticos.  Algunos ademas de influir en el color del alimento, tambien modifican su aroma y sabor  Se degradan mas facilmente en el producto y en el medio ambiente.  Ofrecen una imagen de producto “natural” alli donde se aplican. Cúrcuma La curcumina es un colorante natural procedente de la cúrcuma, especia obtenida del rizoma de la planta del mismo nombre cultivada principalmente en la India y utilizada desde la antigüedad para diversas aplicaciones.
  3. 3. En la Unión Europea, es un aditivo alimentario autorizado con el código E-100. Características específicas: Origen: se obtiene del rizoma de la cúrcuma o azafrán indio Cúrcuma longa. Un miembro de la familia del jengibre. Color: amarillo anaranjado (depende del pH) Nombre químico: di (hidroxi -4-metoxi-3-fenil)-1,7-heptadieno-1,6-diona-3,5. Características generales Es un colorante con propiedades aromáticas, cuando se utiliza la especia completa o la oleorresina. Estabilidad pH: poco estable, ya que hace variar su color. A pH alcalino ofrece un color anaranjado, y a pH acido un color amarillo limón. Temperatura: estable Luz: poco estable Redox: poco estable Solubilidad Agua: insoluble, excepto en las formulas preemulsionadas Aceite: soluble Etanol: insoluble Formas comerciales: las formas interesantes por su capacidad colorante es la oleorresina con una pureza del 40 – 55% en curcumina y como curcumina pura con 90 – 95%.
  4. 4. La curcumina es el componente principal de la planta cúrcuma especia, que se utiliza en curry y también para propósitos medicinales. Es soluble en agua un color naranja-amarillo polvo de color. Hasta 2009, la cúrcuma se extrae de las raíces secas de las plantas de cúrcuma por un proceso llamado de extracción sólido-líquido. Sin embargo, en un estudio publicado en 2009 en Comunicaciones de productos nacionales, los investigadores descubrieron que un mejor método, que utiliza la ecografía en el proceso de extracción, se había descubierto. La extracción sólido-líquido En la extracción sólido-líquido, se añade un disolvente a una tal sólido, como una raíz de la cúrcuma. La curcumina, se extrae en el disolvente. Una secuencia de disolventes se puede utilizar para separar mezclas complejas en grupos separados. La solución se filtró a continuación, se puede utilizar como un líquido o el disolvente puede ser evaporado para recuperar el material extraído en polvo o en forma cristalina. En la industria alimenticia La curcumina se utiliza como agente colorante en muchos alimentos, incluyendo la mostaza, margarina, queso fundido, curry en polvo, refrescos, pasteles y dulces. Las mujeres en la India han utilizado durante mucho tiempo la cúrcuma como una loción anti-edad, para los cólicos y como aditivo en cosméticos. La cúrcuma es segura cuando se utiliza en los alimentos. Es seguro cuando se usa en cantidades medicinales, aunque los efectos secundarios pueden incluir náuseas o diarrea. Las mujeres embarazadas no deben tomar la curcumina, ya que podría causar un aborto involuntario.
  5. 5. Diagrama de flujo de la extracción de la curcumina Molienda Pesado Preparacion de la relacion para la solucion Incubacion de la solucion Ajuste de parametros Homogenizar la solución Filtracón Pasteurizacion Secado Envasado
  6. 6. Bibliografía Cubero, Nuria. Aditivos alimentarios. Mexico: Mundi prensa, 2002. joiagroup.com. s.f. http://joiagroup.com/contenidos/13/article_6352.htm.
