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I
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA
I Proyecto Terminal de Servicio Social I
Paredes fuentes Andrea.
Matrícula: 91 334564. J Licenciatura: Ingeniería Bioquímica Industrial. J División: Ciencias Biológicas y de la Salud.
Unidad: Iztapalapa. Teléfono: 650-1446. Trimestre lectivo: 97-P. Horas a fa semana: 20 horas.
/ Título del trabajo: ANALISIS TECNOLdGICO DE PIGMENTOS CAROTENOIDES
OBTENIDOS DE RESIDUOS DE CABEZA DE CAMARÓN.
Utilización de desperdicios de la industria camaronera. Proyecto:
/ Asesores: I . M.C. Keiko Shirai Matsumoto: Profesor titular A. 2. Dra. Isabel Guerrero Legarreta. Profesor titular C. 3 M.C. Octavio González Castillo. Profesor titular C.
Lugar donde se realizó el proyecto: Planta Piloto de Carnes. UAM-I. Fecha de Inicio: lo de Julio de 7996. Fecha de Terminación: 31 de Mayo de 1 9 9 Clave:
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And#a Paredes Fuentes.
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M.C. Keiko Shirai Matsumoto. Profesor Titular A. Dep. Biotecnotogia.
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,' M.C. Octavio González Castillo
Profesor Titular C. - Profesor Titular C. Dep. Biotecnologia. Dep. Biotecnologia.
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UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLiTANA
3 de Junio de 1997.
Dr. José Luis Arredondo Figueroa Director, División de C.B.S. P r e s e n t e .
Por la presente comunicamos a Usted que hemos revisado el reporte final de Servicio Social de la alumna Andrea Paredes Fuentes (mat. 91334564) con el título:
Análisis tecnológico de pigmentos carotenoides obtenidos de residuos de cabeza de camarón.
Estamos de acuerdo con su contenido y por lo tanto que se de por terminado este servicio social
A t e n t a m e n t e , "Casa abierta al t iempo"
Asesores:
M. en C. Octavio González Castillo Departamento de Biotecnología Departamento de Biotecnología
I M. en C . Keiko Shirai Matcurnoto Departamento de Biotecnología
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UNIDAD IZTAPAUPA Av. Michoacán y La Punsirna, Col. Vicentina. 09340 México, D.F. Tel.: 724-4600 TELEFAX: (5) 612 0885
m Cara2ktadlemO
UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA
I
3 de Junio de 1997.
Dr. José Luis Arredondo Figueroa Director, División de C.B.S. P r e s e n t e .
Por la presente comunicamos a Usted que el Servicio Social de la alumna Andrea Paredes Fuentes (mat. 91 334564), de la Licenciatura en Ingeniería Bioquimica Industrial, con el título: .
Análisis tecnológico de pigmentos carotenoides obtenidos de residuos de cabeza de camarón.
programado para ser terminado el 31 de Diciembre de 1996, fue entregado hasta el 4 de Junio de 1997 debido a retrasos que se tuvieron en nuestro laboratorio con la entrega de algunos reactivos necesarios para llevar a cabo la parte experimental de este servicio social,
A t e n t a m e n t e , "Casa abierta al tiempo"
Asesores:
4
Dra. Isabel Guerrero Legarha ' Departamento de Biotecnología
M. en C. Octavio González Castillo Departamento de Biotecnología
M. en C . Keiko Shi rG Matcumoto Departamento de Biotecnología
UNIDAD I Z T A P W A Av. Michoach Y Pkema VwntiM. 09340 México, D.F. Tel.: 724-4600 TELEFM (5) 612 0885
, ..
Análisis tecnológico de pigmentos carotenoides obtenidos de residuos de cabeza de camarón.
INTRODUCCION.
