Eficiencia de degradación de aceite residual de fritura para la producción de PHA con dos tipos de fuente de nitrógeno usando pseudomonas sp aisladas de suelo de la empresa papelera Trupal

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(1)Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA. ía. Q. uí. m. ica. ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL. er. “Eficiencia de degradación de aceite residual de fritura para la producción. ge. ni. de PHA con dos tipos de fuente de nitrógeno usando Pseudomonas sp.. de. In. aisladas de suelo de la Empresa Papelera Trupal”. TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:. io. te. ca. INGENIERO AMBIENTAL. Br. Rojas Aguilar, Maricielo Wendoline Br. Viton Castañeda, Sandra Karina. Bi. bl. AUTORES:. ASESOR:. Dr. Quezada Alvarez, Medardo Alberto. TRUJILLO – PERÚ 2019. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(2) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. uí. Ms. Walter Moreno Eustaquio. m. ica. JURADO CALIFICADOR. In. ge. ni. er. ía. Q. PRESIDENTE. SECRETARIO. Bi. bl. io. te. ca. de. Ms. Jorge Mendoza Bobadilla. Dr. Medardo Alberto Quezada Alvarez ASESOR. ii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(3) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DEDICATORIA. A Dios todo poderoso, nuestro padre celestial, que nos ha permitido seguir adelante a pesar de todos los obstáculos presentados en el camino, que nos ha dado la fuerza y el coraje necesario para poder llegar al final.. ica. A mis amados padres, María Castañeda y Andrés Viton, por todo su apoyo. m. incondicional, por sus palabras de aliento, por su comprensión y motivación, por las. uí. llamadas de atención y sobre todo por creer en mi mucho antes de que yo supiera que podía. Q. lograrlo.. er. ía. A mi hermana Diana, porque a pesar de estar lejos, siempre está presente cuando la. ni. necesito y a mi hermano Jonathan, por escucharme todos los días y motivarme a ser mejor. ge. en cada momento.. In. A mi amiga incondicional, Maricielo Rojas, por enseñarme con el ejemplo que todo es. de. posible, que debemos continuar luchando por alcanzar nuestras metas, que no debemos. ca. rendirnos y que cada esfuerzo por mínimo que sea, suma.. te. A mis mentores el Ing. Anthony Fuentes y el Dr. Alberto Quezada, por ayudarnos a. io. encontrar la mejor solución en cada problema presentado.. bl. Por último quisiera dedicar esta tesis a todas las personas que realizan investigación,. Bi. incitándolos a que continúen adelante y no se den por vencidos, recordándoles que cada fracaso no es más que una señal que nos estamos acercando al éxito.. Sandra Karina Viton Castañeda. iii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(4) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DEDICATORIA. A Dios, por darnos la fuerza necesaria y guiarnos por el sendero correcto para culminar esta primera etapa profesional. A mi madre Rosario Aguilar, por su ejemplo de superación, valentía y coraje para. ica. enfrentar cada reto de esta vida. Por ser mi mejor amiga, mi maestra de vida y mi motivo de. m. perseverancia y lucha.. uí. A mi padre Walter Rojas, por su paciencia y comprensión durante todo este camino.. Q. Por motivarme a alcanzar mis sueños y enseñarme el valor de la paciencia y la confianza en. ía. uno mismo.. ni. er. A mi hermano mayor Walter y su esposa Johana, a quienes considero mis segundos. ge. padres, por ser un ejemplo para mí, por siempre escucharme y por brindarme sus consejos. In. y apoyo incondicional.. de. A mis hermanos Deivi y Bryan, por ser mi motivación de seguir adelante y puedan ver en mí un ejemplo de constancia y dedicación.. ca. A mi amado Randy, por su amor, paciencia, comprensión y apoyo incondicional. Por. io. te. creer en mí, compartir sueños juntos e impulsarme a alcanzar cada meta propuesta.. bl. A Karina, mi compañera de tesis y amiga incondicional, porque esta travesía me. Bi. permitió conocer y valorar la nobleza de su corazón, por ser un pilar fundamental en esta investigación y porque sin ella no hubiera sido posible alcanzar esta meta.. Maricielo Rojas Aguilar. iv Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(5) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. AGRADECIMIENTOS. Expresamos nuestro más sincero y profundo agradecimiento al Ing. Anthony Fuentes, por habernos brindado soporte en todo momento durante el desarrollo de esta tesis, por sus. ica. palabras de aliento y sus continuas críticas constructivas, que nos motivan a ser mejores cada día.. uí. m. De igual manera, queremos agradecer al Dr. Alberto Quezada, por confiar en nosotras. Q. y asesorarnos durante este recorrido. Estamos seguras que su aporte en el campo de la. ía. investigación seguirá contribuyendo en la formación de jóvenes profesionales.. er. A nuestro amigo Percy, por sus ganas de aprender, su gran empeño y el compromiso. ni. demostrado, al brindarnos su apoyo en el desarrollo de esta tesis.. ge. A Benjamin, por siempre estar dispuesto a resolver algunas dudas y a compartir con. In. nosotras su conocimiento y pasión por la investigación.. de. A toda la familia del Laboratorio de Tecnologías Limpias y/o Emergentes, por su. ca. amistad y apoyo brindado, porque cada experiencia compartida hizo que este trayecto sea. Los Autores. Bi. bl. io. te. más llevadero y agradable.. v Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(6) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. INDICE INDICE................................................................................................................................. vi RESUMEN ........................................................................................................................... ix ABSTRACT ......................................................................................................................... xi CAPITULO I ......................................................................................................................... 1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................. 1 REALIDAD PROBLEMÁTICA .......................................................................... 1. 1.1.. ANTECEDENTES: .............................................................................................. 1. 1.2.. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL .............................................................. 7. 1.2.1.. ACEITES Y GRASAS.......................................................................................... 8. 1.2.2.. ACEITES VEGETALES ...................................................................................... 8. 1.2.3.. ACEITES RESIDUALES DE FRITURA .......................................................... 11. 1.2.4.. IMPACTOS GENERADORADOS POR LOS ACEITES RESIDUALES DE. ía. Q. uí. m. ica. 1.. er. FRITURA ......................................................................................................... 13. ni. 1.2.4.1. Problemas Ambientales....................................................................................... 13. ge. 1.2.4.2. Problemas Económicos ....................................................................................... 14 1.2.4.3. Problemas de Infraestructura .............................................................................. 14 NORMATIVA LEGAL PARA EL TRATAMIENTO DE ACEITES. In. 1.2.5.. 1.2.6.. de. RESIDUALES DE FRITURA ......................................................................... 15 APLICACIONES DE LOS ACEITES RESIDUALES DE FRITURA.............. 17. ca. 1.2.6.1. Producción de Jabones ........................................................................................ 17 1.2.6.2. Producción de alimentos para animales .............................................................. 