  7. 7. UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS CARRERA DE INGENIERIA AGRICOLA MENCION AGROINDUSTRIAL ASIGNATURA: MICROBIOLOGIA INDUSTRIAL TEMA: Biorremediación del suelo contaminado por hidrocarburos en el Ecuador DOCENTE: DRA. TAMARA BORODULINA ESTUDIANTE: DIANA CAJAPE TUBAY CURSO: 2DO A FECHA: NOVIEMBRE DEL 2013 CAMPUS – GUAYAQUIL
  8. 8. Biorremediación del suelo contaminado por hidrocarburos en el Ecuador Introducción Los problemas de contaminación del suelo por la presencia de hidrocarburos en Ecuador, se originan desde el inicio de las primeras actividades de explotación y explotación de petróleo, en la costa del pacifico. Desde ese entonces la explotación de hidrocarburos se ha convertido en una actividad de interés nacional, debido a que constituye una de las principales fuentes de ingreso en nuestro país. Ecuador es uno de los países más importantes en la producción de petróleo en América Latina, nuestro territorio tiene seis cuencas sedimentarias, de las cuales solo en dos se ha demostrado la presencia de hidrocarburos, la Cuenca de Santa Elena y la Cuenca Amazónica (Napo, Pastaza y Sucumbíos). La Biorremediación consiste en el uso de microorganismos tales como: enzimas, levaduras, hongos o bacterias, para descomponer o degradar sustancias peligrosas. Los microorganismos así como los seres humanos se alimentan de sustancias orgánicas, estando éstas formadas por átomos de carbono y de hidrogeno, de las cuales obtienen nutrientes y energía, siendo esta técnica menos agresiva para la naturaleza ya que es 100% natural y de mas bajo costo que las otras técnicas de remediación. La utilización de los microorganismos en los procesos ambientales se viene dando desde finales de 1950 y comienzos de 1960, se comenzaron a utilizar principalmente para la limpieza de aguas residuales. La biorremediación se desarrolló entre las décadas de los 80 y 90, se ha aplicado exitosamente en suelos contaminados con hidrocarburos cuando las condiciones de biodegradación son óptimas, aunque el tiempo que requiere para completar el proceso de limpieza es mayor que otras técnicas (Osorio,2003). El tratamiento biológico tiene un alto
  9. 9. grado de efectividad en remediar los suelos a un bajo costo de operación, la factibilidad de tratar el suelo in situ y ex situ lo hace la opción más usada para tratar suelos contaminados con hidrocarburos. Dichos procesos se pueden dar en dos condiciones: aerobias (en presencia de oxigeno) o anaerobias (no hay oxigeno presente) aunque hay microorganismos facultativos, es decir que pueden sobrevivir sin o con la presencia del oxígeno. La efectividad de este tratamiento depende de muchos factores: tipo y concentración del contaminante, concentración de nutriente, concentración de microorganismos, condiciones ambientales, etc. MARCO TEÓRICO BIORREMEDIACIÓN DE SUELOS Biorremediación es una tecnología de tratamiento de descontaminación que usa sistemas biológicos para destruir o transformar contaminantes tóxicos en productos menos tóxicos o inocuos, a través del proceso natural de biodegradación. (Atlas y Unterman, 1999). El principio básico del proceso de biorremediación consiste en la destrucción de la estructura del contaminante, esto ocurre naturalmente en los suelos entre los microorganismos autóctonos o exógenos y las moléculas con contenido de
  10. 10. carbono orgánico, como los hidrocarburos. Las moléculas con contenido de carbono constituyen una fuente de nutrición para los microorganismos. Ellos crean una película biológica alrededor de la molécula de hidrocarburo y la digieren, o la rompen en componentes más simples y no tóxicos como en dióxido de carbono, agua y biomasa. Cuando la fuente de nutrición o hidrocarburos disminuye, la actividad de los microorganismos termina y microorganismo mueren. (Buddy Shaw, 1995) La biorremediación de suelos contaminados puede llevarse a cabo in situ, o bien se puede excavar el terreno y tratarlo a pie de excavación o en instalaciones de tratamiento aparte (ex situ). Los métodos de tratamiento in situ comprenden la aireación del terreno, en aquellos casos en los que son mayoría los contaminantes volátiles, y la bioventilación cuando la situación abarca a contaminantes semivolátil y no volátil. Los procesos ex situ incluyen el tratamiento en lechos, pilas y biorreactores de sólidos en suspensión. Ambos tratamientos, in situ y ex situ, suelen consistir una combinación de procesos y actividades biológicas y no biológicas. Por ejemplo, el lavado del suelo suele emplearse para concentrar los materiales contaminantes y reducir el volumen que va a ser tratado. En el lavado del terreno se utiliza surfactantes para separar los materiales absorbidos de elementos de mayor tamaño tales como roca o grava y surte poco efecto cuando los compuestos son absorbidos por materia orgánica y por limo o arcilla. Los productos finales de una adecuada biorremediación son agua y CO2 que no son tóxicos ni dañinos para organismos vivos. Típicamente la biorremediación es llevada a cabo en el sitio de la contaminación y requiere muy poco equipamiento. A pesar de sus bondades al igual que cualquier otro tratamiento está limitado por el tipo de material a tratar, condiciones del tratamiento y el tiempo disponible para el tratamiento. Proceso de biorremediación (figura)
