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Entre los estudios efectuados se encuentran el de In

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(1)

+iI,,JiiLJ: 5üi.G.HZ;iNO LIER : i h A 'IfiLiilE

ZAWirLA CSCANtjUid LUiCi: FtRi.';..idD.': Z1TLi:iY

.

ii,8~TRlCULí\C: 78216243.

70215084 '

I NG Et< 1 E R I A ii I I, O U 1 Ci I C A IN GUST I i 1 AL

.

d("H'F{LRA:

MEA DE CONLENTRALION : dlOTELkULOiiIA.

TRIItiEiiTRE : WLEAVQ.

:iGRI1S SEIiiANALES 1 V E I N T E

LUGiAR' ~ G N L X SE EFECTUARA : LAUORATOHIO 5-156 DE L A UAIi.-I FEGtlA ü t i N 1 C I O : ,4 DE FEEiHtRO DE 1382.

J

FECHA DE

TLRiLlFiBCIOi4: 3 DE AGOSTO LE I S B 3

/TUTOR IIJTEREJU Y ADSCRIPCION : rii.. en

c.

OSCAR ~ ~ I G W C Y H.

PROFESOR ASOCIADO riC"B T i ZI,IPO

\

L LY

(2)

C

c

introducci6n:

El

Lirio Acuático (Eichhornia crassiries) representa

en l a actualidad.

un

grave problema para.

los

sistems !.ncustrss

y fluviales ,ya que p o r

¡

e

hecho

de

reproducirse tan r&idernen-

te,cubren totalmente la superficie

de

éstos

lo

que impide que

haya una buena oxigenacián,además

de

tomar

los

nutrientos'que

son de

v i t a importancia para la alimentación

de

otras gizntxs.

Estos nutrientes son entre otPos

el

oxigeno, el nitrógeno y oi

f6sforo

.Obstruyendo a s í la reproducci6n de éstas pl.nntss, formn-

doras de ptirte

de

la cadena alimenticia

de

la fauna .acu&tica,

provocan

un

desequilibrio en la balanza ecoi6gica de

los

lagos

y

rios.

*

La eliminación del Lirio Acuático

de

l o s lazos y ríos,

tiene coatos elevados debido al tipo'de maquinaria

que

se uti14

-

za.Por esto se

han

realizado varios estudias par':?. us8.rl.n.

Entre

los estudios efectuados se encuentran el de I n

extraccidn directa de la protieha foliar del Lirio

:?.cufitico de

donde se obtuvo l a composición de los aminoácidos y e l conteni-

do de

protefna en base.Esto indico"

que

el Lirio

tiene

buena

cz

lidad nutricional.(Tabla

I

y 2 )

.

--I Tabla I -~omposición .- aproximada del Lirio Acu6tico

(76

en oeso.

&eco).

proteína p a s a s Fibras Cenizas Carbohidratos

Cruda

Totales

14.7

i.60 18.61 11.1

54.0

Yabla 2.-~omposicibn de aminoácidos del

Lirio

AcuRtico

( e .

an./IOO g

Metionins Fenilalanina Treonina Lirsina Isoleuclna Vaiina Leucina

-

1

2.2 2.8 2.8 4.2

4.2

4.2 4.a

I

(3)

.

I .. ..-._. <...,.., ~ , . ~ ,. . .

e.

Ruíz V . V.

(1980).

dcmonlm"Que 81 b i r i o Acuútico fermeii

-

tado p i e r ü e e i

46.42;

de la. proteína. (nitrbgeno or,Ti'nico).

E s t o l l e v a ct.1~. c o n c i u s i ó n de que s e t i e n e que e x t r x e r l a

pro tefna. a n t e s de aplicarle cuniqui e r trz t:l.mi ento al.

I l i i i o .

O b j e t i v o s :

a) Detreminar l a temperatura 6ptima para l a e x t r a c c i 6 n

de l a mayor c d n t i d a d de p r o t e í n a f o l i a r d e l L i r i o

.

b ) Determinar

e l

p H

6ptimo para l o g r a r e x t r a e r 12. mayor

cantidad de protefn,n, f o l i a r d e l L i r i o Acugtico.

C

c )

Diseriar un proceso continúo de separación y conccn-

t r a c i d n de le. p r o t e í n a f o l i a r del L i r i o AcuStico.

d ) Ninimizar los c o s t o s de e x t r a c c i ó n de l a má~ic:-~

cm-

t i ü a d de l a p r o t e í n a f o l i a r d e l L i r i o Acu6tico.

.

P l a n de Trabajo:

;e

e s t u d i a r á n las

siguientes

condiciones de o j e r a c i ó n :

I.-EL pil d e l solvente.-Se someterá e l bagazo, a tem.?eraturo _.

ambiente,a t r a t z m i e n t o s alca.linos

y dcidos hasta e n c o n t r a e l p H e.1

. c u a l se e x t r a i g a . l a mzyor c.intida.6

C

9

de p r o t e í n a f o l i a r

.

2 .-Temper:-:tura de extracción.- Se tratará e l b a p z o d e l

L i r i o ,al

pH

de e x t r a c c i ó n óptima,

a d i v e r s a s temperatures p r n . encon- trar, aquel18 R 18 cu;i.l, s e extrni-a

(4)

3.-

Cncontrar la cantidad

de

solvente minim0 por ,?::O d7

Lirio (bagazo fresco).-

Teniendo l a s condiciones I y 2 se trn,tP.r:.$. r.1

bagazo con diferentes caatidades de solvente p;w?.

en-

contrs.r IR. m5.xi.m extracción

de

la proteían con I.:

nima cantidad del solven-1;s.

mí-

4.-I,as condiciones de equilibrio

.-

Se obtendr6n 8 parttr

de

sucesivas extracciones a l a s con-

diciones del punto

3 , i o

que

permi-ti-

construir l a s lfneas

de

equilibrio I

y operacidn

con

ei

método de

Ponc

I

SavaritLaS determinaciones

de

la p r o -

teína vegetal se harán

oon

KJelBYin9.

