“EVALUACION DE LAS CONCENTRACIONES DE METALES PESADOS
PARA DETERMINAR LA CALIDAD DE FRUTAS DE CONSUMO MASIVO EN
LA CIUDAD DE PIURA”
E. L. Calderon
1y R. Concha
21y 2Departamento Académico de Ingeniería Química - Universidad Nacional de Piura
RESUMEN
La población de la ciudad de Piura consume productos frutícolas como parte de su dieta diaria. Por lo tanto fue necesario hacer una evaluación de la concentración de algunos metales pesados (arsénico, cadmio, cromo, mercurio, plomo, etc.) en los frutos de consumo, ya que las plantas son sistemas captadores de estos metales.
Las pequeñas cantidades de los metales pesados sobretodo dentro de las plantas, las cuales los absorben vía raíces o vía foliar procedente del medio ambiente (suelo, aire, agua) pueden ser consideradas como peligrosas.
El contenido de metales pesados fue determinado en el Laboratorio de Química de la Universidad Nacional de Piura, utilizando el método instrumental de Espectrofotometría de Absorción Atómica. Los resultados obtenidos se compararon con los límites máximos permisibles dados por los organismos internacionales. Las muestras analizadas dieron como resultado niveles bajos de concentración de estos metales. Sin embargo se debe tener en cuenta que cuando se habla de metales pesados las pequeñas cantidades pueden ser consideradas como peligrosas, dada la bioacumulabilidad de los mismos sobretodo si hablamos de los metales pesados tóxicos como el plomo, arsénico y cadmio.
Palabras Claves: metales pesados, sistemas captadores, bioacumulabilidad. ABSTRACT
The population of the city of Piura consumed fruit products as part of your daily diet. Therefore it was necessary to evaluate the concentration of some heavy metals (arsenic, cadmium, chromium, mercury, lead, etc.) At the fruits of consumption, since
Small amounts of heavy metals especially in plants, which are absorbed through roots or by foliar from the environment (soil, air, water) can be regarded as dangerous. The content of heavy metals was determined in the Laboratory of Chemistry, National University of Piura, using the instrumental method of atomic absorption spectrophotometry. The results were compared with the maximum permissible limits given by international agencies. The samples resulted in low concentrations of these metals. However, it should be noted that when talking about small quantities heavy metals can be considered as dangerous, given the bioaccumulability of them especially if we talk about toxic heavy metals like lead, arsenic and cadmium.
Keywords: heavy metals, sensors systems, bioaccumulative
INTRODUCCIÓN
Los metales pesados han venido siendo usados, sobre todo en los últimos 100 años, de una manera excesiva para múltiples usos de todo tipo; este incremento se ha visto evidenciado en aumentos en la composición basal de estos elementos dentro de la naturaleza.
Mucho se ha hablado de la bioacumulabilidad de los metales pesados sobretodo dentro de las plantas, las cuales los absorben vía raíces o vía foliar procedente del medio ambiente (suelo, aire, agua).
Las plantas más expuestas indudablemente son las que poseen una área foliar muy amplia y aquellas de tallo corto, como es el caso de las hortalizas, las
cuales no alcanzan ni el metro de altura lo que las hace más susceptibles a la absorción de estos elementos procedentes del suelo.
Muchas de las hortalizas producidas (por no decir la totalidad) son destinadas para el consumo humano ya sea de forma cruda o cocida y no se conoce los noveles reales de contaminantes sobretodo del tipo metales pesados que podríamos estar ingiriendo con este tipo de alimento.
Por ende el presente trabajo pretende despejar toda duda a cerca de este hecho de allí que se justifique su ejecución.
Fuentes de Metales Pesados:
La agricultura constituye una muy importante fuente no puntual de metales, contribuyen significativamente a su concentración en los suelos en muchas partes del mundo en especial en regiones de agricultura extensiva. Las más importantes fuentes relacionadas con la agricultura se encuentran en la siguiente figura.