  11. 11. Tipos de biorremediación La Biorremediación dependiendo las necesidades y características del problema se subdivide en varias metodologías. Bioaireación: Consiste en estimular la biodegradación natural de los contaminantes de forma pasiva estimulando la actividad microbiana a través de gases, como el metano y oxígeno. Se utiliza principalmente para tratar suelos orgánicos semi volátiles o no volátiles. Bioestimulación: Esta estrategia radica en adicionar soluciones acuosas que contengan nutrientes como el nitrógeno y fósforo para mejorar la biodegradación de contaminantes orgánicos o para la inmovilización de los inorgánicos. Se aplica en suelos contaminados con pesticidas y se ha comprobado buenos resultados con desechos de municiones. Bioaumentación: Esta técnica se aplica cuando los microorganismos de la microflora son insuficientes para degradar los contaminantes y cuando se requiere el tratamiento inmediato del sitio contaminado, consiste en la adición de una alta concentración de microorganismos vivos capaces de degradar los contaminantes. Se ha usado para tratar suelos contaminados con insecticidas, herbicidas y con desechos con altas concentraciones de metales. Biolabranza: Consiste en mezclar el suelo contaminado periódicamente con los nutrientes por medio del arado del mismo para favorecer la aireación, para optimizar la degradación las condiciones del suelo deben ser registradas constantemente. Se ha tratado con éxito los contaminantes como el diesel, lodos aceitosos, gasolina, algunos pesticidas. Compostaje: Es un proceso biológico por medio del cual se trata los suelos contaminados mezclándolos con elementos orgánicos sólidos como paja, aserrín, estiércol y desechos agrícolas para regular la cantidad de nutrientes, aumentar la generación del calor y la aereación. Este proceso se utiliza principalmente en el tratamiento de residuos sólidos municipales, domésticos, de agricultura y fangos de depuradoras.
  12. 12. Factores que afectan en la efectividad de los procesos de Biorremediación La efectividad de los procesos de biorremediación está sujeta a varios factores que interactúan de forma compleja dependiendo de las características del suelo y del contaminante entre otras. Los factores se pueden vivir en tres grupos: físicos, químicos y medioambientales. Importancia de las bacterias en la biorremediación Las bacterias son organismos microscópicos unicelulares. Se encuentran en el agua, aguas residuales, suelo, aire, la leche, en plantas (frutos, vegetación), animales y humanos (piel, tracto intestinal). Las bacterias se reproducen por fisión binaria y se caracterizan por su forma, tamaño, estructura y disposición celular. Las bacterias
  13. 13. individuales tienen una de tres formas: esférica (cocos), cilíndrica o con aspecto de bastón (bacilos) y espiral (espirilos). Las células bacterianas se pueden disponer en grupos tales como pares, racimos o cadenas. Las bacterias son organismos dominantes en el tratamiento biológico de aguas residuales, y en muchos sistemas ecológicos, incluyendo el suelo. El grupo de microorganismos que mejor desempeño tiene en la biodegradación son los de la familia de las Pseudomonas, se ha demostrado que pueden romper y en consecuencia detoxificar más de 100 diferentes compuestos orgánicos, usando al compuesto como su fuente de carbón necesario para darle energía al microorganismo BIODEGRADACIÓN DE HIDROCARBUROS Según el tipo de hidrocarburo se puede proyectar el proceso de biorremediación a ejecutar. Los livianos son los más rápidamente degradables y con menores residuos que los de peso molecular mayor. Compuestos aromáticos como benceno, tolueno, etilbenceno y xileno son más rápidamente degradados que los de dos anillos como el naftaleno que a la vez es más factible que los de tres, cuatro o cinco anillos, lo mismo aplica para los alifáticos y también los compuestos con ramales se degradan más lentamente que los de enlace lineal. Ventajas y desventajas de la biorremediación Ventajas  Tecnología de bajo costo  Perturbación mínima del sitio  Los contaminantes son permanentemente destruidos  Problemas a largo plazo son eliminados  Transportación y sus complicaciones son eliminados  Aceptación pública de esta tecnología  Puede ser usado con otras tecnologías de tratamiento Desventajas  A pesar que en laboratorio los microorganismos puedan actuar bien la biodisponibilidad en campo puede ser menor debido a que el compuesto puede estar demasiado adsorbido por el sustrato.