17. te. 1.2.6.3. Producción de Energía ........................................................................................ 18. io. 1.2.6.4. Producción de diversos compuestos de síntesis .................................................. 19. bl. 1.2.6.5. Producción de diversos compuestos de biosíntesis ............................................. 19 POLIHIDROXIALCANOATOS ........................................................................ 21. 1.3.. PROBLEMA ....................................................................................................... 27. 1.4.. HIPÓTESIS......................................................................................................... 27. 1.5.. OBJETIVOS ....................................................................................................... 28. 1.6.. JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA ................................................................ 28. Bi. 1.2.7.. CAPITULO II ...................................................................................................................... 29 MATERIALES Y MÉTODOS............................................................................................ 29 2.1.. MATERIAL, REACTIVOS, EQUIPOS E INSTRUMENTOS ......................... 29 vi. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(7) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.1.1. MATERIALES Y REACTIVOS ............................................................................. 29 2.1.2. EQUIPOS E INSTRUMENTOS ............................................................................. 31 2.2.. MÉTODOS Y TÉCNICAS ................................................................................. 32. 2.2.1.. MATERIAL DE ESTUDIO................................................................................ 32. 2.2.2.. METODOLOGÍA DE ESTUDIO ....................................................................... 32. 2.2.2.1. Acondicionamiento del Material de Estudio ....................................................... 32 2.2.2.2. Caracterización del aceite residual de fritura ...................................................... 32. ica. 2.2.2.2.1. Determinación del índice de saponificación ..................................................... 32. m. 2.2.2.2.2. Determinación del índice de yodo ..................................................................... 33 2.2.2.2.3. Determinación del índice de peróxido .............................................................. 33. MICROORGANISMO ....................................................................................... 35. Q. 2.2.3.. uí. 2.2.2.2.4. Análisis de ácidos grasos .................................................................................. 33. ía. 2.2.3.1. Enriquecimiento para Aislamiento Microbiano .................................................. 35. er. 2.2.3.2. Aislamiento Microbiano ..................................................................................... 35 2.2.3.3. Conservación y Activación Microbiana .............................................................. 36. ni. 2.2.3.4. Identificación de Pseudomonas sp. ..................................................................... 36 DETERMINACIÓN DE LA CURVA DE CRECIMIENTO ............................. 36. 2.2.5.. CURVA DE CALIBRACIÓN DE ABSORBANCIA VS. PESO SECO. In. ge. 2.2.4.. CELULAR ........................................................................................................ 37 PREPARACIÓN DEL INÓCULO ..................................................................... 37. 2.2.7.. FERMENTACIÓN EN MATRACES ................................................................ 37. 2.2.8.. CUANTIFICACIÓN DE LA BIOMASA........................................................... 38. 2.2.9.. CUANTIFICACIÓN DE CONSUMO DE ACEITE .......................................... 39. te. ca. de. 2.2.6.. DISEÑO EXPERIMENTAL .............................................................................. 40. bl. 2.3.. io. 2.2.10. CARACTERIZACIÓN Y CUANTIFICACIÓN DEL PHA .............................. 39. Bi. CAPITULO III .................................................................................................................... 42 RESULTADOS Y DISCUSIÓN ......................................................................................... 42 3.1.. CARACTERIZACIÓN DEL ACEITE RESIDUAL DE FRITURA .................. 42. 3.2.. SELECCIÓN DE MICROORGANISMO .......................................................... 45. 3.3.. CURVA DE CRECIMIENTO ............................................................................ 48. 3.4.. CURVA DE CALIBRACIÓN DE ABSORBANCIA VS. PESO SECO CELULAR ........................................................................................................ 48. 3.5.. CUANTIFICACIÓN DEL CONSUMO DE ACEITE ....................................... 49 vii. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(8) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 3.6.. CUANTIFICACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE BIOMASA ......................... 50. 3.7.. RENDIMIENTO DE BIOMASA EN BASE DE SUSTRATO CONSUMIDO 51. 3.8.. CARACTERIZACIÓN Y CUANTIFICACIÓN DEL PHA .............................. 52. CAPITULO V ..................................................................................................................... 56 CONCLUSIONES ............................................................................................................... 56 CAPITULO VI .................................................................................................................... 57 RECOMENDACIONES ..................................................................................................... 57. ica. CAPITULO VII ................................................................................................................... 58. m. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................ 58 CAPITULO IX .................................................................................................................... 70. Q. uí. ANEXOS ............................................................................................................................. 70. er. ía. ÍNDICE DE TABLAS. ni. Tabla 1. Composición de ácidos grasos de aceites y grasas importantes ............................ 10 Tabla 2. Ejemplos de nomenclatura de PHA y símbolos según la longitud y. ge. posición de la cadena lateral (R) ........................................................................... 22. In. Tabla 3. Propiedades de los dos grupos principales de PHA producidos Naturalmente........................................................................................................... 23. de. Tabla 4. Caracterización del aceite residual de fritura ........................................................ 42. ca. Tabla 5. Nomenclatura de ácidos grasos ............................................................................. 45 Tabla 6. Identificación de los microorganismos de género Pseudomonas y. te. determinación de su especie ................................................................................... 46. Bi. bl. io. Tabla 7. Polihidroxialcanoatos identificados....................................................................... 53. viii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(9) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Figura 1. Estructura básica de los triglicéridos...................................................................... 8 Figura 2. Producción de aceites residuales de cocina a nivel mundial ................................ 12 Figura 3. Estructura general de los PHA ............................................................................. 