FIGURA N º 1: FUENTES DE METALES PESADOS RELACIONADAS CON LA AGRICULTURA
FUENTES AGRICOLAS DE METALES PESADOS
Impurezas en fertilizantes (Cd, Cr, Mo, Pb, Zn)
Lodos de aguas residuales (Cd, Ni, Cu, Pb, Zn y otros ) Estiercol (Cu, As, Zn)
Compost derivado de Basura (Cd, Cu, Ni, Pb, Zn) Desecantes (As)
Pesticidas (Cu, As, Hg, Pb, Mn, Zn)
Preservantes de madera (As, Cu, Cr) Corrosión de objetos metalicos (Zn, Cd)
Fuente: Alloway B.J. (1995)
Los cultivos en nuestro país utilizan regularmente fertilizantes y/o guano (excremento de animales como: cabra, vaca, aves) y en pocos casos se usa el compost (derivado de desechos vegetales) en el manejo de los mismos. Estos insumos agrícolas pueden ser fuentes potenciales de metales en cantidades apreciables. Se debe considerar aquellos insumos que acidifican el suelo, como por ejemplo los superfosfatos, ya que esto facilita la movilidad y bioviabilidad de los metales pesados.
- Lodos de aguas residuales Estos lodos son el resultado del tratamiento de aguas residuales, ya sean
domestica e industriales, y que se extraen de las lagunas de estabilización. Estos lodos se producen en grandes cantidades por todo el mundo.
Estos lodos dada su procedencia, materia orgánica, son ricos en nutrientes para la planta, pero se han determinado en diferentes partes del mundo que contienen metales pesados en cantidades considerables.
CUADRO N º 1 : RANGOS TIPICOS DE CONCENTRACION DE METALES PESADOS EN LODOS DE AGUAS
RESIDUALES
METAL MINIMO(*) MAXIMO(*) LMP(**)
UE USA Ag 1 960 ---- ---- As 3 30 ---- ---- Cd < 1 3410 20 – 40 85 Co 1 260 ---- ---- Cr 8 40600 600 3000 Cu 50 8000 1000 – 1750 4300 Hg 0.1 55 16 – 25 57 Mn 60 3900 ---- ---- Mo 1 40 ---- ---- Ni 6 5300 300 – 400 420 Pb 29 3600 750 – 1200 840 Sb 3 44 ---- ---- Se 1 10 ---- ---- Zn 91 49000 2500 – 4000 7500
(*) Valores máximos y mínimos encontrados en diferentes estudios en el mundo
(**) Limites máximos permisibles en la Unión Europea y Estados Unidos
Fuente: Alloway B.J. et. al. (1995) Elaborado por: Alloway B.J. et. al. (1995)
El problema de los metales en las aguas residuales deriva de la no separación de las aguas residuales domésticas y de las aguas residuales industriales, por lo que esta agua se sobrecargan de estos componentes sobretodo donde existen
industrias generadoras de este tipo de contaminantes.
- Quema de combustibles fósiles En general, la quema de combustibles fósiles resulta en la deposición de un amplio rango de metales pesados, los cuales pueden incluir. Pb, Cd, Cr, Zn, As, Sb, Se, Ba, Cu, Mn y V, sobre una amplia área. No todos estos elementos están en concentraciones significativas en los combustibles fósiles. Los metales contenidos en el petróleo y sus derivados son emitidos al medio ambiente durante la combustión en forma de partículas aerotransportadas o acumuladas en las cenizas, las cuales pueden migrar y contaminar suelo o agua, o pueden ser lixiviadas in situ. (Alloway B.J. 1995)
La combustión de gasolinas que contienen aditivos de plomo han sido las fuentes más importantes de metales en el medio ambiente, según Albert (1999) más del 50 % de la producción mundial de plomo es utilizada en la industria automotriz (para la fabricación de baterías) y la producción de compuestos antidetonantes derivados del tetra etilo.
Capacidad de Retención de Metales Pesados en el Suelo.
Los metales pueden llegar a la planta ya sea del suelo, del agua de riego o del aire. La planta tiene básicamente dos
vías de comunicación con el medio ambiente la primera y la de mayor importancia, dado que es por esta que la planta recibe la mayor parte de los nutrientes necesarios para su desarrollo, es el suelo. En segundo lugar se encuentra la atmósfera, que es por donde recibe algunos nutrientes, la radiación solar, etc.