  14. 14.  Dificultad de alcanzar por si solo niveles de descontaminación requeridos por legislaciones ambientales locales o a un rango no compatible con la misma. Rigurosa “intensidad científica” que va desde la planificación y diseño hasta el continuo y completo monitoreo. Tiempo prolongado de tratamiento con los riesgos asociados a la permanencia del contaminante. BIODEGRADACIÓN DE HIDROCARBUROS La estructura y complejidad de la molécula determinan mucho la factibilidad de degradación; es así que los hidrocarburos livianos tienen un proceso más rápido y eficaz en comparación con hidrocarburos pesados. Se puede tomar el caso de los alcanos que el rango de cadenas entre C10 y C24 son las más factibles de biorremediar, los de cadenas menores son tóxicos para los microorganismos y los de mayor longitud o tienen un peso molecular mayor a 500 en cambio ya no son útiles como fuente de carbono y la biorremediación es impracticable en ellos, estos compuestos toman el nombre de recalcitrantes o xenobióticos. Los compuestos aromáticos tienen una degradación más
  15. 15. lenta debido a que los procesos enzimáticos dependen de moléculas aromáticas de bajo peso molecular, la condición más propicia según Atlas y Unterman (1999) es la anaeróbica para este grupo de hidrocarburos. A lo indicado en la sección anterior Norris, et al., (1994) lo complementan con una indicación para la biorremediación de poliaromáticos dando como paso previo una dilución previa con hidrocarburos livianos para poder agilizar los procesos enzimáticos. Además estos autores consideran otro factor importante para este tipo de compuestos que es la liberación de espacios porosos intersticiales del sustrato. Respecto a la biorremediación del petróleo, se empieza por considerar que es la mezcla de compleja de varias sustancias y por tanto será necesario una amplia gama de microorganismos con gran capacidad enzimática, Eweis (1999) incluso puntualiza que al inicio de la biorremediación es necesario enzimas oxigenasas y es por tanto es tan importante que el proceso sea llevado en condiciones aerobias. Las oxigenasas son enzimas que catalizan la incorporación de oxígeno en compuestos orgánicos, a más de la actividad enzimática una gran cantidad de otros organismos como bacterias, levaduras y mohos degradan a los hidrocarburos aeróbicamente. De hecho, Madigan, et al., (2004) indican que en casos de derrames de petróleo, se crea una película biológica (mayormente bacterias) sobre la mancha iniciando de manera intrínseca la degradación sobre todo si las condiciones ambientales así lo permiten. A pesar del rápido aprovechamiento biológico en casos de derrames de petróleo se advierte que si la mancha llega a sedimentos anaeróbicos las moléculas contaminantes podrían permanecer por años debido a la falta de oxígeno. La alta concentración de contaminantes o de muy alto peso molecular hacen que la biodegradación sea impracticable o a muy alto costo financiero o con demasiado tiempo para el tratamiento. King, et al., (1994) hacen una relación muy concreta y útil a modo de conclusión del análisis de la biorremediación de hidrocarburos, al indicar que el 65 % del sustrato contaminante se convierte en biomasa celular, y lo restante es liberado al ambiente bajo la forma de agua y dióxido de carbono. Tras el análisis realizado se puede concluir que al momento de analizar muy bien el sustrato contaminante, el medio en que se desarrolla y determinar que la biorremediación es factible entonces podemos decir que frente a otras tecnologías de remediación, esta sería muy rentable económicamente, se tendría una degradación y solución definitiva del problema y que incluso socialmente esta técnica está muy aceptada ya que además de su eficiencia hay muy poca perturbación del sitio y en caso de ser in situ incluso se ahorra los
  16. 16. problemas logísticos de la transportación. Sin embargo también se tienen desventajas dentro de las cuales la que más resalta es que la biodisponibilidad en campo podría ser muy distinta de la obtenida en laboratorio que es donde se diseña el tratamiento y esta desigualdad llegaría a causar tiempos prolongados de tratamiento y mayor inversión en el seguimiento del proceso. Técnicas utilizadas Bioventing El bioventing es una técnica de tratamiento biológico in situ que combina la ventilación mecánica de los compuestos orgánicos volátiles (COV) con la utilización de microorganismos autóctonos para degradar compuestos orgánicos adsorbidos por el suelo en la zona no saturada. Mediante esta tecnología, la actividad de las bacterias es estimulada introduciendo un flujo de aire en la zona no saturada por medio de pozos de inyección. Si fuera necesario, también se añadirían nutrientes para favorecer el proceso, cuyo esquema de funcionamiento se presenta a continuación: En contraste con la técnica de extracción de vapores, en el bioventing se utilizan bajos caudales de aire, para proporcionar sólo el oxígeno suficiente para mantener la actividad microbiana. El aire se suministra de forma directa a la zona contaminada, y, además de la biodegradación de los hidrocarburos adsorbidos al suelo, se favorece un lento flujo de los