21 Figura 4. Formula general de los PHA ................................................................................ 22 Figura 5. Estructuras químicas de los dos grupos principales de PHA producidos. ica. naturalmente .......................................................................................................... 23 Figura 6. Vías biosintéticas de PHA.................................................................................... 25. m. Figura 7. Diseño experimental del trabajo de investigación ............................................... 41. uí. Figura 8. Análisis de ácidos grasos de ARF por cromatografía de gases ............................ 43. Q. Figura 9. Análisis de ácidos grasos de Aceite vegetal sin usar por cromatografía. ía. de gases.................................................................................................................. 44 Figura 10. Ubicación de los puntos de muestreo utilizando Google Earth ......................... 47. er. Figura 11. Fase logarítmica de la cepa 28 ........................................................................... 48. ni. Figura 12. Curva de Calibración de Abs vs Peso seco celular ............................................ 49. ge. Figura 13. Cuantificación del Consumo de aceite ............................................................... 50. In. Figura 14. Cuantificación de la Producción de Biomasa..................................................... 51 Figura 15. Rendimiento de Biomasa en base de Sustrato Consumido ................................ 52. Bi. bl. io. te. ca. de. Figura 16. Producción de polihidroxialcanoatos ................................................................. 54. ix Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(10) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. RESUMEN En la presente investigación se estudió la degradación del aceite residual de fritura producido en la industria de los alimentos, empleando dos cepas bacterianas de Pseudomonas aeruginosa, siendo las fuentes de nitrógeno utilizadas el nitrato de potasio y la urea, las cuales se compararon con el sulfato de amonio, que es una fuente de nitrógeno. ica. comúnmente usada. Además, se obtuvo polihidroxialcanoato (PHA), como producto de. m. valor agregado. Las cepas bacterianas fueron aisladas de suelo y efluentes de la Empresa. uí. Papelera Trupal e identificadas mediante pruebas bioquímicas. Asimismo, se realizaron. Q. fermentaciones aeróbicas en cultivo batch y se evaluó el consumo de aceite, producción de. ía. biomasa y producción de PHA. Siendo así que se logró una degradación de aceite de. er. alrededor del 95%, una producción de biomasa de hasta 9 g/L y una producción de PHA de. ge. ni. hasta 1,50 g/L.. In. Palabras clave:. Bi. bl. io. te. ca. fuentes de nitrógeno.. de. Aceite residual de fritura, Biomasa, Polihidroxialcanoatos, Pseudomonas aeruginosa,. x Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(11) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ABSTRACT. The waste frying oil degradation from the food industry was studied, using bacterial strains of Pseudomonas aeruginosa. The sources of nitrogen used were potassium nitrate and urea,. ica. which were compared with ammonium sulfate, which is a commonly used nitrogen source. Likewise, polyhydroxyalkanoate (PHA) was obtained as a value-added product. Bacterial. m. strains were isolated from soil and effluents of “Empresa Papelera de Trupal” and identified. uí. by biochemical tests. Aerobic fermentations were also carried out in batch culture and oil. Q. consumption, biomass production and PHA production were evaluated. Thus, an oil. er. ía. degradation of around 95%, a biomass production of up to 9 g/L and a PHA production of. ni. up to 1.50 g/L are seen.. ge. Keywords: Waste frying oil, biomass, polyhydroxyalcanoate, Pseudomonas aerugionsa,. Bi. bl. io. te. ca. de. In. nitrogen sources.. xi Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(12) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. CAPITULO I INTRODUCCIÓN. 1. REALIDAD PROBLEMÁTICA 1.1. ANTECEDENTES:. ica. El crecimiento acelerado de la población humana y con ello el aumento de las. m. actividades productivas a nivel mundial ha llevado a la generación masiva de. uí. residuos. Dentro de estos, la cantidad de aceites residuales de fritura producidos. Q. anualmente por cualquier país es alta (Kulkarni & Dalai, 2006). Siendo así que, en. ía. Europa, se consume alrededor de 17 millones de toneladas por año de aceites. ge. ni. (Sanli, Canakci, & Alptekin, 2011).. er. vegetales y esta cantidad aumenta aproximadamente el 2% cada año que pasa. En el caso de Perú, según reportó Maximixe, para el año 2014 la producción. In. nacional de aceites vegetales comestibles ascendió a 270 300 Toneladas Métricas. de. (TM), representando un crecimiento de 5% en comparación al año anterior. Con lo. ca. cual se entiende a partir de esta cifra, que la cantidad de residuos de aceite generados. te. debe representar un valor similar, ya que los aceites no se suelen perder en gran. io. cantidad durante su uso (Maximixe, 2014).. bl. De tal modo, según lo reportado por León Almendra, para el Diario El Comercio. Bi. (2017), tan solo en Lima, los diferentes establecimientos de comida, producen. diariamente un promedio de 130 600 TM de aceite residual de frituras. De los cuales, tan solo alrededor de 26 mil TM al día, son destinados como alimento para cerdos y para uso de restaurantes de zonas sin control municipal; mientras que la mayor cantidad de este residuo (80% aproximadamente), termina vertiéndose al desagüe (León Almenara, 2017). 1. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(13) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. La incorrecta forma de desechar estos residuos de aceite genera grandes problemas de salud y de contaminación de agua. Como es el caso del bloqueo de desagües por arrojar aceites de fritura en el lavadero; lo cual, a la vez daña las plantas de tratamiento de aguas residuales y aumenta los costos de procesamiento (Sanli et al., 2011). Tal es el caso señalado por Sedapal, el cual menciona que para Lima, los. ica. sistemas de tratamiento de aguas residuales (PTAR), que deberían garantizar un. m. adecuado tratamiento de estas aguas antes de ser vertidas a los ríos y/o al mar, se. uí. ven afectados por el aceite residual arrojado a las redes de alcantarillado; el cual al. Q. llegar a las PTAR, una parte se adhiere a las paredes, deteriorando los equipos de. ía. limpieza y la otra permanece en la superficie del agua impidiendo el paso de. er. oxígeno. Por lo cual, según el represente de Sedapal, una vez por semana deben ir. ni. camiones a realizar mantenimiento a estas plantas, sacando alrededor de 15 TM. ge. entre el aceite que flota en la superficie y otros residuos. (León Almenara, 2017).. In. Por esta razón, muchos países desarrollados ya han establecido políticas que. ca. al., 2006).. de. penalizan la eliminación de aceites usados a través del drenaje de agua (Kulkarni et. te. En tal sentido, es necesaria una gestión adecuada de los aceites residuales que. io. minimice la degradación del medio ambiente y fomente una sociedad sostenible,. bl. siendo ideal un enfoque de gestión de residuos que busque la mínima generación. Bi. de estos y genere productos de valor agregado a la vez (Lee, Chua, Yeoh, & Ngoh, 2014).. Dentro de los productos de valor agregado, el aceite residual de frituras puede ser aprovechado como un sustrato alternativo y barato para la obtención de jabones industriales, ceras, velas, abono orgánico y biodiesel (Sanaguano, 2018; Sanli et al., 2011; Velázquez Martínez & Gómez Vázquez, 2010); así como también como 2 