La planta se comunica con el suelo a través de la raíz, específicamente por una capa superficial llamada rizosfera (1 – 2 mm), que es una parte muy activa desde el punto de vista biológico. Es a través de esta capa que la planta absorbe tanto los nutrientes como los contaminantes que se encuentran disponibles en la solución del suelo.
La comunicación de la planta con la atmósfera se realiza mediante las hojas, exactamente a través de las estomas, que son diminutos conductos por los que se realiza un intercambio tanto de la planta hacia la atmósfera como de la atmósfera hacia la planta.
Con respecto a la relación suelo agrícola – planta – metales pesados, es importante conocer que es en la primera capa del suelo, la capa arable (“topsoil” o también llamado Horizonte Ap) la de interés en el caso del estudio de la relación suelo– planta en general, debido a que es en esta capa donde se encuentran la mayor proporción de la masa total de la raíz de las
plantas, que como se dijo anteriormente, es por donde estos dos elementos se intercomunican.
Por otro lado en la solución del suelo se pueden encontrar elementos de todo tipo relacionados con las necesidades de la planta, es así que encontramos: nutrientes mayores, nutrientes menores, esenciales para algunas especies (los tres tipos son los esenciales) y elementos no esenciales o potencialmente tóxicos.
El cobre y el zinc son elementos esenciales para la planta (nutrientes menores), mientras que el cadmio, plomo y arsénico son elementos no esenciales y potencialmente tóxicos.
Los factores que son los que afectan las cantidades de metales absorbidos por las plantas son: la concentración y tipo de metal que se encuentra en la solución del suelo, el transporte desde la superficie de la raíz hasta la raíz misma (a través de la rizosfera) y su translocación de la raíz a los brotes de la planta. La absorción de los metales pesados por la planta puede ser pasiva o activa o la combinación de ambas. La pasiva (no metabólica) involucra difusión de iones de la solución del suelo hacia la endodermis de la raíz. La activa tiene lugar en contra del gradiente de concentración por lo que requiere energía metabólica y puede por lo tanto ser inhibida por toxinas.
Evidentemente dadas las condiciones de dispersión de los metales existirán diferentes coeficientes de transferencia del suelo hacia la planta, pero en general en el Cuadro N º 2 se muestran rangos de coeficientes de transferencia para algunos de los metales pesados.
CUADRO N º 2 : COEFICIENTES DE TRANSFERENCIA DE METALES PESADOS DEL SUELO A LA PLANTA
ELEMENTO TRANSFERENCIA SUELO - COEFICIENTE DE PLANTA Cd 1 – 10 Co 0.01 – 0.1 Cr 0.01 – 0.1 Cu 0.1 – 10 Hg 0.01 – 0.1 Ni 0.1 – 1.0 Pb 0.01 – 0.1 Tl 1 – 10 Zn 1 – 10 As 0.01 – 0.1 Be 0.01 – 0.1 Se 0.1 – 10 Sn 0.01 – 0.1 Fuente: Alloway B.J (1995) Niveles Máximos Permisibles de Metales Pesados en Frutas de Consumo Masivo
En la legislación para el contenido de metales pesados en frutas, se han encontrado niveles máximos de estos metales que servirán como referencia para el estudio.
CUADRO N º 3: VALORES MAXIMOS DE METALES PESADOS PARA PULPA DE FRUTAS
COMPUESTO VALOR MAXIMO (ppm) Arsénico 0.1 Plomo 0.2 Cobre 5.0 Zinc 5.0 Fierro 5.0 Estaño 1.0 Mercurio 0.01 Cadmio 0.02 Fuente: AIJN, 1996
II.- DESCRIPCIÓN DEL AREA DE ESTUDIO
2.1.- UBICACION DEL AREA DE ESTUDIO
El estudio se encuentra centrado en la ciudad de Piura, específicamente en las frutas comercializadas en el Mercado Central de Abastos de Piura, Ubicada en las intersecciones de las calles Sullana y Málaga de Piura. En este mercado se concentra la comercialización de frutas, hortaliza, cereales, etc.