La coloración rosada de los salmónidos está dada por la presencia de carotenoides oxigenados en su tejido muscular, principalmete astaxantina y en forma menos abundante cantaxantina, aunque también se pueden encontrar pequeñas cantidades de otros carotenoides como zeaxanüna, luteina y capsantina. Estos pigmento8 carotenoides o xantofilas pertencen a la familia de los catorenoides, de la cual también se encuentran los carotenos, pero Éstos, a diferencia de los primeros, poseen grupos funcionales oxigenados como hidroxilos en la luteina y zeaxantina, o grupos cetónicos como en la cantaxantina, o ambos, como es el caso de la astaxantina. Estas peculiaridades estructurales de la molécula de cada pigmento dan su mayor o menor afinidad por otras moléculas y por lo tanto su estabilidad.
La coloración en el pez, aunque depende de los pigmentos retenidos por el tejido muscular, no guarda una relación directa con la concentración muscular de los carotenoides. A niveles bajos, la asociación es lineal entre la intensidad de pigmentación y la concentración y fluctúa entre 6 y 8 mglkg. Esta relación se pierde debido a que la percepción visual no es suficientemente sensible para detectar la diferencia (Hardy y Torris'ben, 1987). Otro elemento que influye sobre esta relación es la presencia de grasa intramuscular despigmentada que, si se encuentra en altas cantidades, puede enmascarar la pigmentación visual de la carne.
Esiabilidad de los carotenoides en la came y calidad de la misma.
La presencia de pigmentos carotenoides tanto en el animal vivo como después de su muerte representa diferentes funciones en el metabolismo de los procesos bioquímicos, además de las características de atractivo visual del alimento, lo que hace a estos pigmentos de gran importancia desde el punto de vista comercial.
La estabilidad de los pigmentos también se ve alterada por los procesos de cocción, enlatado y ahumado, disminuyendo su luminosidad y su tonalidad rojiza, siendo este hecho más obvio en peces alimentados con cantaxantina que los alimentados con astaxantina (Skrede y Storebakken, 1986; Skredey col., 1989; Skredesy col., 1990).
Residuos de crust8c8os.
Las grandes cantidades de camarón producidas en México en los Últimos años (en 1994 se produjeron 59,483 TM en peso desembarcado y 13,138 TM en peso vivo por acuacultura) (SEMARNAP,l995) y considerando que solamente se utilizan para el consumo humano las colas, el desperdicio representa un grave problema de contaminación debido a su lenta degradación.
Los desperdicios de crustáceos consisten en el caparazón y la carne adherida a éste, las vísceras y la cabeza. Los principales componentes del exoesqueleto son la quitina y la proteína residual.
La astaxantina en su forma libre, esterificada o formando complejos con proteínas, es el carotenoide más abundante de los crustáceos, siendo estos la fuente natural de los pigmentos para los salmónidos en estado salvaje. Sin embargo, el alto contenido de quitina, cenizas y humedad hacen difícil incorporar los residuos de la industria de crustáceos directamente a dietas peletizadas de salmónidos.
La extracción de astaxantina por solventes, su posterior separación de proteínas libres en el licor y la estandarización del contenido de pigmentos, permitirían su incorporación a dietas comerciales (Cano-Lóper y col., 1987).
Se han propuesto varios procesos para la desproteinización y el fraccionamiento de residuos de crustáceos (Shahidi y Synowiecki, 199l), la mayoría de estos incluyen extracción alcalina y solubilización ácida de los minerales. Sin embargo, en todos los casos los procesos resliltan muy agresivos y producen efluentes altamente contaminantes.
Un proceso alternativo es el ensilado ácido de residuos de crustáceos, empleando cepas seleccionadas de bacterias Iácücas, el cual plantea un método eficiente y ecológicamente limpio para recuperar materiales de alto valor (Hall y Reid, 1994) aumentando la estabilidad de los carotenoides presentes por promover un ambiente reductor (Guerrero y col., 199s; Torrissen y col., 1982; Chen y Meyers, 1983).
OBJETIVOS.