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(14) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. sustrato para la obtención de bioplásticos (Song, Jin Hwan, Che Ok Jeon, Mun Hwan Choi, 2008). Siendo este último el de mayor interés de estudio por surgir como solución a otro problema ambiental, como lo es la alta resistencia de los plásticos tradicionales a la biodegradación y su larga persistencia en el ecosistema. En ese sentido, anualmente se generan alrededor de 100 millones de toneladas de. ica. plásticos tradicionales, de los cuales en su mayoría (60% aproximadamente), son. m. arrojados al mar, almacenándose en las regiones oceánicas. Por otro lado, al tener. uí. los plásticos una larga persistencia en el ambiente, como una solución se optó por. Q. la incineración, pero además de ser una forma costosa de eliminar estos. ía. compuestos, resulta ser peligrosa, debido a que durante la inceneración, se liberan. er. químicos dañinos como el cloruro de hidrógeno y cianuro de hidrógeno (Atlas,. ni. 1993; Johnstone, 1990). A su vez, existen inconvenientes al reciclar estos plásticos,. ge. debido a su enorme variedad, lo cual dificulta su clasificación y restringe su. In. aplicación (Flechter, 1993; Johnstone, 1990). Por ello, la acumulación de residuos. de. plásticos en el ecosistema es un preocupante problema ambiental (Derraik, 2002;. ca. Thompson et al., 2004), por lo cual la producción de bioplásticos es de gran interés. te. por ser los sustitutos ideales y debido a su fácil degradación en el medio ambiente. io. (Gross, 2002).. bl. Los bioplásticos son polímeros naturales, altamente atractivos como sustitutos de. Bi. los plásticos tradicionales derivados del petróleo, ya que sus propiedades físicas y químicas son las mismas (Alias & Tan, 2005). Además, los bioplásticos son compatibles con los seres humanos y el medio ambiente, se obtienen de fuentes renovables y pueden ser degradados por varios microorganismos sin generar residuos contaminantes (Hankermeyer & Tjeerdema, 1986).. 3 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(15) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Entre los bioplásticos existentes se encuentran los poliésteres alifáticos, los polilácticos, los polisacáridos y los polihidroxialcanoatos (PHA) (Reddy, Ghai, Rashmi, & Kalia, 2003). Siendo estos últimos y sus derivados, los que son producidos mayormente por microorganismos (Kim & Lenz, 2001). Los PHAs producidos por microorganismos pueden tener una variedad de. ica. composiciones y estructuras dependiendo del tipo de microorganismo usado para. m. su producción, así como también la composición del medio de cultivo y las. uí. condiciones en que se lleva a cabo su crecimiento (Pérez Guevara, López Cuellar,. Q. & Gracida Rodríguez, 2009). Aproximadamente, más de 250 cepas bacterianas. ía. diferentes pueden producir PHA en diversas condiciones y con diferentes niveles. er. de calidad, rendimiento y eficiencia (Pollet & Avérous, 2011). En tal sentido,. ni. dependiendo de la cinética de acumulación de PHA, las bacterias se pueden dividir. ge. en dos grupos. El primer grupo está formado por bacterias que requieren la. In. limitación de algunos nutrientes. A este grupo pertenecen Ralstonia eutropha o. de. Pseudomonas oleovorans. En el segundo grupo encontramos a las bacterias que no. ca. dependen de la limitación nutricional a medida que acumulan PHA durante el. te. crecimiento celular, tal es el caso de Alcaligenes latus, A. vinelandii, Pseudomonas. io. putida, Pseudomonas aeruginosa 47T2 y r-E. Coli. (Fernández et al., 2005). Otra. bl. clasificación divide a las bacterias que sintetizan PHA en un grupo en el cual se. Bi. acumula PHA durante la fase de crecimiento estacionaria y el otro durante la fase de crecimiento. A este último grupo pertenecen la P. aeruginosa 47T2, P. oleovorans y P. putida (Haba et al., 2007)(Haba et al., 2007). De estos microorganismos la Pseudomonas sp. es uno de los más estudiados para la acumulación de PHAs, el cual produce 37,34 y 23,52% (p/p) de PHAs a partir de aceite de maíz y aceites para freír, respectivamente, produciendo generalmente 4. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(16) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. PHAs de longitud de cadena media (mcl) y a la vez PHAs y ramnolípidos simultáneamente cuando se somete a condiciones limitadas de nitrógeno (Song et al., 2008). En general, la acumulación de PHA es favorecida por la disponibilidad de una fuente de carbono adecuada y un suministro limitativo con macrocomponentes tales como nitrógeno, fosfato y oxígeno disuelto o. ica. microcomponentes tales como magnesio, sulfato, hierro, potasio, manganeso,. m. cobre, sodio cobalto, estaño y calcio (Koller, Atlić, Dias, Reiterer, & Braunegg,. uí. 2010).. Q. Existen diversas investigaciones en donde se ha logrado producir biopolímeros. ía. teniendo a los aceites residuales como fuente de carbono, así:. er. En 1998, Wong et al., reportó que el uso de sustratos residuales en P. oleovorans. ni. acumuló 38,9% de PHA de peso seco de células (DCW). Al mismo tiempo,. ge. Ralstonia eutropha acumuló el 80% de PHA de DCW cuando se utilizó aceite. In. residual de fritura (H. H. Wong et al., 1998).. de. Para Füchtenbusch et al. (2000), cuando se incubó P. aeruginosa 47T2 en aceite de. ca. fritura se acumuló 3,16 g/l de PHA (42,15% de DCW) (Füchtenbusch, Wullbrandt,. te. & Steinbüchel, 2000).. io. Según Vidal et al. (2001), la acumulación de PHA se distinguió en dos fases de. bl. acumulación (Vidal, Haba, Comas, & Manresa, 2001). La primera fase. Bi. correspondió al crecimiento exponencial la cual produjo la mayor parte de la PHA, la cual fue de 2,29 g/l (83,3%) y la segunda fase (de 24 a 47 h) al lento crecimiento celular, donde sólo se acumuló el 16,7% de PHA total (H. H. Wong et al., 1998).. Según Fernández et al. (2005), cuando se utilizó Pseudomonas aeruginosa 42A2, se logró degradar aceite residual de fritura generando una acumulación de PHA de 29,4% y 16,8% cuando se usó glucosa (Fernández et al., 2005). 5 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(17) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Haba et al. (2007), afirman que cuando se incubó la cepa Pseudomonas aeruginosa en cultivo sumergido con aceite residual de cocina (ARC), como fuente de carbono, esta cepa producía hasta 10 g/L de ramnolípidos extracelulares y simultáneamente acumuló 7,6 g/l de PHA (Haba et al., 2007). Según Song et al. (2008), se produjo hasta 37,34% (p/p) de PHA intracelular a partir. ica. de aceite de maíz. Y Pseudomonas sp. cepa DR2 acumuló hasta 23,52% (p/p) de. m. PHA (MCL) cuando se utilizó aceite vegetal de desecho (Song et al., 2008).. uí. Para Gamal et al. (2013), la fermentación en 2 litros en cultivos de alta densidad. Q. celular (0,64 g/L) a una velocidad de alimentación continua de 0,55 ml/l/h de aceite. ía. residual de fritura, registró el mayor contenido de polímero después de 54 h. er. (55,34%). La misma que a escala parcial (10L) aumentó el contenido de polímero. ni. en cultivos discontinuos en una etapa, en lotes de dos etapas y alta densidad celular. ge. en aproximadamente 12,3%; 5,8% y 11,3%, respectivamente, en comparación con. In. el obtenido en cultivo de fermentación de 2 L (Gamal et al., 2013).. de. Según Panchal (2016), la masa celular más alta encontrada usando octanoato sódico. ca. fue de 1,8 g/L, mientras que cuando se usó aceite de coco como materia prima a la. te. producción de nivel de matraz se observó una masa celular de 5,1 g/L. Por otra. io. parte, el rendimiento máximo de PHA de 60,5% de peso de células secas (DCW). bl. se alcanzó a nivel de matraz agitado usando aceite de coco en comparación con el. Bi. rendimiento de PHA de 35,1% de DCW obtenido usando octanoato sódico como única fuente de carbono (Panchal, 2016). En tal sentido, los aceites residuales de fritura son la propuesta ideal de fuente de carbono para la producción de PHA ya que son más baratos y producen mayor cantidad de PHA por gramo de fuente de carbono que los azúcares. Por ejemplo, se ha reportado entre 0,3 y 0,4 g de PHA por gramo de glucosa. Mientras que, los 6. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(18) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. aceites vegetales producen entre 0,6 y 0,8 g de PHA por gramo de aceite. Por lo cual, esta producción podría atribuirse al mayor contenido de carbono por unidad de masa de los aceites vegetales en comparación con los azúcares (Chee et al., 2010). Por otro lado, existen investigadores que difieren sobre la selección de una fuente. ica. de nitrógeno adecuada para mejorar la producción de PHA, siendo así que Haba. m. (2007) señala que la acumulación de PHA con urea, como fuente alternativa de. uí. nitrógeno, es mayor que al utilizar nitrato de sodio, alcanzando valores de hasta. Q. 4,35 g/L. (Haba et al., 2007). Mientras que, Chanasit (2009) investigó el efecto del. ía. sulfato de amonio, nitrato de amonio y de la urea, para el crecimiento bacteriano y. er. la producción de PHA, concluyendo que la mejor fuente de nitrógeno probada fue. ni. el sulfato de amonio (Chanasit, Hodgson, Sudesh, & Umsakul, 2016), debido a esto. ge. se considera esencial determinar la fuente de nitrógeno adecuada para cepas. In. aisladas de ambientes nuevos.. de. Por este motivo, el presente trabajo se centrará en examinar la degradación de aceite. ca. residual de frituras utilizando dos tipos de fuentes de nitrógeno para producir PHAs. te. con Pseudomonas sp., aisladas de suelo de la Empresa Papelera Trupal.. io. 1.2. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL. bl. En la actualidad, una de las actividades de mayor importancia dentro de la sociedad. Bi. es la producción de alimentos para la población, lo cual conlleva al diseño de diferentes procesos para su preparación, tanto a nivel del hogar, como a gran escala en los múltiples establecimientos de comida rápida y restaurantes (Wei, Zheng, Zhao, Jiang, & Zhou, 2013). En estos lugares se utilizan numerosos insumos básicos para la preparación de los alimentos, uno de los cuales es el aceite. 7. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(19) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.2.1.. ACEITES Y GRASAS Los aceites son productos de origen vegetal o animal, cuyos componentes principales son el glicerol y triésteres de ácidos grasos y se les denomina como “triglicéridos”. Un aceite puede estar formado por un solo tipo de triglicérido, o por una mezcla de triglicéridos. Si esta mezcla es sólida, o de. ica. consistencia pastosa, a temperatura ambiente (20°C), se trata de una “grasa”.. m. Por el contrario, si es líquida a temperatura ambiente, es un “aceite”. De esta. uí. forma, grasas y aceites son químicamente lo mismo, pero con apariencia. ge. ni. er. ía. Q. física diferente (Agüero, García, & Catalán, 2015).. In. Figura 1: Estructura básica de los triglicéridos.. de. Fuente: Infoagro Systems, S.L., 2018. Los Lípidos. [Figura]. Recuperado de: http://www.infocarne.com/ovino/lipidos.asp. ca. 1.2.2. ACEITES VEGETALES. io. te. Los aceites vegetales son compuestos estructurales conocidos como ácidos. bl. grasos obtenidos de diversas plantas, que suelen poseer cadenas largas (16-. Bi. 24 carbonos), donde suele predominar los ácidos palmítico, oleico y linoleico y con una o varias insaturaciones, lo cual hace que estos compuestos sean líquidos con un elevado punto de ebullición (Thomas, 2012). Existen aceites vegetales provenientes de semillas, como lo son el aceite de canola, de maíz o de girasol que son extraídos a partir de la semilla de estas plantas; además, también existen aceites vegetales cuyo origen proviene de. 8 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(20) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. frutos como la oliva, el aguacate o la palma de aceite, tal como se muestra en la tabla 1. Por otro lado, los aceites vegetales se suelen usar como fuente de calor para la cocción y fritura de alimentos, siendo de gran importancia dentro de ellos. El aceite de palma, está ubicado en el primer lugar de consumo a nivel. ica. mundial con más de 42 millones de toneladas, seguido de cerca por el aceite. m. de soja en segundo lugar y el aceite de colza y girasol en tercer lugar, dos de. uí. los aceites más prestigiados en el mundo. (Murcia, 2010). Q. En el Perú la producción de aceites vegetales se centra en la Provincia. ía. Metropolitana del Callao, alcanzando producciones anuales de 200 003. er. toneladas, según encuesta realizada en el año 2016 (MINAGRI, 2017). Estas. ni. producciones son destinadas con fines alimentarios y/o de exportación, siendo. ge. la mayoría utilizados en la preparación de alimentos como medio para fritura. In. de los mismos, proceso en el cual se da la generación de aceites residuales de. Bi. bl. io. te. ca. de. fritura (MINAGRI, 2017).. 9 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(21) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ica. Tabla 1. Nro de Aceite de Nro Enlaces semilla de Carbonos Dobles algodón. Aceite de maní. Aceite de coco. Aceite de Linaza. Aceite de semilla de palma. Aceite de oliva. Aceite de colza (bajo Aceite de C22, LEAR, palma Canola). Aceite de Aceite de Aceite de colza (Rico castor soya en C22). Q. Acido Graso (Nombre común). uí m. Composición de ácidos grasos de aceites y grasas importantes. Aceite de Aceite de girasol girasol Aceite de (Rico en HOSO Sardina C18:2) (Rico C18:1). Grasa vacuna. C6. 0. 0-1. tr. Acido caprilico. C8. 0. 5 - 10. 3-6. Acido caprico. C10. 0. 5 - 10. 3-5. Acido laurico. C12. 0. 45 - 53. 40 - 52. Acido miristico. C14. 0. 0-2. 0-1. 15 - 21. tr. 14 - 18. 0-1. 0-2. 0-2. 0-1. tr. tr. 4-6. 1-6. Acido palmitico. C16. 0. 17 - 29. 6 - 16. 7 - 11. 5-8. 6 - 10. 7 - 16. 1-5. 38 - 48. 2-3. 2-5. 7 - 12. 3 - 10. 3-5. 9 - 11. 20 - 37. Acido estearico. C18. 0. 1-4. 1-7. 2-4. 2-4. 1-4. 1-3. 1-3. 3-6. 2-3. 0-3. 2-3. 1 - 10. 3-5. 1-3. 15 - 30. Acido araquidonico. C20. 0. 0-1. 1-3. 0-1. 0-1. 0-1. 0-2. 0-3. 0-1. Acido beenico. C22. 0. tr. 2-5. 0-1. tr. 0-1. Acido palmitoleico. C16. 1. 0-2. 0-1. Acido oleico. C18. 1. 13 - 44. 36 - 72. Acido gadoleico. C20. 1. tr. 0-2. Acido erúcico. C22. 1. Acido ricinoleico. C18. 1. Acido linoleico. C18. 2. Acido linolenico. C18. 3. Acido graso poliinsaturados. C20. 2-6. Acido graso poliinsaturados. C22. 3-6. 13 - 45. 1-3. 0-1. 85 - 102. 190 - 198. 188 - 195. ni. ge In. 12 - 16. 9 - 16. 1-3. 50 - 60. ca. 96 - 112. Indice de saponificación. 15 - 25. 65 - 85. 0-1. tr 1-2. tr. tr. 0-1. 0-1. 10 - 15. 1-9. 11 - 24. 20 - 30. 18 - 28. 82 - 86. 15 - 25. 20 - 50. 1-3. 5 - 12. 0-1. tr. tr. 0-5. 40 - 55. 50 - 66. 38 - 44. 4-9. tr. 80 - 87 4 - 15. 15 - 30. 0-1. 6 - 13. 9 - 12. 2-7. 11 - 29. 45 - 58. 60 - 68. 4-7. 3-8. 0-5. 6 - 13. 4 - 10. 0-1. 0-1. 1-3. 0-3. 15 - 30. tr. 15 - 20. 8 - 12. 160 - 200. 14 - 23. 80 - 88. 105 - 120. 44 - 54. 81 - 91. 95 - 108. 120 - 140. 120 - 140. 85 - 90. 170 - 193. 35 - 55. 250 - 264. 188 - 195. 245 - 255. 188 - 196. 185 - 198. 194 - 206. 174 - 186. 170 - 180. 190 - 195. 186 - 194. 185 - 194. 189 - 193. 190 - 200. 20 - 28. 17 - 26. 5 - 15. 40 - 47. 13 - 16. 20 - 24. 16 - 20. 8 - 20. te. Indice de yodo. io. 30 - 36 26 - 32 20 - 24 19 - 21 *tr = trazas; no valores = no hay data en la literatura, debajo de la presición de la medición.. 39 - 43. bl. Titulación de acidos grasos °C. 6-8. de. 33 - 58. tr. er ía. Acido caproico. Bi. Fuente: Anneken, 2006. Fatty Acids. Ullmann’s Encyclopediaof Industrial Chemistry.. 