MATERIALES Y METODOS
MUESTREO Y PREPARACION DE
MUESTRAS.
El muestreo se realizó directamente en el mercado mayorista, ubicado en la parte posterior del Mercado Modelo de Piura. Se tomaran muestras de las 10 principales frutas (las más comercializadas). El muestreo fue completamente al aleatorio. Fueron 5 las muestras tomadas y el resultado final es el promedio de estas. Las frutas muestreadas fueron:
CUADRO N° 4 : FRUTAS ANALIZADAS
FRUTAS TIPO PROCEDENCIA
Platano Fruto Chulucanas
Mango Fruto Chulucanas
Papaya Fruto Sullana
Manzana Fruto Lima
Naranja Fruto Sullana-Lima
Fresa Fruto Trujillo
Palta Fruto Morropon-
Chulucanas
Lima Fruto Trujillo
Ciruela Fruto Piura
Sandia Fruto Trujillo
Fuente: Elaboración Propia
Las muestras fueron lavadas con agua potable para disponerlas tal cual se consumen. Luego se secaron a 60 °C y se pulverizaron para ser llevadas al análisis de metales pesados. EQUIPOS Y MATERIALES Equipos de Laboratorio - Espectrofotómetro de absorción atómica. - Balanza Analítica. - Mufla. - Bomba de Vacío - Compresora de aire. - Extractor de gases. Material de Laboratorio - Matraz Kitasato. - Desecador. - Matraces aforados de 100, 250 500 y 1000ml de capacidad. - Embudo Buchner. - Matraces Erlenmeyer de 100,250, 500 ml de capacidad.
- Pipetas volumétricas de 1, 5 y 10 ml.
- Picetas.
Reactivos
- Agua destilada.
- Ácido clorhídrico y ácido sulfúrico concentrados.
- Patrones de plomo, zinc, arsénico, cromo y cadmio de 1000 ppm. - Acetileno.
Protocolo de Métodos de Análisis de Contenido de Metales Pesados
El contenido de metales pesados será determinado utilizando un método instrumental, el de espectrofotometría de absorción atómica, el cual será aplicado en laboratorio de Química de la Universidad Nacional de Piura. El Equipo utilizado fue: Elmer Perkins Analyst 100.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
RESULTADOS
Los resultados que aparecen en el cuadro siguiente están dados en unidades de mg/kg (ppm).
CUADRO N° 5 : RESULTADOS DEL CONTENIDO METALICO
FRUTAS RESULTADO (mg/Kg) Pb Zn Cu Cd As Plátano 0.09 1.00 0.000 0.000 0.000 Mango 0.087 1.50 0.000 0.000 0.000 Papaya 0.09 2.00 0.630 0.000 0.200 Manzana 0.10 2.40 0.600 0.000 0.050 Naranja 0.10 2.37 0.000 0.000 0.000 Fresa 0.20 3.50 0.300 0.000 0.000 Palta 0.18 2.90 0.319 0.000 0.000 Lima 0.12 1.50 0.000 0.065 0.000 Ciruela 0.20 2.50 1.080 0.023 0.000 Sandia 0.09 0.7 0.000 0.000 0.000
Fuente: Elaboración Propia DISCUCIONES FINALES
En líneas generales el contenido de plomo en las 10 frutas analizadas es bajo, siendo la fresa, la palta y la lima los de mayor nivel.
El caso del cobre y el Zinc no cobra mayor importancia debido a dos situaciones a considerar: la primera es que los niveles son bajos, en la mayoría de caso se encuentra por debajo de los 5 ppm. Además estos dos metales son micronutrientes por lo que son necesarios en nuestra dieta.
Los niveles de cadmio fueron insignificantes en la mayoría de muestras analizadas, por lo que es evidencia para descartar los fertilizantes como fuente de contaminación, dado que la mayoría de fertilizantes (sobretodo los fosforados) contienen grandes cantidades de este metal.