Metas :

Este trabajo pretende:

a) Obíwner

los

datos de equilibrio

y

l a s

condici,oner

d e ope _.

racidn para diseñar un proceso

de

extracción continuc, Ce

l a proteína del bagazo del Lirio Acuático

con

diversas

soluciones eiectroifticas.

b)

Los dztos que se deber& obtener son los siguiente:

f

.

Bal'ance

de

materia.

.

Las concentraciones

de

equilibrio es decir, l a .

p o t 2

.

Nivel

.&e

saturación 'de los sólidos con .el solvente..

ina

eti

loa s6l'idos y . e n el solvente.

saturaci6n del solvente con

le

prOt.efB8..

.

.

i

~

I

I

c) Los puntos a 'determinar para obtener las condiciones de

, operacidn son : 1.a fuerza ibnica,ei pH. y 'la temperatura.

del. soi'vente.

I

d) Con 10.9 puntos anteriores se obte'drán los datos que

!

permitirán la construccidn d e l extractor

de

proteina a

(5)

Astos datos son:

s I C

\Caldo ( Concentrado i?e ?rotelnn ) I.- Valor de leis corrientes d e sblidos.

2.- i h e n s d e ol~oración.

3.-

ii'úmero de etapas.

i h t a trabajo esta conectado con otsa cuyo objetivo será

aise;inr

un

proceso d e precipitacidn y de sedimentación con-

tinuo de l a proteína del Lirio kcuktico.

,

, V " L . . , Y " C

- c ' c i

fresco

n

I, Precipi tacidn

Y

I

Coagu1aci6n

(6)

B i b l i o g r n f h :

' - Dale Bruce %.

,I981.uh'ood

and .?bel from Biomass ";ik+pr!.rment

o f & r i c u l t u r a l and Chernicil. En:;ineering,

Colorado S t a t e U n i v e r s i t y .

-

-

i)atta,t.K., Ohakrabw%y,P.R., Guha,

B.

C.y Ghosh,

J.

J

.-I976

.-

" F r o t e i n Concrtntra2e from Leaves o f . i z t e r Hyacinth"

IndianJ.Appl.Chem.Vol.29,No.I,196b.Calcutta-9.

-lionsod, Godofredo G., I978.-'~P1?ocesos para l a SxtracciÓn de ITutrient d e l L i r i o Acu6ticott ,Hyacinth Control Joiirnal.

4,251.508.

-Talor,K.G. y Hobbins

R.

C.,I976.-"The AminonciGs Conposition o f 'dater Iiyacinth ( Eichhornia crassipes)and i t s v a l u e

a s a P r o t e i n Yupplement.'*Depertment o f FoQd Science U n i v e r s i t y o f F l o r i a a . F l o r i d o .

(7)

EXTRACCION..DE LA PROTEIFA DEL

L I R I O ACUATICO.

Luisa F e r n a n d a ? f t l a l p Z a v a i a

(8)

El estudio aquí presentado forma parte del proyecto

denominado “Proceso de Transformaci6n Fermentativa del Li -

rio Acuático”, auspiciado por CONACYT.

Este trabajo fue realizado como servicio social en

el Laboratorio de Microbiología, S-154 del Departamento

de Biotecnologfa de la Universidad Autónoma Metropolitana

de Iztapalapa.

El desarrollo’de este comprendi6 el periodo de Pebre

ro

de 1982 a Enero de 1983 bajo la valiosa asesoría del

(9)

INDICE

Página

RESUMEN

...

1

ANTECEDEMTES

...

1-4

MATERIAL Y METODOS

...

4

RESULTADOS

...

5-25

DISCUSION . . . 2 6-25

CONCLUSIONES

...

2 9

(10)

ANEXO

cdlculo del extractor

LISTA DE TABLAS

Aminoácidos del lirio acuático comparados

con el patrón de referencia de la FA0 1

del lirio acuático

...

Tabla 2

fibras, cenizas, y carbohidratos en el lirio

...

Tabla 3

...

Tabla

Aminoácidos esencialec y no esenciales

Contenido de proteína en base seca, grasas,

Distribución del tamaño de partícula en la

determinación del pH óptimo

...

Tabla 4

Distribución del tamaño de partlcula en la

determinación del tiempo óptimo y en el por

centaje de proteína extraible

...

Tabla 5

Condiciones de extracción en la determinación

del pH óptimo

...

Tabla 6

Porcentaje de proteína del lirio sin tratar

en la determinación del pH óptimo

...

Tabla 7

Porcentaje de proteína en el bagazo agotado en

la determinación del pH óptimo

...

Tabla 8

Porcentaje de proteína en el extracto en la

deteminación del pH óptimo

...

Tabla 9

Balance de materia en la determinación del

pH óptimo

...

Tabla 1 0

Porcentaje de pérdida y de extracción en la

determinación del pT1 óptimo

...

Tabla 11

Condiciones de extracción en la determinación

del tiempo óptimo

...

Tabla 12

Porcentaje de proteína en el lirio sin tratar

en

la determinación del tiempo óptimo

...

Tabla 1 3

Porcentaje de proteína en el extracto obtenido

en

la determinación del tiempo 6ptimo

...

Tabla 14

-,,, ... . .. . .. -1.. ...

(11)

I1

Continuación.

