+iI,,JiiLJ: 5üi.G.HZ;iNO LIER : i h A 'IfiLiilE
ZAWirLA CSCANtjUid LUiCi: FtRi.';..idD.': Z1TLi:iY
.
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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 DETLRiLlFiBCIOi4: 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
C
c
introducci6n:
El
Lirio Acuático (Eichhornia crassiries) representaen l a actualidad.
un
grave problema para.los
sistems !.ncustrssy fluviales ,ya que p o r
¡
e
hechode
reproducirse tan r&idernen-te,cubren totalmente la superficie
de
éstoslo
que impide quehaya una buena oxigenacián,además
de
tomarlos
nutrientos'queson de
v i t a importancia para la alimentaciónde
otras gizntxs.Estos nutrientes son entre otPos
el
oxigeno, el nitrógeno y oif6sforo
.Obstruyendo a s í la reproducci6n de éstas pl.nntss, formn-doras de ptirte
de
la cadena alimenticiade
la fauna .acu&tica,provocan
un
desequilibrio en la balanza ecoi6gica delos
lagosy
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 nextraccidn 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 Liriotiene
buenacz
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
Totales14.7
i.60 18.61 11.154.0
Yabla 2.-~omposicibn de aminoácidos del
Lirio
AcuRtico( e .
an./IOO gMetionins Fenilalanina Treonina Lirsina Isoleuclna Vaiina Leucina
-
1
2.2 2.8 2.8 4.2
4.2
4.2 4.aI
.
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 ) Determinare l
p H
6ptimo para l o g r a r e x t r a e r 12. mayorcantidad 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 lassiguientes
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
3.-
Cncontrar la cantidadde
solvente minim0 por ,?::O d7Lirio (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 parttrde
sucesivas extracciones a l a s con-diciones del punto
3 , i o
quepermi-ti-
rá
construir l a s lfneasde
equilibrio Iy operacidn
con
eimétodo de
PoncI
SavaritLaS determinaciones
de
la p r o -teína vegetal se harán
oon
KJelBYin9.Metas :
Este trabajo pretende:
a) Obíwner
los
datos de equilibrioy
l a scondici,oner
d e ope _.racidn para diseñar un proceso
de
extracción continuc, Cel a proteína del bagazo del Lirio Acuático
con
diversassoluciones eiectroifticas.
b)
Los dztos que se deber& obtener son los siguiente:f
.
Bal'ancede
materia..
Las concentracionesde
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 aAstos 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
B i b l i o g r n f h :
' - Dale Bruce %.
,I981.uh'ood
and .?bel from Biomass ";ik+pr!.rmento 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 ea 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 .
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
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 delINDICE
Página
RESUMEN
...
1ANTECEDEMTES
...
1-4
MATERIAL Y METODOS
...
4RESULTADOS
...
5-25DISCUSION . . . 2 6-25
CONCLUSIONES
...
2 9ANEXO
cdlculo del extractor
LISTA DE TABLAS
Aminoácidos del lirio acuático comparados
con el patrón de referencia de la FA0 1
del lirio acuático
...
Tabla 2fibras, cenizas, y carbohidratos en el lirio
...
Tabla 3...
TablaAminoácidos esencialec y no esenciales
Contenido de proteína en base seca, grasas,
Distribución del tamaño de partícula en la
determinación del pH óptimo
...
Tabla 4Distribución del tamaño de partlcula en la
determinación del tiempo óptimo y en el por
centaje de proteína extraible
...
Tabla 5Condiciones de extracción en la determinación
del pH óptimo
...
Tabla 6Porcentaje de proteína del lirio sin tratar
en la determinación del pH óptimo
...
Tabla 7Porcentaje de proteína en el bagazo agotado en
la determinación del pH óptimo
...
Tabla 8Porcentaje de proteína en el extracto en la
deteminación del pH óptimo
...
Tabla 9Balance de materia en la determinación del
pH óptimo
...
Tabla 1 0Porcentaje de pérdida y de extracción en la
determinación del pT1 óptimo
...
Tabla 11Condiciones de extracción en la determinación
del tiempo óptimo
...
Tabla 12Porcentaje de proteína en el lirio sin tratar
en
la determinación del tiempo óptimo...
Tabla 1 3Porcentaje de proteína en el extracto obtenido
en
la determinación del tiempo 6ptimo...
Tabla 14-,,, ... . .. . .. -1.. ...
I1
Continuación.