El caso del arsénico es mas o menos similar al anterior. Evidentemente que estos datos referidos al arsénico no
muestran uniformidad alguna por lo que solo serán tomados como datos referenciales.
En el caso del contenido de plomo, los cuales los niveles no son altos para el caso de todas las frutas analizadas. Las posibles fuentes que se barajan a groso modo serian en primer lugar el plomo procedente de la combustión de las gasolinas (sobretodo la de 84 octanos) de los automóviles que se pueden dispersar a grandes distancias debido a los vientos por ejemplo y pueden precipitar al suelo y sobre las plantas directamente mediante mecanismos de gravedad o por acción de las lluvias. La otra posible fuente sería el supuesto riego con aguas servidas.
De debe tener en cuenta que cuando se habla de metales pesados las pequeñas cantidades pueden ser consideradas como peligrosa, dada la bioacumulabilidad de los mismos sobretodo si hablamos de los metales pesados tóxicos como el plomo, arsénico y cadmio.
Para definir las fuentes de estos metales será necesario realizar un estudio exhaustivo en las zonas de producción de frutas, es decir en la ciudad de Piura, Trujillo, Lambayeque y Lima para definir
ciertas variables que permitirían esclarecer el presente estudio.
Conclusiones
1. Los niveles de cobre y zinc no son de consideración, teniendo en cuenta su calidad de micronutrientes necesarios en la dieta humana.
2. Para el caso del contenido en arsénico no se puede llegar a una conclusión fehaciente dada la heterogeneidad de los resultados. 3. El contenido de cadmio fue bajo
para la totalidad de las muestras, por lo que no hay contaminación por este metal en las frutas analizadas.
4. El plomo no muestra contenidos metálicos altos para las muestras de las frutas analizadas, pero esto no quiere decir que su bioacumulación no genere un peligro real para los seres humanos que las ingieren.
Recomendaciones
1. Se debe verificar directamente en las zonas productoras si efectivamente las frutas se riegas
con aguas servidas, ya sean crudas o semitratadas y verificar la calidad en contenido de metales pesados de las mismas.
2. Realizar un estudio complementario de mayor complejidad, que incluya un análisis de metales pesados en los elementos medioambientales (suelo, aire y agua) en las zonas de producción, así como un estudio de dispersión de los contaminantes metálicos de tipo dinámico en el tiempo.
3. No se deberá subestimar el niveles reducidos de metales pesados tóxicos, debido a los fenómenos de bioacumulación y biomagnificación de los mismos.
Referencias Bibliograficas
1. AIJN. 1996. “Code of Practice for Evaluation of Fruit and Vegetable Juices”. Association of the Industry of Juices and Nectars from Fruits and vegetables of the European Union. Brussels, Belgium.
2. Albert L. 1999. “CURSO BASICO DE TOXICOLOGÍA AMBIENTAL”. Noriega Editores. México.
3. Alloway B. J. 1995. “HEAVY METALS IN SOILS”. Blakie Academic & Professional. Second Edition. UK.
4. Angenault J. 1999. “DICCIONARIO ENCICLOPÉDICO DE QUÍMICA”. Compañía Editorial Continental. México.
5. Cruz G. 2004. “INCIDENTCIA DE METALES PESADOS EN LOS
CULTIVARES DE MANGO
PROCEDENTES DEL VALLE DE SAN LORENZO”. PROMAINA. Piura – Perú. 6. Encarta. 2002. “ENCICLOPEDIA
INTERACTIVA ENCARTA 2002”.
7. Enkerlin. 1997. “CIENCIA AMBIENTE
Y DESARROLLO SOSTENIBLE”.
Thonsom Editores. México.
8. Glynn. 1999. “INGENIERIA
AMBIENTAL”. Editorial Prentice Hall. México.
9. MINAG. 2005. MINISTERIO DE AGRICULTURA. PERU.
10. Saavedra M. 2002. “ESTUDIO DE CONTAMINACIÓN CON METALES PESADOS EN LAS RIBERAS DEL RIO PIURA”. Maestría en Ingeniería Ambiental – Universidad Nacional de Piura.