1 . Diseñar una estratégia para la extracción a escala piloto de pigmentos
2. Realizar el analisis tecnológico de pigmentos carotenoides obtenidos de
carotenoides obtenidos de residuos de cabeza de camarón.
residuos de cabeza de camarón.
METODOLOGiA UTILIZADA.
I. Extracción de compuestos carotenoides a partir de residuos de c8óez8 de
Se utilizó exoesqueleto de camarón (Penaeus spp.) suministrado por la Administración de la Nueva Viga del D.F. Se molió en molino de carne con un cedazo de 118” y se congelaron hasta su uso.
En un principio se planteó que el solvente extractor sería un mezcla de cloroformo-metanol-agua; sin embargo, al profundizar en las normas dictadas por la Secretaria de Salud que regirían este tipo de industria, se encontró que no está permitido utilizar cloroformo como solvente en ningún tipo de proceso.
De manera que se procedió a evaluar otros solventes y mezclas de éstos, resultando que el hexano es con el que se obtienen resultados muy parecidos a los obtenidos con la mezcla propuesta inicialmente, además de ser un solvente permitido y ampliamente utilizado industrialmente.
Los pigmentos se separaron del residuo por extracción en etapas sucesivas con hexano. El extracto se concentró en un evaporador rotatorio y ultrafiltró para separar las macromoléculas como proteínas, en un ultmfiltro Millipore con membranas Amicon. La pureza de los extractos separados por ultrafiltración se corroboró por métodos electroforéücos.
El filtrado se analizó en un HPLC con una columna Zorbax C18 para separar
camarón.
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astaxantina (pigmantos carotenoides) y sus Bsteres, asi como para conocer la cantidad de otros pigmentos presentes, takes como cantaxantina y luteína, según el método reportado por Christophersen y col. (1989).
-I
I / . Análisis tecnológico de los compuestos carotenoides a partir de residuos de cabeza de camarón.
Para la elaboración del análisis tecnológico se realizó lo siguiente: 1 .- Investigación documental, experimental y desarrollo en planta piloto. 2.- Selección de bases y criterios de diseño del proceso. 3.- Descripción de la tecnología. 4.- Seleccihn de bases y criterios de diseño del equipo. 5.- Diagrama de bloques del proceso. 6.- Diagrama de flujo del proceso. 7.- Descripción del proceso. 8.- Balances de masa y energía del proceso. 9.- Hojas de datos de equipos de procesos. 10.- Diagrama de distribución de áreas.
ACTIVIDADES REALIZADAS.
1. Extracción de compuestos carotenoides a partir de residuos de cabeza de camarón.
Por medio de la investigación experimental se obtuvieron las características fisicoquímicas y microbiológicas de la astaxanüna para su extracción a nivel piloto.
/I. Análisis tecnológico de los compuestos carotenoides a partir de residuos de cabeza de camarón.
El análisis tecnológico se realiza a un proceso experimental con el fin de escalarlo industrialmente y obtener un producto que pueda colocarse en el mercado al que está destinado.
Basándonos en el estudio de mercado realizado a la astaxanüna (Pinzón, 1997), el sector de alimentos balanceados para animales demanda un pigmento en estado sólido, de fácil manejo, con una alta capacidad pigmentante y a bajo precio. Por lo que la tecnología para producir un pigmento con tales carácterísticas fue analizada y evaluada en el presente trabajo.
Para solidificar la astaxantina extraída se mezcló con cascarilla de arroz, la cuál es el vehículo para proveer de pigmento a los animales.
A continuacíon se desarrollan cada uno de los puntos de la metodología seguida.
í. Selección De Sases Y Criterios De Diseño Del Proceso.
Este punto contiene las bases de diseño para la operación de la planta industrializadora de residuos de camarón que extraería astaxanüna.
BASES DE DISER0
1. GENERALIDADES.
Función de la Planta. Producir un pigmento natural rojo (astaxantina), que se extrae a partir de
residuos de la industria camaronera y va destinado al sector de alimentos balanceados con la finalidad de pigmentar trucha salmonada.