Porcentaje de proteína en el bagazo en la

determinación del tiempo óptimo

...

Tabla 15

Balance de materia en la deteminación del

tiempo óptimo

...

Tabla 16

Porcentaje de perdida y de extracción en la

determinación del tiempo óptimo

...

Tabla 1 7

Porcentaje de proteína en el bagazo en la

determinación del total de proteína extraible.. Tabla 1 8

Porcentaje de proteína en el extracto en la

determinación del total de proteína extraible.. Tabla 1 9

Balance de materia en la determinación del

total de proteína extraible'

...

Porcentaje de extracción y de perdida en la

determinación del total de proteína extraible.. Tabla 2 1

Tabla 2 0

-.

Lista de figuras.

Distribución del tamaño de partícula en

la determinación del pH 6ptimo

...

Figura 1

Distribución del tamaño de partícula en

la determinación del tiempo óptimo

...

Figura 2

determinación del pH óptimo

...

Figura 3

Porcentaje de proteína en el bagazo en la

Porcentaje de proteína en el extracto en

la determinación del pH óptimo

...

Figura 4

Porcentaje de proteína en el bagazo en la

determinación del tiempo óptimo

...

Figura 5

Porcentaje de proteína en el bagazo en la

determinación del total de proteína extraible.. Figura 5

Porcentaje de proteína en el extracto en

la determinación del tiempo 6ptimo

...

Figura 6

Porcentaje de proteína en el extracto en la

determinación de proteína extraible

...

Figura 6

(12)

Tabla 3: Aminoácidos esenciales y no esenciales obtenidos

mediante la hidrolisis de 100 g . de protefna del

lirio acuático (16g. N/100 g . Proteína Cruda).

(Taylor y Robbins, 1974).

Aminoácidos

Metionina

Cis t ina

Fenilalanina

Tirosina

Treonina

Lisina

Isoleucina

Valina

Leucina

Arginina

Histidina

Glicina

Alanina

Serina

Acido Aspár ic0

Acido Glutbnico

Prolina

Gramos

0.73

11.60

4.72

2.98

4.32

5.31

4.32

0.27

7.20

2.98

1.98

5.14

5.59

3.85

17.37

P.29

(13)

RESUMEN

El lirio acuático es una planta que contiene un por-

centaje de proteína del 15% (base seca). La proteína es

la fracción más valiosa de la biomasa, de ahí que el lirio

sea una fuente muy importante para obtenerla.

La extracción de la protefna del lirio se hizo en ba-

se al método utilizado por Dale (1981). La temperatura pg

ra la obtención se fijó en 5OoC y los experimentos realiza

dos fueron para encontrar primeramente el tiempo y el pH

bptinos de extracción y finalmente para obtener las condi-

ciones de equilibrio y de operación. Con estos datos se llegó al diseño del proceso continuo de extracción de la

proteína del lirio acuático.

.-

ANTECEDENTES

El lirio acuático (Eichhornia crassipes), conocido

también como lirio de agua, jacinto, huachinango y cucha-

rilla, es un vegetal que debido a su acelerado crecimien-

to y resistencia a los métodos de exterminio hasta ahora

usados, representa un problema en lagos ríos y presas.

Las técnicas empleadas para el control del lirio a-

cuático en nuestro país incluyen el uso de herbicidas, pe

ces y patos que se alimentan de esta planta y aún el sim-

ple acarreo del lirio afuera del agua. A causa del poco

éxito de éstas medidas, la población del lirio ha aumen-

tad0 en forma tan alarmante en algunos lugares que consti-

tuye un fuerte contaminante de las vías fluviales. Su pro

pagación es tal que cubre totalmente la superficie de

los

lagos, ríos y presas impidiendo que se lleve a cabo una

buena oxigenación, además de tomar los nutrientec de otras

(14)

que forman parte de la cadena alimenticia de la fauna a-

cuática, provocando un desequilibrio en la balanza ecoló-

gica de dichos sistemas hidrológicos.

La diversidad de métodos empleados para la recolec-

ción del lirio ha dado por resultado la existencia de gran

variabilidad en la composición bromatológica de los lotes.

Se ha encontrado que el contenido de proteína fluctúa en-

tre 2.3 y 26.4% en un lote de 31 muestras (base seca).

Estos son los límites mínimo y máximo. La variación esta

en función de la proporci6n.de raíces, bulbos y hojas pre-

sentes en los lotes. Sin embargo, el valor estandar del

contenido de proteína en el lirio es del 15%, Tejada (1977)

Taylor y Robbins (19741, demostraron que la proteína

del lirio es de buena calidad debido a la aminoácidos que

la constituyen. (tablas 1 y 2 1.

Así mismo se tienen datos sobre el contenido proteíco,

grasas, fibras, cenizas y carbohidratos presentes en el li-

rio (Tabla 3).

Tabla 1: Aminoácidos por 100 g . de proteína en el lirio

acuático comparados con el patrón de referencia

de la FAO, mafz, leche, huevo y alga (cpirulina),

Taylor y Robbins (1974). i l l Leu

Met. Cis Fen Tir Tre Lis Is0

Lirio A. 0.7 11.6 4.7 3 . 0 4.3 5.3 4.3 0.3 7.2

Leche (vaca) 2.1 0.7 6.0 4.2 5 . 2 6.3 5.3 6.3 5 . 8

FA0 2.2 1.9 2.8 2.8 2.8 4.2 4.2 4.2 4 . 8

Huev6 3.3

----

4.8

---

4.8 6.6 5.0 6.1 8.2

Maíz 2.5 1.1 6.4 6.7 4.1 0.8 6.4 5.3 15.0

(15)

Tabla 2: Contenido de proteína en base seca, grasas,

cenizas, fibras y carbohidratos. (Monroy, 1976).