Porcentaje de proteína en el bagazo en la
determinación del tiempo óptimo
...
Tabla 15Balance de materia en la deteminación del
tiempo óptimo
...
Tabla 16Porcentaje de perdida y de extracción en la
determinación del tiempo óptimo
...
Tabla 1 7Porcentaje 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 1Distribución del tamaño de partícula en
la determinación del tiempo óptimo
...
Figura 2determinación del pH óptimo
...
Figura 3Porcentaje de proteína en el bagazo en la
Porcentaje de proteína en el extracto en
la determinación del pH óptimo
...
Figura 4Porcentaje de proteína en el bagazo en la
determinación del tiempo óptimo
...
Figura 5Porcentaje 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 6Porcentaje de proteína en el extracto en la
determinación de proteína extraible
...
Figura 6Tabla 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
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
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 8.2Maíz 2.5 1.1 6.4 6.7 4.1 0.8 6.4 5.3 15.0
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
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 detolueno.
El tamaño de partícula se determind pasando el lirio a
través de mallas de diferentes medidas.
RESULTADOS
-
. . , , , -
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 .
. .
. .
-
. .-
_..
. . . .-
... . . . . .. .
..-
. . .. .
. .
. 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
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. 8
.
. #
.
2
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1
fipIETRt2
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I:
Pill
I
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I
e
.
. .
,. _.
. . . . . ...
. .
... .
' u , \ , ,,
. , ,. . . 'r
Figura 2 : Distribuciones del tanaño de partícula en la de-
Tabla 6: Condiciones de extracción para determinar el pH óptimo.
Tiempo Peso ml. NaOH Volúmen Normalidad
extracto del HC1.
min. Lirio PH
6
H2S04MI 30 10 2 2.5 195 0.099
M 2 30 10 6 6.0 194
o.
o99M3 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
...
16.8415.51
16.05
% de N en
el estandar
...
12.00% de Error
...
1.39% Proteína
promedio
...
16.13Finalmente 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
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 12.5811.98 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
v
.
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.
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. .1.3---
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d...+...
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...
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I
...
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I...:
...
+...I
...
..+
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Figura 3: Porcentaje de proteína en el, bagazo agotaao'obtegiao en
.
...:.
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. ...
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-
. . .
. . .
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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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. . .
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
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
...
15.2315.23
15.23
% N estandard
...
12-15% Error
...
0.17% Proteína promedio
...
15.23En 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
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-
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 1.523Bagazo extra-
Sdo a 20 min. 10
-
11.91 1.191Bagazo 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 0.202Tabla 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 . .
. . . . . . . . .
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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
360
{ U
20
30
9 . 5
-
Q
. I 0
...
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 ellirio 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-:<
0.0150.03 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 dosCon 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 obtuvoTabla 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
-
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 1.00810.27 1.027
0.03 0.030
O. O8 0.0534
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.Tota1Bagazo 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 %
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
...
"
. . .
. . .
. . ..
. . .
. I
. . . .
. . .
. . . . . . .
. ~ .
.... . . ,
Figura 7 : .Lixiviacibn en el Diagrama ' d e
Poncho-Savarit ';:'
:
. . . .
..,.
.
(, 1 9 7 9 ) .
. . .
. .
...:
. . .
',,,.
.,
. .
..
. . . ..J . . . .. .
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...
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. .
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....
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Q
-'X-
I,
2
i.cz
.-!
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 lasextracciones, 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 lasolubilidad 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-
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
BIBLIOGRAFIA
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Teieda. Irma.l974."Valor Nutritivo del Lirio Acuático ~~~~
( Eichhornia crassipes ) para el Pollo en
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 = Mb) LOYO
+
V2X2 = MXmc) B = NOLO = NmM
d) LINl = NmM
Custitucián:
De a: 89.82
+
140 = 229.82De b: (89.82) (0.0203)
+
(140) (0.00203) = 229.82 Xmde 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 deSustituyendo 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 ) = 0.0886Yn 0.06
= 89.82
+
140+
229.82 Kg de s o h . sol.Lo
+ "n+iM = 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)=1.877Xm= 0.0082 (de la g r d f i c . 9 ) .
Ln+ V X = 1.877
---
O.V1(l-X1) 229.82-
1.877Yn
-
-
Y1 Yn
Yn
--.,.~.._ i.._.__..._ I. ..~~..&.~
. . . . .. .. .... ~ ~ .
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-
-
- - -
- -
- - -
- - . Ientran con
Un
+
11
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