Tipo de Proceso: Por lotes.
2. FLEXIBILIDAD Y CAPACIDAD.
2.7 Factor de Servicio: La planta estará funcionando el 85% del año (31 2 días), con dos turnos de 8 horas diarias.
2.2*C8paCid& a) Diseno: b) Normal: c) Mínima:
22.32 kg de ASTACOLOR por día 21.26 kg por dia 6.63 kg por día
*Datos tomados del Análisis de Mercado de Astaxantina (Pinzón, f997).
2.3Flexibilidad: La planta debe continuar operando bajo condiciones normales &si o no?:
a) Falla de energía eldcbica: b) Falla de aire c) Falla de vapor: d) Falla de agua de calentamiento:
2.. Necesidades para fcrturss expansiones:
gemelos en caso de que el mercado crezca. El diseño de la planta considera espacio suficiente para instalar equipos
3.ESPECIFICACIONES 0E.W ALIYENTACIÓN.
Cabeza de camarón: A partir de la cabeza de camarón de las especies Penaeus del genero breviroskia y caltYorniensis, mejor conocidos como camarón rojo y café respectivamente, se va extraer el pigmento. Es necesario que la cabeza corresponda a animales de fase adulta. No debe tener mas de cuatro días de captura sin ser congelado
Composición química: Proteína 15.53% Grasa 1.2% Cenizas 7.3% - Astaxantina 0.11% Quitina 4.9%
Aceite 1.2% Colesterol 157 mgllOOg.
ffexano: Este se usara como liquido extractor o acarreador del pigmento. (CeHi4) Nombre comercial: “Fracción de hexanos del destilado del petróleo”. Su estado físico es líquido e incoloro.
O Peso molecular: 86.17 glmol Pureza: 98.5% Punto de abullición: 69OC Punto de fusión: -94QC Densidad: 0.70 glmL Gravedad Especifica: 0.65g Viscosidad: 0.4 CP
Etoxiauina: (Anüoxidante). Se presenta como polvo cristalino, blanco o crema. De aroma ligeramente fenólico. Soluble en grasas, alcohol eülico y aceites, pero insoluble en agua No confiere sabor ni olor al producto. Las concentraciones aprobadas por la FDA varían de 0.00.1 a 0.3%. Pureza97%
Casc8~lia de amz: Este material s e d usado como excipiente para dar cuerpo a la oleorresina y poder comercializarla en forma sólida. Humedad máxima es de P! (Lo que le confiere alto poder absorbente). Tamaiio de Malla No. 10 con un 5% como máximo de retención.
4. ESPECIFICACIONES DEL PRODUCTO.
Astaxantina Sollda: (Producto principal). Contiene un 10% de astmantina. (Peso molecular 696.83ghnol) Polvo granulado marrón rojizo. ~~ tanu ide t . Absorción máxima: 480-493 nm en hexano. Cenizas no mayor al 0.1%. No mas del 4V0 de carotenoides diferentes a la asiaxantina. Arsénico no más de 2 ppm Mercurio no más de 1 ppm Residuos de metales no mayores a 5 ppm Metales pesados no mayores a I O ppm Ensayo de identidad mínimo del 96Y0 Estable y biodisponible.
-
Humedad: no mas del 10%. No electrosiático. Envasado en bolsas de 1 kg
6. ALIMENTACIÓN DE LA PLANTA.
8 Alimeniación en las condiciones de limite de batenás: Se requieren 19.13 toneladas al día de cabeza de camarón con las condiciones antes mencionadas (Ver especificaciones de la alimentación).
6. CONDICIONES DEL PRODUCTO EN EL LIMITE DE BATERíAS.
6.1 Términos de garantía. s Estado fisico: Sólido, polvo granulado fluido.
Kg/día:21.26 Ton/añ0:6.30 (Considerando una eficiencia del 96% en la plante). Entrega :Directo en almacén en bolsas negras de tres capas de polietilen- poliamida, que irán introducidas en bolsas de papel kraft de tres capas, con un peso neto de 1 kg.