Carbihi- Proteína

cruda Grasas Fibras Cenizas dratos

14.7 1.8 1.86 11.1 54.0

Debido a l a problemática que trae consigo el lirio se

esté buscando la manera de utilizarlo, teniéndose como fi-

nalidad primaria eliminarlo üe los ríos, lagos y presas,

así como aprovecharlo industrialmente mediante procesos

mi

crobiol6gicos y químicos.

Ramírez (1981), demo&6 que el lirio pierde el 46.4%

de la proteína al ser fermentado, por lo cual, es necesario

extraerle l a proteína antes de que reciba cualquier otro

-

tratamiento.

MATERIAL Y METODOC

Extracci6n.- El lirio acuático utilizado se moli6 en

un molino Mo Mat, mod. 2021. El bagazo se cec6 en un hor-

no Blue M., y el jugo obtenido se cometic5 a un análisis de

nitrbgeno. El bagazo se dej6 secar durante 24 hrs. y pa-

sado este tiempo fue molido nuevamente en un molino manual.

La temperatura de secado fué de 50OC. En seguida se le ex-

trajo la proteína al bagazo según el método empleado por

Dale (1981), en el cual le extrae la proteína a la alfal-

fa, sorgo y otros.

El

método es el siguiente:

Se toman tres muestras de lirio seco, de 10 gramos cg

(16)

I ...

. I

a cada matraz 200 mililitros de agua destilada a 5OoC y se

les ajusta el pH a un valor deseado añadiendo hidróxido de

sodio y/o ácido sulfúrico 0.1 M. Se agita durante un tiempo

determinado a una temperatura constante de 5OOC.

El aparato usado para agitar la muestra fue un baño agi

-

tad0 Forma Scientific, mod. 2563. Los valores a los que se

fijó el pH fueron 2, 6 y 10. Los tiempos fueron de 20, 40

y 60 minutos.

En la determinación del pH óptimo se mantuvo la tempera

-

tura a un valor constante de 50°C.

En la determinación del tiempo óptimo se mantuvo la tem

-

peratura a un valor constante de 50°C y el pH a 10.

En la determinación del máximo de protefna extrafble la

temperatura fué de 5OoC, el pH de 10 y el tiempo de extrac-

cion de 4 0 minutos.

La proteína se determinó mediante el método de Kjeldahl,

usando un gramo de muestra y 10 ml. de ácido sulfurico. El

factor de conversión de nitrógeno a protefna fué 6.25.

- -

( % Nx6.25=%P)

.

La

humedad se determinó por el método de destilación de

tolueno.

El tamaño de partícula se determind pasando el lirio a

través de mallas de diferentes medidas.

RESULTADOS

(17)

-

. . , , , -

La distribución del tamaño de partícula se obtuvo en

el lirio utilizado en la determinación del pH óptimo de

extracción fué la siguiente:

Tabla 4: Distribución del Tamaño de partícula.

.mm

.

'1.08. .'0..84 ...0;.59. 0.23

. % ', . .44..57. .'.18..93'.'.22..93 . .13..55 . . . . . . . ,

(ver figura 1)

La siguiente Tabla muestra la distribución del tamaño

de partícula del lirio empleado en la determinación del

-

tiempo óptimo de la primera y segunda extracción con sol-

vente fresco.

-

Tabla 5 : Distribución del tamaño de partícula en la deter

-

minación del tiempo óptimo.

Bagazo de la pri Bagazo de la segunda

mera extracción. extracción.

mm.

0.42 0.59 0.68 1.22 0.42 0.59 0.68 1.22

% 1.08 22.9 74.2 18.4 2.12 14.2 66.4 21.2

(ver figura 2)

b) DETERMINACION DEL pH OPTIEIO DE EXTRACCION.

El lirio acuático empleado en este experimento fue re-

colectado del lago de Valle de Bravo, Estado de México. Las

condiciones de extracción se rpoporcionan en la Tabla 6 .

(18)

. .

. .

-

. .

-

_..

. . . .

-

... . . . . .

. .

..

-

. . .

. .

. .

. i <.

< I

Figura 1 : Distribuci6n. del tamaño de partícula en la determi-

. . . nación del t i e m p o . 6 p t i q ~ de.extracci6n.

. . .

..

. .

...

.

...

...

.,l,T,l w

+

I

f I

f

f.

9 1 . 1 1 . 2 1 . 4 1 . 5

s5

. 8

.

. #

.

2

. 3

. J

.

0

1

fipIETRt2

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I

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(19)

. .

,. _.

. . . . . ...

. .

..

. .

' u , \ , ,,

. , ,. . . 'r

Figura 2 : Distribuciones del tanaño de partícula en la de-

(20)

Tabla 6: Condiciones de extracción para determinar el pH óptimo.

Tiempo Peso ml. NaOH Volúmen Normalidad

extracto del HC1.

min. Lirio PH

6

H2S04

MI 30 10 2 2.5 195 0.099

M 2 30 10 6 6.0 194

o.

o99

M3 I 30 10 10 . . . 22.0 200 0.099 . - . . . . . .

Al lirio seco antes de ser; tratado se le determin6 el

contenido de nitrógeno para conocer la cantidad de proteína

inicial. Los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 7.

Tabla 7 : Porcentaje de proteína en el lirio sin tratar.

% Proteína

...

16.84

15.51

16.05

% de N en

el estandar

...

12.00

% de Error

...

1.39

% Proteína

promedio

...

16.13

Finalmente en las Tablas 8 y 9 se muestran los porcen-

tajes de proteína obrenida a diferentes valores de pH, en

el

extracto y en el bagazo agotado. (ver figuras 3 y 4).