  17. 17. compuestos volátiles que pueden ser degradados al atravesar el suelo biológicamente activo. La tecnología del bioventing ha sido satisfactoriamente utilizada en el tratamiento de suelos contaminados con hidrocarburos derivados del petróleo, disolventes no clorados, algunos pesticidas, conservantes de la madera y otros compuestos orgánicos. A pesar de no ser una técnica aplicable a la eliminación de compuestos inorgánicos, la biorremediación puede ser usada para cambiar la valencia de algunos de esos compuestos para que puedan ser adsorbidos en el suelo o bioacumulados en micro y macroorganismos. BIOSLURPING. El bioslurping es una tecnología que utiliza el vacío y la actividad de los microorganismos para la remediación de suelos contaminados con hidrocarburos. Consiste en extraer a vacío aire del suelo, favoreciendo el flujo de nuevo aire a esta zona, lo que se aprovecha para estimular la actividad de los microorganismos capaces de degradar contaminantes orgánicos. Al extraer a vacío va a salir aire y agua proveniente del acuífero o de la zona capilar, por lo que será necesario separar ambas fases para su tratamiento en la superficie. Gracias a este mecanismos pueden ser extraídos los hidrocarburos menos densos que el agua que se encuentran flotando sobre el nivel freático y en el agua capilar. Se muestra a continuación un esquema del proceso:
  18. 18. El bioslurping se ha utilizado satisfactoriamente en la remediación de suelos contaminados por hidrocarburos derivados del petróleo. Es una tecnología rentable que combina la descontaminación de la zona no saturada con la extracción de compuestos contaminantes que se encuentran flotando en el agua subterránea. Es aplicable incluso en zonas donde el nivel freático se encuentra a más de 10 metros de profundidad. BIOPILAS. Las biopilas constituyen una tecnología de biorremediación ex situ en la cual el suelo contaminado con hidrocarburos es extraído y dispuesto en un área de tratamiento o piscina previamente excavada para su descontaminación con microorganismos. Las biopilas se utilizan cuando la sustancia contaminante es demasiado volátil como para ser tratada con la técnica de landfarming, ya que las emisiones gaseosas serían demasiado altas, o cuando se quiere acelerar el proceso de biorremediación. La zona de tratamiento incluye sistemas de recolección de lixiviados y un sistema de aireación que cuenta con una serie de tuberías de PVC que son colocadas durante la construcción. Estas cañerías están interconectadas a un soplador de presión negativa o de vacío, que fuerza al oxígeno atmosférico a pasar a través de la pila de suelo. También se controlan otros parámetros como la humedad, la temperatura, los nutrientes o el pH. Existen en el mercado aditivos químicos específicos cuyas propiedades nutritivas pueden estimular la biodegradación. De esta manera se tiene un alto control sobre las condiciones de remediación y el medio. La base de la piscina de tratamiento estará cubierta con una superficie impermeable para reducir al mínimo el riesgo de lixiviación de los contaminantes al suelo limpio que queda debajo. Los lixiviados recogidos por el sistema de drenaje pueden ser tratados en un biorreactor en la misma zona.
  19. 19. Los montones de suelo no suelen exceder los 2 o 3 metros como máximo y pueden estar cubiertos en la parte superior por plásticos impermeables para controlar la volatilización de los compuestos orgánicos volátiles (COV), que deberán ser tratados antes de su emisión a la atmósfera. El tratamiento de suelos mediante biopilas se aplica fundamentalmente para la eliminación de compuestos orgánicos volátiles (COV) no halogenados e hidrocarburos. Los compuestos orgánicos volátiles (COV) halogenados, los compuestos semivolátiles y los pesticidas también pueden ser tratados mediante esta tecnología, pero la eficacia del proceso puede disminuir, y puede ser sólo aplicable a ciertos compuestos dentro de estos grupos. BIBLIOGRAFIA (Rodriguez 2011) (Freire Acosta 2008)

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