7. ELIMINACIÓN DE DESECHOS.
7.1 Reglamentos:
NOM-028-ECOL 1993. Establece los limites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales a cuerpos receptores provenientes de la Industria de preparación y envasado, de consemas de pescados y mariscos y de producción de harina y aceite de pescado. NOM-066-ECOL 1994. Establece los limites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales a cuerpos receptores provenientes de la industria de pigmento8 y colorantes. NOM-031-ECOL.1993. Establece los límites máximos permisibles de contaminantes de las descargas de aguas residuales provenientes de la industria, actividades agroindustriales, de servicios y el tratamiento de aguas residuales a los si8temas de drenaje y alcantarillado urbano o municipal.
NOM-08BECOL 1994. Contaminación atmosférica especificaciones sobre protecoibn ambbntal que deben reunir los combustibles fósiles, líquidos y gaseosos que se usan en fuentes fijas y móviles.
a) Agua:
b) Aire:
c) Ruido: NOM-081-ECOL 1994. Establece los limites máximos permisibles de emisión de ruido de las fuentes fijas y su método de medición. NOM-011-STPS 1993. Relativa a las condiciones de seguridad e higiene en los centros de trabajo donde se genera ruido.
d) Residuos peligrosos. NOM-052-ECOL 1993. Establece las características de los residuos peligrosos, el listado de los mismos y los limites que hacen a un residuo peligrosos por su toxicidad al ambiente. NOM-055-ECOL.1993. Establece los requisitos que deben reunir los sitios destinados al confinamiento controlado de residuos peligrosos, excepto de los radiactivos. NOM-056ECOL.1993. Establece los requisitos para el diseño y concepción de las obras complementarias de un confinamiento controlado de residuos peligrosos. JJOM-057-ECOL.i993. Establece los requisitos que deben observarse en el diseño, consirucción y operación de celdas de un confinamiento controlado para residuos peligrosos. NOM-058-ECOL.1993. Establece los requisitos para la operación de un confinamiento controlado de residuos peligrosos.
8. FACILIDADES REQUERIDAS PARA EL ALMACENAMIENTO. , Materias primas:
La cabeza de camarón suficiente para tres dias, debe permanecer en congelación desde su llegada a la planta hasta el momento de entrar a proceso. Se almacenan 10 m3 de hexano, sufdente para 9 días de producción en un tanque de acero al carbón. En un lugar fresco y aislado, por seguridad de la planta que cuente con equipo contra incendio. La cascarilla de arroz se almacena en su empaque original cerrado protegido de la humedad. La etoxiquina se almacena en su empaque original cerrado hasta su uso en un lugar fresco.
Producto terminado: El producto se puede almacenar hasta un año si se mantiene en el envase original cerrado, al abrigo de la luz, de la humedad y en un sitio fresco.
9. SERVICIOS AUXILIARES.
9.1 Vapor:
Se genera en limite ¿e baterías ~ s i o 1707 Presicín: . Temperatura: Calid8d: Disponibilidad:
9.2 Retorno de condensade
Presión: Temperatura:
Sí 4.5 atm I S 0 c Saturado 2.29 m3lmi1-1
4.5 atm 150 C
9.3 Agua de enfriamiento:
Fuente De la red de tuberías del parque industrial. Sistema de enfiamiento: Condensador de tubos y carcaza. Temperaturrs de entrad= 30 C Disponibilidad: 135.74 mslmin
9.4 Agua de sanitarios y servicio.
Esta agua vendrti de la red de tuberias del parque industrial a temperatura ambiente y presión de entre I a 4 kglcmz . La cantidad de agua de servicio es de 264.96 Upersona'dia, esta cantidad incluye lavado de planta, aseo de trabajadores y agua de sanitarios (Metcalf&Edy). Con base en las normas de diseño de la red de distribución de agua para la industria, el suministro de agua es de 5 Urn* de construcción.