Si se estudian las tablas se podrá ver que el mayor pol:

centaje de proteína se obtuvo a un pH de 10, y consiguien-

temente, el bagazo tratado a este pH quedo con la menos caz

(21)

Para conocer la cantidad total de proteína extraída se

hizo un balance de masa en el cual se utilizaron los volb-

menes de los extractos obtenidos a diferentes valores de

pH y la cantidad de lirio seco sometido a la extraccián.

(ver Tabla 10).

Tabla 8: Porcentaje de proteína existente en el bagazo so

metido a una extraccián a diferentes valores de

PH

*

% Protefna

% N en el

Standard

% Error

% Proteína

Promedio

Tabla 9 :

PH

% Protefna

% N en el

% Error

% Protefna

Promedio Standard

14.20 13.33 12.06

14.00 13.00 12.94

14.40

__

13.66 12.58

11.98 11.98 11.98

1.56 1.56 1.56

14.20 13.33 12.53

Porcentaje obtenida en el extracto.

2 6 10

0.0866 0.1444 O. 1732

0.0866 0.1444 0.1732

0.0866 0.1444 0.1732

11.96 11.96. 11.96

1.72 1.72 1.72

(22)

v

.

, .

. I . _

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-

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1.3---

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' 6 7

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...

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. .

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. .

. . .

. . . .

. .

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. . .

. . .

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Figura 3: Porcentaje de proteína en el, bagazo agotaao'obtegiao en

.

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(23)

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F i g u r a 4 : P o r c e n t a l e d e p r o t e í n a en e l extracto d u r a n t e l a d e t e r -

.... rninaci6n d e l pH 6 p t i m o . . . .

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(24)

Tabla 10: Balance de materia de la determinación del pH

dptimo.

Peso (9) Volúmen (mi.) % Proteína Proteína

Lirio seco Extracto Promedio Total (g)

Bagazo sin

Tratar 10 16.13 1.613

Bagazo extra-

Ido a pH 2 10

Bagazo extra-

fdo a pH 6 10

Bagazo extra-

ído a pH 1 0 10

Extracto del PH 2

PH 6

Extracto del

Extracto del

pH 10

14.20 1.420

13.33 1.333

12.53 1.253

.. 195 O. 0866 0.1688

194 0.1444 0.2801

200.. . . '. . ,. . 0.1732 0.3464

. , . . . . .

Con este balance se puede conocer el porcentaje de extrac-

cidn y el porcentaje de pérdida a diferentes pH. El porcentaje

de pérdida se refiere a la cantidad de proteína que no se cuan

tificó en el extracto pero que se extrajo del bagazo. (ver Ta-

bla

li).

-

Tabla 11: Porcentaje de pérdida y de extracción obtenidos en l a

determinacidn del pH óptimo.

% E

-

% P

-

Bagazo tratado a pH 2 1.31 10.48

Bagazo tratado a pH 6 0.19 17.36

(25)

i

c ) DETERMINACION DEL TIEMPO OPTIMO DE EXTRACCION.

El lirio utilizado en este experimento fue recolectado

de uno de los canales de Xochimilco, D. F.

Las condiciones de extracción se muestran en la Tabla

12. El lirio antes de ser tratado fue analizado para cono-

cer su contenido proteíco y se obtuvieron los resultados

que se muestran en l a Tabla 13.

Tabla 12: Condiciones de extracción en la determination

del tiempo óptimo.

Tiempo Peso (9) ml. NaOH Volumen Normalidad

min. Lirio seco pH utilizados extracto del HC1

MI 20 10 10 22 196 0.103

M2 4 0 1 0 10.2 2 4 220 0.103

M3 60 10 10 22 296 0.103

Tabla 13: Porcentaje de proteína en el lirio sin tratar.

% Proteína

...

15.23

15.23

15.23

% N estandard

...

12-15

% Error

...

0.17

% Proteína promedio

...

15.23

En seguida el lirio seco se cometi6 a la extracción a di-

ferentes tiempos. En las Tablas 14 y 15 se proporcionan los

resul-tados obtenidos.

i

(26)

Tabla 14: Porcentaje de proteína en el extracto de la pri-

mera extracción hecha en la determinacidn del

tiempo dptimo.

Tiempo (min. ) 20 40 60

0.15 0.175 O. 0875

0.15 0.175 0.1187

0.15 0.175 O. 1030

% Proteína

% N en el Estandar 1.93 11.93 11.93

% Error 1.93 1.98 1.98

% Proteína Promedio. . . 0 . 1 5 . . . . . 0.175 0.1030

. . . . . .

..

Tabla 15: Porcentaje de protefna en el bagazo agotado en

la primera extracción.

Tiempo (min) 20 40 60

% Proteína 11.53 10.60 10.44

11.53 10.99 10.44

12.68 10.99 10.44

% N en el Estandar 11.73 11.73 11.73

% Error 3.61 3.61 3.61

% Proteína Promedio. . . 11.91 . . . . 10.86 10.44

. . . . . . . . . . . , .

Como se observará el tiempo ótimo de extracción fue el

de 40 minutos ya que en este se determinó la mayor canti-

dad de proteína en el extracto y la menor en e l bagazo ago-

(27)

Finalmente se realizó el balance de materia de la misma

forma y con los mismos fines que en el experimento anterior.

(ver Tablas 16 y 17).

Tabla 16: Balance de materia efectuado para la primera ex-

tracci6n en la determinación del tiempo óptimo.