10 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(22) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.2.3. ACEITES RESIDUALES DE FRITURA Los aceites residuales de fritura (ARF), también conocidos como aceites residuales de cocina (ARC) (Çetinkaya & Karaosmanoǧlu, 2005) o aceites comestibles residuales (ACR), son sustancias compuestas por materia vegetal o animal (ácidos grasos), que es usada durante el proceso de cocción (fritura). ica. o preparación de los alimentos y que ya no son apropiados para el consumo. m. humano (Gui, Lee, & Bhatia, 2008).. uí. Durante este proceso, el aceite actúa como agente de transmisión de calor para. Q. la cocción de los alimentos, alcanzando temperaturas entre 160 a 180 °C. ía. (Morales et al., 2016); donde se produce una acelerada y uniforme. er. penetración del calor, provocando una rápida elaboración de los alimentos;. ni. sin embargo debido a las altas temperaturas, los aceites sufren complejos. ge. procesos de degradación (Sanaguano, 2018).. In. Estos procesos de degradación de los aceites, generan fenómenos físicos. de. como suelen ser la vaporización, formación de espuma y el cambio de. ca. coloración (Gertz, 2000); así como también, se generan fenómenos químicos. te. degradativos, ya que el aceite es expuesto al aire y a la humedad, llevándose. io. a cabo 3 reacciones esenciales de degradación (Sanli, Canakci, & Alptekin,. bl. 2011):. Bi.  Hidrolisis, que es causada por el contenido de agua de los alimentos a freír, produciendo ácidos grasos libres y mono – diglicéridos..  Oxidación, causada por el contacto con el oxígeno, donde los productos de reacción son oxidados a triglicéridos monoméricos, diméricos y oligoméricos y a materiales volátiles como aldehídos y cetonas.. 11 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(23) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación.  Polimerización, causada por las dos reacciones anteriores y las altas temperaturas, produciendo triglicéridos, diméricos y poliméricos, con estructura anillada. (Choe & Min, 2007) Estos procesos generan que los aceites ya no sean aptos para el consumo humano, generándose un residuo en grandes cantidades por restaurantes y. ica. centros de comida rápida. Siendo así que la producción más alta se le atribuye. m. a Estados Unidos, con una producción anual de 10 millones de toneladas;. uí. mientras que la producción más baja es de 153 mil toneladas anuales,. Q. atribuida a Irlanda (Azahar, Buajang, & Putra Jaya, 2016), según se detalla. ca. de. In. ge. ni. er. ía. en la Figura 2.. Cocina. io. te. Figura 2: Producción de Aceites Residuales de. Bi. bl. Fuente: Azahar et al, 2016. The potential of waste cooking oil as Bio-Asphalt for alternative binder – An Overview. [Figura].. Por otro lado, en el Perú, no existen datos exactos de la producción de ARF; sin embargo, tomando como referencia a Medina et al, quienes realizaron un cálculo de la generación de estos, para la ciudad de Piura y Castilla (Abad Medina et al., 2013) y extrapolando a la población actual en el Perú, la generación de los ARF alcanza valores de 0,57 millones de litros por día, los 12 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(24) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. cuales normalmente son vertidos a la red de alcantarillado sin un tratamiento previo(González Canal & González Ubierna, 2015), generando grandes problemas ambientales, económicos y de infraestructura (Panadare & Rathod, 2015). 1.2.4. IMPACTOS. GENERADORADOS. POR. LOS. ACEITES. ica. RESIDUALES DE FRITURA. m. Los aceites residuales de fritura generan una serie de problemas, debido a su. uí. mala disposición final, que afectan tanto a la infraestructura de tratamiento,. Q. al medio ambiente, así como también generan un fuerte gasto a la economía. Problemas Ambientales. er. 1.2.4.1.. ía. de los países. A continuación, describimos varios de estos problemas:. ni. Al ser los ARF de similares características que los aceites. ge. provenientes de hidrocarburos, su impacto en el medio ambiente es. In. similar a estos (Abdulla Petroleum CO. LTD., 2014). Siendo así que. de. pueden provocar la contaminación del suelo y de los cuerpos de agua,. ca. ya que el aceite que llega a estos aumenta la carga de contaminación. te. orgánica, formando capas en la superficie del agua que evitan el. Bi. bl. io. intercambio de oxígeno y altera el ecosistema (Guerrero, A., Guerrero-Romero, & Sierra, 2011; Kumar, Sushma, Chandrasagar, Raju, & Devi, 2017), generando procesos de eutrofización en lagos y. ríos (Azahar et al., 2016). Asimismo, tiene propiedades de ecotoxicidad, ya que al ser esparcidos en el suelo pueden contaminar y dañar a plantas y animales. (Sanli, Canakci, & Alptekin, 2011).. 13 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(25) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.2.4.2.. Problemas Económicos Los costos por intentar solucionar los problemas generados por la mala gestión de los ARF cada vez son mayores, debido al incremento de estos en la operación y mantenimiento de las Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales, ya que el contenido de aceite es. ica. elevado y su eliminación resulta difícil, requiriendo mayor tiempo de. m. tratamiento y mejores tecnologías, para convertirla en agua apta para. uí. reutilizarla en el ambiente (INTI, 2014). Estos costos pueden llegar a. Q. representar unas 700 veces más del costo de tratamiento de las aguas. ía. residuales de un habitante (González et al., 2015); incluso al asociar. er. el costo de la disposición de estos en restaurantes y locales de comida. ni. rápida, pueden incrementar hasta en un 150 % el costo, respecto a la. Problemas de Infraestructura. In. 1.2.4.3.. ge. compra de aceites. (ENVIROWISE, 2008).. de. Los ARF vertidos en la red de alcantarillado pueden solidificarse,. ca. provocando obstrucción y bloqueando las tuberías. A su vez pueden. te. ocasionar la corrosión de elementos metálicos y de estructuras de. Bi. bl. io. concreto (Panadare et al., 2015). Asimismo, la alta carga orgánica que llega a las plantas de tratamiento disminuye la efectividad de las mismas, siendo necesario redimensionar las mismas o ampliar el tiempo de tratamiento (INTI, 2014). Todos estos problemas, plantean un desafío significativo debido al inadecuado manejo de los ARF, razón por la cual surgen diversas investigaciones para su tratamiento.. 14 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(26) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.2.5. NORMATIVA LEGAL PARA EL TRATAMIENTO DE ACEITES RESIDUALES DE FRITURA En los últimos años, en el Perú se ha venido trabajando en normativas legales que permitan un mejor control, tratamiento y gestión de los residuos, entre ellos los aceites residuales de fritura. Cumpliendo lo establecido en la. ica. Constitución Política, la cual en el Art. 2°, establece que todos los seres. m. humanos tienen derecho a disfrutar de una óptima calidad de vida. Y además. uí. el Art. 68°, establece que el Estado peruano tiene el compromiso de cuidar el. Q. medio ambiente, lo cual incluye el cuidado tanto la diversidad biológica como. ía. de las áreas naturales protegidas.. er. Siendo así que, para poder cumplir con los derechos fundamentales de las. ni. personas, la salud y la protección del medio ambiente, el Estado instituye una. ge. serie de leyes y decretos, donde se señalan las responsabilidades de control,. In. gestión y fiscalización.. de. En este contexto, la Ley N° 28611, Ley General Del Ambiente, en su Art.. ca. 113°, establece que son objetivos de la gestión ambiental en materia de. te. calidad ambiental:. io. (...). Bi. bl. a) Preservar, conservar, mejorar y restaurar, según corresponda, la calidad del aire, el agua y los suelos y demás componentes del ambiente, identificando y controlando los factores de riesgo que la afecten.. b) Prevenir, controlar, restringir y evitar según sea el caso, actividades que generen efectos significativos, nocivos o peligrosos para el ambiente y sus componentes, en particular cuando ponen en riesgo la salud de las personas. 