Lirio seco Peso íg) Volúmen (mi.) Extracto Promedio % Proteína Total % Proteína Bagazo del

sin tratar 10

-

15.23 1.523

Bagazo extra-

Sdo a 20 min. 10

-

11.91 1.191

Bagazo extra-

$do a 40 min. 10

-

Bagazo extra-

ído a 60 min. 10

Extracto de

20 min.

-

Extracto de

4 0 min.

-

10.86 1.086

10.44 1.044

196 0.15 0.294

200 0.175 0.4008

Extracto de

6 0 min.

-

196 0.103 0.202

Tabla 17: Porcentaje de pérdida y porcentaje de extraccidn

obtenida en la primera extracción de la determina-

ción del tiempo óptimo.

- .

Lirio Tratado

20 minutos 7.22 19.30

Lirio tratado

40 minutos 2.38 26.32

Lirio tratado

6 0 minutos. 18.67. . . . . . . 13.26 . .

(28)

. . . . . . . . .

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. . . - . , . . .

, Figura Sf, . P,orcentaje . . . . de proteína en e l extracto de l a :primera

,

y segunda extragcibn:

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. . . .

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. ~ i g u r a 6: Porcentaje.de proteína en el baqazo.de l a primera y '

. . . . . .

segunda exfracc i6n.. . . .

.. . .

1

48

I '

"B

3

60

{ U

20

30

9 . 5

-

Q

. I 0

...

(30)

d) Determinación del total de pr=-,Ifna extraible.

una vez que se hubo determina& pH y el tiempo óptimo

de extracción de la protefna del z:ri1 acuático, éste se some

ti6 a otro tratamiento para saber EL Zsrcentaje de protefna

que era aún extraible y , si dicho rf-zFZtaje era considerable

como para diseñar un extractor que =---era más etapas.

El lirio que se utilizó en est2 =*rimento fue el mismo

que se empleó en el experimento

a x = e = ~ ~ r ,

e s decir, se usó el

lirio que ya había recibido un tra==a=_-=nto para extraerle la

proteína que contenía.

El bagazo agotado se secó a 5 0 % " T se molió.

mente se le efectuó la segunda extrzLzc:5n. LOS resultados fue

-

ron los siguientes:

(ver Tabla 1 8 y 19)

Posterior-

-

Tabla 18: Porcentaje de protefna

E=

c- bagazo con una segun-

da extracción.

Tiempo ímin) 20 4 : 6 0

% Proteína 0.03

o-:<

0.015

0.03 G - 5 5 0.015

0.03 G c Z Z O. 015

% N en e l Estandar 11.73 l Z - - Z 11.73

% Error 3.45 3 - r 3 3.45

% Proteína Promedio 0.03 C - Ir' 0.015

Ver

Figura 5 y 6 En éstas se ;.;"R-r observar las dos

(31)

Con estos datos, se h i z o el balance de materia corres- pondiente. En e s t e caso el. contenido de proteína i n i c i a l e n e l bagazo fu6 e l Contenido f i n a l del bagazo utilizado e n l a primera extracción efectuada para determinar e l tie,mpo óptimo.

e l porcentaje de pérdida y e l porcentaje de extracción.

( Ver Tabla 20 y 2 1 1.

Así como en l o s exTerimentos anteriores

,

se obtuvo

Tabla 20 : Porcentaje de perdida y porcentaje de ex- tracción, obtenidos durante l a segunda ex- tracci6n realizada en l a determinación de l a cantidad de proteína posible de extraer.

L i r i o tratado a

20 minutos. 4 . 4 5

L i r i o tratado a

4 0 minutos. 0.10

L i r i o tratado a

60 minutos. 0.32

2 . 5 2

5 . 4 0

-

(32)

Tabla 21 : Balance de materia de l a segunda e x t r a c c i ó n

r e a l i z a d a en base a l bagazo u t i l i z a d o en la primera e x t r a c c i ó n durante l a determinación

de l a cantidad de p r o t e í n a p o s i b l e de e x t r a e r .

P e s o ( g ) Volúmen ( m l ) % P r o t e i n a P r o t e í n a L i r i o seco E x t r a c t o Promeoio T o t a l (g)

Bagazo primera e x t r a c c i ó n 2 0

minutos

.

Bagazo primera e x t r a c c i ó n 4 0 minutos.

Bagazo primera e x t r a c c i ó n 60

minutos.

Bagazo segunda e x t r a c c i 6 n 20 minutos.

Bagazo segunda e x t r a c c i ó n 40 minutos.

E x t r a c t o 2 E x t 20 minutos.

E x t r a c t o 2 Ext. 40 minutos.

E x t r a c t o 2 Ext. 60 minutos.

10

10

-.

10 10 10

-

-

-

- < 100 73 77 11.91 10.86 10.75 10.08 1.191 1.086 1.075 1.008

10.27 1.027

0.03 0.030

O. O8 0.0534

(33)

Para apreciar correctamente l a cantidad de proteína t o t a l extraída en l a s extracciones realizadas se muestra e l siguiente esquema :

L i r i o ____+ ____O Jugo 23% Proteína Total

I

19.8% Prot.Tota1

Bagazo 15.23% Prot. 77% Prot.Tota1

0.175 % Proteína

Bagazo 10.86 & Prot. 56 % Prot. Tot.

0 . 0 8 % Proteína

I .

J F T

.-t. Extracto ( 73 m i .

Por l o tanto, se obtuvo e l 46 % de extracción de proteína t o t a l : e s decir, cuando se hizo e l exprimido se extrajo el 23 % de proteína: cuando se efectu6 l a primera extracción

se extrajo e l 23.32% del 77% de proteína que que26 en e l bagazo exprimido ( e s t o corresponde a l 20.26 % de l a proteína t o t a l 1, finalmente cuando se realizó l a segunda extracción

se obtuvo e l 5.4% de l a cantidad de proteína que restaba en

e l bagazo ( 56 % de proteína ) l a cual corresponde a l 3 . 0 2 %

(34)

e) Diseño del extractor.

Con l o s resultados obtenidos de l o s experimentos rea- lizados se calcularon l a s etapas ideales de un extractor con- tinúo a contracorriente para extraer l a mayor cantidad de proteína posible del l i r i o acuático. Para r e a l i z a r ésto se sigui6 e l método de Ponchon-Savarit, ( McCabe Thiele, 1 9 7 9 ) ,

Los cálculos se proporcionan en e l anexo. En l a F i g u r a 7 se muestra e l diagrama de Ponchon-Savarit para l a lixiviacibn. En éste se señalan

tes d e l lixiviador.

E l ntimero de etapas ideales calculadas fué de 1.45

.

l o s puntos que corresponden a l a s corrien-

E l diagrama que se muestra a continuation

,

representa e l proceso de transformación fermentativa del l i r i o acuático.

La zona marcada con un rectángulo corresponde a l trabajo que se llev6 a cabo en este proyecto de servicio social..

Equipo Señalado e n e l Diagrama

i

A Molino

B Extracto ( Lixiviador )

C Tanque de Nezclado

D Sedimentador

(35)
(36)

...

"

. . .

. . .

. . .

.

. . .

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. . . .

. . .

. . . . . . .

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...

. . . ,

Figura 7 : .Lixiviacibn en el Diagrama ' d e

Poncho-Savarit ';:'

:

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(, 1 9 7 9 ) .

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2

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(37)

DICCUSIOI?

En general, la extracción de proteína del lirio

acuático se ve favorecida a un pH alcalino. La solu-

bilidad de la proteína está en función de la temperatu-

ra y del pH. En los experimentos realizados en este tra-

bajo

,

por las condiciones a las que fueron hechas las

extracciones, no se notaron grandes diferencias entre el pH alcalino y el pH neutro.

cuático para extraerle la proteína, fueron lo suficiente- mente ligeras para evitar al mínimo que se degradara la proteína, lo que permite que después sea recuperada por medio de métodos convencionales como podría ser la preci-

pitación isoeléctrica o la' coagulación.

Sabemos que la solubilidad de la proteína aumenta conforme aumenta la temperatura en un intervalo limitado de O a 4 0 O C . Sin embargo, arriba de ese intervalo, entre

los 4 0 y 50 OC aumenta la inestabilidad y consecuentemente

empieza la precipitación, llevándose a cabo la desnaturali- zación ordinaria con pérdida de solubilidad a un pH neutro. Quizá, este sea uno de los factores que influyó en la ex-

tracción de la protefna a pH neutro (61, entre muchos otros

que se considerarán más adelante, (Lehninger, 1977 ) .

Es por ese motivo, que se necesita alejar a la pro-

teína del punto isoeléctrico y así

,

favorecer aún más la

solubilidad de ésta a la temperatura de 5 0 OC, con la cual se

Trabajó.

En la molienda, primer paso de la extracción, el por- centaje de la protelna extraída se mantuvo constante entre

fresco, el porcentaje de extracción fue de 26.32 y 5 . 4 0 %

respectivamente. Todod esto nos di6 un total de 4 6 % de pro-

teína extraída. i

El porcentaje de extracción disminuye cuando la prote- ína se somete a procesos de secado y de refrigeración (Bajra-

charya y Mudgett, 1979 ) . En base a eso, es posible aumentar

el porcentaje de proteína removible si modificamos las con- diciones de operación, haciendo de la extracción un proceso continúo, así el lirio no tendrá que secarse ni refrigerarse.

La uniformidad del taníaño de parícula es otro factor que en cierta forma influye en la cantidad de proteína que se

extrae, ya que si se estandariza la superficie de contacto será mejor la extracción. Obviamente, esto se podrá lograr si se usa molinos más eficientes.

Las condiciones a las que se sometió el lirio a-

(38)

Existen otros factores que están envueltos en la limitación de la de la recuperación de la protefna de las plantas, estos son los procesos mecánicos que inclu-

yen factores estructurales como son : la distribución de

proteína por su peso molecular, la fuerza mecánica de sus tejidos, así como también el comportamiento viscoelásti-

co de los materiales biológicos, que a nivel bioquímico son

generalmente asociados con la celulos, la hemicelulosa, pectinas, lípidos y constituyentes proteicos de la membrana celular, pared celular y la laminilla media del tejido

de la planta.

Taylor y Robbins (19741, observaron que el nivel más alto de proteína contenida en el lirio se encuentra en las poblaciones de esta planta correspondientes a los meses de

junio y julio; y el nivel más bajo corresponden a los meses

de mayo, agosto y septiembre.

en las que se aprecia la diferencia en el contenido de pro- teína. En el primer experimento se utilizó lirio del mes de

junio ( Tabla 7 ) y en el segundo, se utilizó lirio del mes

de septiembre ( Tabla 13 1.

El porcentaje de pérdida se debió, en parte, a la volati -

lización del nitrógeno en forma de amonio, a errores experi- mentales y a la precipitación de la proteína. Se observo que aumentando el tiempo de extracción dicho porcentaje aumenta-

ba también (Tabla 17). Los tiempos mayores de 40 minutos

-

causan pérdidas de proteína considerables en su mayoría, por la precipitación de la protefna. Por esto, es necesario homo genizar el extracto antes de analizarlo para tratar de dismi- nuir, en buena medida, el error experimental durante el aná- lisis y determinar exactamente la cantidad de protefna en el extracto.