15 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(27) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Por su parte, la Ley Nº 26842, Ley General De Salud, en el Título Preliminar, señala que para conseguir el bienestar humano, la salud es de vital importancia y cómo esta es transversal a todas las personas, es responsabilidad del Estado regularla, vigilarla y promoverla. Por otro lado, la Ley N° 26338, Ley General de Servicios de Saneamiento, en. ica. su Art. 15°, señala que los usuarios son responsables de usar correctamente. m. estos servicios.. uí. En este sentido, los ARF son sustancias que pueden ocasionar diversos. Q. problemas, tal y como se señala en el apartado 1.2.4. de la presente tesis, los. ía. cuales pueden generar el incumplimiento de las leyes antes mencionadas, por. er. lo que para su adecuada gestión, el gobierno peruano, en el Art. 48° del. ni. Decreto Legislativo N° 1278, Decreto Legislativo que aprueba la Ley de. ge. Gestión Integral de Residuos Sólidos, establece que “la reutilización,. In. reciclado, compostaje y/o recuperación de los aceites, entre otros,. de. constituyen operaciones de valorización material.”. ca. Por otro lado, como una manera de adecuar a los establecimientos. te. generadores de estos aceites, la NTS N°142-MINSA/2018/DIGESA, Norma. io. Sanitaria para Restaurantes y Servicios Afines, establece que “las aguas. bl. residuales deben disponerse de forma sanitaria, considerando instalar. Bi. trampas de grasa y evitar la eliminación por el desagüe de aceites usados; asegurando mantener los puntos de evacuación protegidas contra vectores, reflujos y rebose. A su vez, establece que el recojo de aceites usados debe ser realizado por las municipalidades o empresas especializadas, de no contar con el servicio debe implementarlo”. 16 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(28) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Por todo lo anteriormente mencionado, surge la necesidad de realizar un manejo adecuado de lo ARF y con ello reutilizar estos aceites, generando una valorización material. 1.2.6. APLICACIONES DE LOS ACEITES RESIDUALES DE FRITURA Los aceites residuales de fritura, debido a los procesos fisicoquímicos por los. ica. que pasan, ya no son aptos para el consumo humano (Gui, Lee, & Bhatia,. m. 2008); por lo cual se han investigado diversas tecnologías para su tratamiento. uí. y disposición final, generando una serie de usos alternativos (Panadare et al.,. Producción de Jabones. ía. 1.2.6.1.. Q. 2015).. er. Uno de los posibles usos para los ARF, es la producción de jabón o. ni. detergente, el cual puede ser empleado para el lavado de platos o ropa,. ge. así como para la limpieza de la casa y vehículos. Este tipo de jabones. In. de baja calidad se pueden obtener directamente por métodos de. de. saponificación, es decir, una reacción con un hidróxido alcalino. ca. (aprox. 1 – 5%) o con borosilicato de sodio (Panadare et al., 2015).. te. Sin embargo, la producción de jabón ha sido limitada, debido a los. io. problemas a la salud que pueden causar (Sanli et al., 2011).. Bi. bl. 1.2.6.2.. Producción de alimentos para animales Los aceites son componentes esenciales de la dieta animal que sirven como una fuente de energía y de algunos ácidos grasos esenciales no sintetizados por los animales (Panadare et al., 2015); por lo que, al ser los ARF normalmente desechados, esta alternativa se vuelve atractiva. Sin embargo, la comisión europea y numerosos países han limitado el uso de este producto, ya que puede contener compuestos cancerígenos 17. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(29) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. como acrilamidas, dioxinas, que pueden afectar no solo la salud animal, sino la salud de las personas como consumidores finales (Division of Environmental Health, 2016; Supple, Howard-hildige, Gonzalez-gomez, & Leahy, 2002). 1.2.6.3.. Producción de Energía. ica. Se ha investigado el empleo de los ARF, como fuente de energía. m. usando diversos métodos, como uso directo de combustible (Diesel,. uí. 1912; Kuligowski, Carrión, Quintás, Garrigues, & De La Guardia,. Q. 2012), aún cuando tienen ciertas desventajas que se han venido. ía. solucionando durante el tiempo (Amit Sarin, 2012). Asimismo, se usa. er. los ARF como fuente para la producción de hidrogeno mediante. ni. procesos de reformado catalítico (French & Czernik, 2003).. ge. Por otro lado, dentro de las investigaciones más actuales la conversión. In. de los ARF en biodiesel es una de las que más se está trabajando. Para. de. lograr esto se realiza un proceso de transesterificación de los ácidos. ca. grasos para producir mono ésteres. Este biodiesel suele presentar. te. muchas ventajas, entre las que sobresalen su biodegradabilidad y. Bi. bl. io. reducción en las emisiones de escape (Çetinkaya et al., 2005).. Asimismo, para más detalle, Kumar et al. (2017), realizó una revisión de la producción, potencial, caracterización, desempeño del motor y emisión de gases del biodiesel producido a partir de aceites residuales de fritura (Kumar et al., 2017). Otra de las formas de generación de energía es la investigada por Bossche, A.V.D et al (2009), que trabajan en la generación de calor y energía, mencionando que puede ser una de aplicaciones más 18. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(30) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. prometedoras para la generación de electricidad. El proceso se basa en el ciclo orgánico de Rankine, en el que están implicadas las fases líquida y gaseosa (Panadare et al., 2015). 1.2.6.4.. Producción de diversos compuestos de síntesis Los ARF resultan atractivos como una materia prima de bajo costo. ica. para producción de diversos compuestos con valor agregado. Entre los. m. productos que se pueden obtener está la elaboración de resinas. uí. alquídicas, las cuales se pueden aplicar como recubrimiento en. Q. pinturas, tintas, esmaltes, barnices y lacas (Shogren, Petrovic, Liu, &. ía. Erhan, 2004).. er. Así también, se ha evaluado su uso para la generación de aceite. ni. pirolítico, combinándose con residuos plásticos y aceites de. ge. lubricantes (Singhabhandhu & Tezuka, 2010). Además debido a sus. In. propiedades similares a los lubricantes de petróleo, se evaluó su uso. de. como “lubricante biológico” (esteres de octilo), en los cuales el ARF. ca. es un candidato idóneo debido a su bajo costo, alta disponibilidad y. te. ser ecológicos en su proceso (Chowdhury, Mitra, & Biswas, 2013).. Bi. bl. io. De igual forma, se investigó el uso de los ARF como material de partida para la producción de epóxidos, que en una posterior reacción con polioles o lignatos, puede generar una nueva forma de poliuretanos, que son espumas poliméricas que al ser producidas de esta manera reducen su efecto en el ambiente (Panadare et al., 2015).. 1.2.6.5.. Producción de diversos compuestos de biosíntesis La degradación biológica de ARF, se viene desarrollando de manera efectiva durante los últimos años, debido a que estos son fácilmente 19. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(31) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. degradados por diversos microorganismos, los cuales a su vez producen diferentes compuestos con valor agregado (Papanikolaou et al., 2011). Entre estos compuestos tenemos a la riboflavina (vitamina B2), que puede ser producida a partir de ARF por A. Gossypii, un hongo filamentoso con capacidad de degradar estos aceites y que. ica. actualmente todavía se usa para la producción de riboflavina a gran. m. escala (Wei, Zheng, Zhao, Jiang, & Zhou, 2013).. uí. Otros de estos compuestos son los ramnolipidos biosurfactantes, que. Q. son compuestos capaces de reducir la tensión interfacial y de la. ía. superficie entre líquidos, sólidos y gases (Kim et al., 1999) y son. er. producidos por Pseudomonas aeruginosa, que usa los ARF como. ni. sustrato para la producción (George & Jayachandran, 2009).. ge. De igual forma, se tiene a los polihidroxialcanoatos (PHA), que son el. In. único grupo de bioplástico sensu stricto de gran importancia a nivel. de. mundial, debido a su uso como sustituto de los plásticos tradicionales. ca. (Koller & Braunegg, 2018). Los ARF pueden ser usados como. te. sustrato de diversos microorganismos, que tienen la capacidad de. Bi. bl. io. degradar. estos. aceites. y producir. PHA.. Siendo. así. que. microorganismos tales como Pseudomonas aeruginosa (Chan, Yu, Wai, & Yu, 2006), Pseudomonas oleovorans (Füchtenbusch, Wullbrandt, & Steinbüchel, 2000), Cupriavidus necátor (Obruca, Marova, Snajdar, Mravcova, & Svoboda, 2010), entre otros, fueron utilizados exitosamente para la degradación de ARF y producción de PHA.. 20 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(32) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.2.7. POLIHIDROXIALCANOATOS Los polihidroxialcanoatos (PHA) son uno de los principales candidatos para reemplazar los poliésteres derivados del petróleo, debido a sus extraordinarias propiedades y a su amplia gama de masas moleculares de 1x104 a 1x106 uma (Chen, 2010).. ica. Además, son poliésteres biológicos de alta masa molecular sintetizados en. m. muchos organismos vivos, que se componen de unidades monoméricas de 3-. uí. hidroxiácido y existen como un pequeño número de gránulos citoplásmicos. Q. por célula (Anderson & Dawes, 1990).. ía. Sus propiedades cubren una amplia gama de materiales como el polipropileno. er. y los materiales elastoméricos (Williams, Martin, Horowitz, & Peoples,. ni. 1999). Las propiedades de los plásticos convencionales y de los PHA se. ge. pueden adaptar, según se desee, desde materiales de empaque hasta materiales. In. altamente elásticos como los revestimientos; sin embargo, los PHA tienen la. de. ventaja de ser biodegradables y de ser producidos a partir de fuentes que son. ca. renovables, por lo que, en los últimos años, han ganado una gran importancia. te. para los investigadores, debido a su diversidad estructural y estrecha analogía. Bi. bl. io. con los plásticos (Reddy et al., 2003).. Figura 3: Estructura general de los PHA Fuente: Gonzáles, 2013. Síntesis y Biodegradación de Polihidroxialcanoatos: Plásticos de origen microbiano.. 21 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(33) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Tabla 2 Ejemplos de nomenclatura de PHA y símbolos según la longitud y posición de la cadena lateral (R). R. Nombre del polímero. Símbolo. 1. Hidrógeno. Poli (3-hidroxipropionato). PHP. Metil. Poli (3-hidroxibutirato). P3HB. 2. Hidrógeno. Poli (4-hidroxibutirato). P4HB. 3. Hidrógeno. Poli (5-hidroxivalerato). ica. N. P5HV. m. Fuente: Gonzáles, 2013. Síntesis y Biodegradación de Polihidroxialcanoatos:. Q. uí. Plásticos de origen microbiano. [Figura].. ía. Los polihidroxialcanoatos (PHA) se dividen en dos grupos según el número. er. de constituyentes de átomos de carbono en sus unidades monoméricas: PHA. ni. de longitud de cadena corta (SCL) y PHA de longitud de cadena media. ge. (MCL). El primero consta de monómeros de 3 a 5 átomos de carbono y el. In. último contiene monómeros de 6 a 14 átomos de carbono (Anderson et al.,. Bi. bl. io. te. ca. de. 1990).. Figura 4: (a) Formula molecular general de los PHAs. Normalmente, x = 1 - 8, y n varía de 100 a 1000 s. (b) Algunos monómeros de PHA de longitud de cadena corta (SCL-HA) y monómeros de PHA de longitud de cadena media (MCL-HA). Fuente: Zibiao, 2016. Polyhydroxyalkanoates: opening doors for a sustainable future. [Figura].. 22 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(34) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Los PHA SCL son rígidos y quebradizos con un alto grado de cristalinidad, mientras que los PHA MCL son flexibles, tienen baja cristalinidad, resistencia. uí. m. ica. a la tracción y punto de fusión (HOLMES, 1988).. Q. Figura 5: Estructuras químicas de los dos grupos principales de PHA producidos naturalmente. Rehm,. 2018.. Polyhydroxyalkanoates.. ía. Fuente:. er. Recuperado. [Figura].. ni. de:http://lipidlibrary.aocs.org/Biochemistry/content.cfm?ItemNu. ge. mber=41298. In. Tabla 3. de. Propiedades de los dos grupos principales de PHA producidos naturalmente. ca. Propiedades. te. Tm (°C). io. Tg (°C). bl. Cristalidad (%). Bi. Fractura de elongación (%). Fuente:. Rehm,. 2018.. SCL-PHA. MCL-PHA. PP. 177. 61. 176. 2. -36. -10. 70. 30. 60. 5. 300. 400. Polyhydroxyalkanoates.. [Figura].. Recuperado. de:. http://lipidlibrary.aocs.org/Biochemistry/content.cfm?ItemNumber=41298. Por otro lado, según lo señalado por Anbreen Anjum et al (2016), existen tres vías biosintéticas de PHA conocidas (Fig. 6). La composición del monómero está relacionada con la fuente de carbono utilizada. La vía I es la más conocida entre las vías biosintéticas de PHA utilizada por C. necator; en esta ruta, los 23 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(35) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. monómeros 3HB se generan por la condensación de dos moléculas de acetilCoA del ciclo del ácido tricarboxílico (TCA) para formar acetoacetil-CoA por la enzima B-Cetotiolasa. La acetoacetil-CoA reductasa actúa sobre la acetoacetil-CoA para formar 3-hidroxibutiril-CoA. Finalmente, la enzima PHA sintasa cataliza la polimerización a través de la esterificación de 3 en. poli(3-hidroxibutirato). (P. (3HB)).. Las. vías. ica. hidroxibutiril-CoA. m. involucradas en el metabolismo de los ácidos grasos generan diferentes. uí. monómeros de hidroxialcanoatos, utilizados en la biosíntesis de PHA. La vía. Q. II genera subestratos por la B-oxidación de ácidos grasos que pueden. ía. polimerizarse por las enzimas de PHAsintasas de las Pseudomonas que. er. pertenecen al grupo I de homología del ARN ribosomal, como Pseudomonas. ni. aeruginosa. En A. caviae, en la B-oxidación intermedia, la trans-2-enoil-CoA. ge. se convierte en (R)-hidroxiacil-CoA mediante una (R)-específica enoil-CoA. In. hidratasa. La vía III es de gran interés porque ayuda a generar monómeros. de. para la síntesis de PHA a partir de fuentes de carbono estructuralmente no. ca. relacionadas y simples, como la glucosa, la sacarosa y la fructosa (Anjum et. Bi. bl. io. te. al., 2016).. 24 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(36) ni. er. ía. Q. uí. m. ica. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Figura 6: Vías biosintéticas de PHA. Rehm,. 2018.. Polyhydroxyalkanoates.. ge. Fuente:. [Figura].. Recuperado. de:. In. http://lipidlibrary.aocs.org/Biochemistry/content.cfm?ItemNumber=41298.. de. Sin embargo, a pesar de las muchas propiedades satisfactorias de los PHA, sus aplicaciones comerciales se han visto limitadas por su alto precio, sobre. ca. todo debido a las fuentes de carbono utilizadas (Kahar, Tsuge, Taguchi, &. io. te. Doi, 2004). Por esta razón, diversos investigadores han propuesto una amplia. bl. gama de fuentes de carbono, cepas bacterianas, condiciones de fermentación. Bi. y métodos de recuperación para obtener una producción de PHA que sea económicamente más atractiva y rentable (Raza, Abid, & Banat, 2018). A nivel mundial, existen diferentes investigaciones sobre la producción de PHA utilizando diversos residuos reaprovechables como materias primas. De. esta manera, Wong et al. 2004, 2005 utilizó residuos de soja, residuos de leche y residuos de vinagre para producir PHB empleando las bacterias Alcaligenes. 25 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.