El lirio acuático crece hasta en aguas que están conta- minadas esceptuando las salinas. Las sustancias presentes en el agua determinan en gran parte la composición del extras to final. Debido a esto, es importante considerar la utili-

dad que se le dará a la proteína del lirio. Mientras más con

-

taminado esté el medio del cual provenga más contaminado es- tará el extracto y por consiguiente, los costos del proceso aumentarán. Si el agua no está muy contaminada entonces la proteína podrá ser utilizada pomo complemento alimenticio,

ya sea para animales o para humanos.

aminoácidos que posee la proteína, los cuales pueden balan- cear perfectamente una dieta a base de granos (cereales). Por ejemplo, para que una dieta tenga un buen nivel proteico, adecuado para una buena alimentacion, se necesita que cubra la siguiente relación: que para cada kilogramo de peso exista un gramo de proteína. Los granos son deficientes en lisina

entonces, el lirio podrfa solventar dicha deficiencia propor

-

cionando el aminoácido (Taylor y Robbins, 1974).

Lo anterior pudo comprobarse observando las Tablas 7 y 13,

Esto queda claro si se toma en cuenta la calidad de los

(39)

BIBLIOGRAFIA

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-sipes )and its Value as a Protein Sup- -plement.

Teieda. Irma.l974."Valor Nutritivo del Lirio Acuático ~~~~

( Eichhornia crassipes ) para el Pollo en

(40)
(41)

NUMERO DE ETAPAS IDEALES DE UN LIXIVIADOR A CONTRACORRIENTE

PARA LA EXTRACCION DE PROTEINA DEL LIRIO ACUATICO.

Base de calculo: 100 Kg. de bagazo.

El bagazo entra al lixiviador con una humedad del 88%, un con-

tenido proteico del 15.23% y, la soluci6n retenida por el baga

-

zo tiene un 0.528% de proteína. La extracción se efectúa con

140 1. de NaOH 0.001 N/hr. y con un 0.203% de proteína.

En base a estos datos se realizarán los siguientes cálculos:

Datos:

Lo= (100) (0.12) (0.1523)+88= 89.82Kg de soln. sol/hr.

Yo=

1.82

= 0.0203 g prot.jg de soln.

88+1.82

No= 10.64 = 0.1198 88.6

Bo= 10.64 Kg de sol. in.

V2= 140 1 de NaOH 0.001 N/hr.

X2= 0.00203 Kg de prot./Kg de s o h .

F6rmu 1 as :

a) Lo

+

V2 = L1

+

V1 = M

b) LOYO

+

V2X2 = MXm

c) B = NOLO = NmM

d) LINl = NmM

Custitucián:

De a: 89.82

+

140 = 229.82

De b: (89.82) (0.0203)

+

(140) (0.00203) = 229.82 Xm

de donde; Xm = 0.00917 Kg de prot./Kg de soln.

De c: Nm = N L = 0.04633 O 0

M

De d : L1 =

-

NmM = (0.04633) (229.82) = 140.92 Kg de

(42)

Sustituyendo el inciso "a" en el "d".

= L (N -Nm) = ( 8 8 . 8 7 ) (0.1198-.04633) = 140.92

0.04633

1 1

Nm

Por lo tanto, V1

Estos datos nos permitieron construir la Figura para l a

étapa'y a partir de ellos, haremos el cálculo del lixivia-

dor a multicorriente.

MULTICORRIENTE

-

IUm = 10.64 = 17.73, de donde: Nm = 17.73 ( 0 . 0 0 5 ) = 0.0886

Yn 0.06

= 89.82

+

140

+

229.82 Kg de s o h . sol.

Lo

+ "n+i

M = Ln+V = 229.82 Kg

1

LnYn

+

VIXl =

Ln+Vl = 229.82

LnYn+ VIXl= 1.877

Ln ( 0 . 0 0 6 5 )

+

V1 (0.0917) = 229.82(0.0082)=1.877

Xm= 0.0082 (de la g r d f i c . 9 ) .

Ln+ V X = 1.877

---

O.V1(l-X1) 229.82

-

1.877

Yn

-

-

Y1 Yn

Yn

--.,.~.._ i.._.__..._ I. ..~~..&.~

. . . . .. .. .... ~ ~ .

(43)

V1 = -59.05 = 144.02 Kg de estracto

Ln = 85.79

-0.41.

Kg de solución retenida en el bagazo.

XI

X1= 0.00917 g p/g Ext.

Yo= 0.0203 g p/g soln. sol.

Lo- 89.82 Kg soln. sol.

(144.02

x

0.00917) = 1.3206 Kg de prot. extraídos.

, - - -

1.30206-0.2842= I 1.01 Kg de prot. (Extracción Real) I

Kg prot. que-

-

- - -

- -

- - -

- - . I

entran con

Un

+

1

1

V1= 144.02 Kg/hr de extracto Un+l=140 Kg/hr

Xn+i 0.00203 g p/g E

Ln 85.79 Kg soln. sol.

Yn 0.0065 g p/g E

Lo cual, significa que por cada 100 Kg de lirio al 88%

de humedad, se extraen 1.01 Kg de proteína en 1.45 eta

-

Figure

Tabla 3:  Aminoácidos esenciales  y  no esenciales obtenidos  mediante la hidrolisis de 100  g
Tabla 1:  Aminoácidos por 100  g .   de proteína en el lirio  acuático comparados con el patrón de referencia  de la  FAO,  mafz, leche, huevo  y  alga  (cpirulina),
Tabla  2:  Contenido de proteína en base seca, grasas,  cenizas, fibras y  carbohidratos
Tabla 4:  Distribución del Tamaño de partícula.
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