9.5 Agua para Calderas.
El agua para caldera proviene de la red municipal de agua y pasa por un tratamiento de suavizamiento antes de ser utilizada. La temperatura es ambiental 30 C.
El agua para calderas deberá tener las siguientes características: Salinidad: 2.4 glL
sio2: 15-150 mglL NaOH: 250-700-glL
(Manual Técnico del Agua)
9.6 Agua de proceso.
El agua de proceso proviene de la red municipal y tiene una temperatura de 30 C. Le disponibilidad es de 19.13 maldía.
9.7 Agua contra incendios: Fuente: Hidrantes, las mangueras de estos deben cubrir un area de 30m, o cisterna especifica. Según normas NFPA. Presión en limite de batenás: 0.6 Kglcmz Temperatura en limite de batedas: Ambiente. Disponibilidad: 15mslhora (Por 2 horas)
9.8 Combustible Se utiliza gas L.P. para la alimentación de la caldera, el cual se suministrará
a través de pipas en una mezcla de 30:70 propano butano, a una temperatura de 25 oC, con una gravedad especifica de 0.5 a una presión de 42 atrn y un poder calorífico de 11,830 kcallmí.La disponibilidad de diseño es de 210.71 m3ldía.
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9.9 Suministro de energía eléctrica:
requiere un transformador que baje el voltaje de 13 O00 Volts a 220 O 440 según equipo utilizado.
La energía eléctrica se proporciona por el fraccionamiento industrial. Se
10. SISTEMAS DE SEGURIDAD.
10.1 Sistemas contra incendios Reglamentos de agua contra incendios locales, NOM-002-STPS-1994,
(relativa a las condiciones de seguridad para la prevención y protección contra incendios en los centros de trabajo). Deberán estar disponibles tambibn equipos móviles y portátiles, boquillas de espreado, hidrantes, cámaras de espuma (para las áreas con hexano), simbología de rutas de evacuación, eic.
10.2Protección personah
I AREA EQUIPO 1 Acondicionamiento de la materia prima. . Overoles, botas antiderrapantes, guantes
de plástico, gorro. Extracción. Overoles, Botas antiderrapantes, casco,
I gogies, mascariiias. I Overoles. botas antiderraDantes. casco. Producto final v almacenamiento.
I- I Gogles, guantes de plásüco
i 1. D I S E ~ O ELÉCTRICO.
I I .I Código de diseno eléctrico: NOM-Em-001-SEMP-1993. 1 I .2 Distribución eléctrica dentro dellimite de baterías Aérea.
12. DiSEkO DE TUBERIAS.
12.1 Códigos de diseno: ANSI-6-31. 12.2 Distribuckín de tuberías dentro dellimite de baterfas: Aérea.
13 ESTANDARES Y ESPECIFICACIONES:
Las normas que debe cumplir el producto son la NOM-050-SCFI-1994, Información comercial-disposiciones generales para productos.
Proyecto de norma oficial mexicana NOM-012-200-1993, Para la regulación de productos químicos, farmacéuticos, biofógicos, allmentos para uso en animales o consumo de estos. Proyecto de Norma Oficial Mexicana NOM-821-PESC-1994, Que regula los alimentos balanceados los ingredientes para su elaboración y los productos
alimenticios; no convencionales, utilizados en acuacultura y en el ornato, importados y nacionales para su comercialiración y consumo en la República Mexicana. Especificaciones de Astaxantina. (FDA)
14.REQUERIMIENTO POR CADA EQUIPO.
2. Descripción De La Tecnología.
La extracción de pigmentos naturales a nivel industrial se realiza por diversos métodos, tales como deodorización, fraccionamiento físico, extracción por solventes, entre otros; sin embargo, no se conoce ningún método de extracción de pigmentos a partir de cabeza de camarón a nivel industrial patentado en México ni en Estados Unidos (Q-Pat, Internet).
Debido a lo anterior se procedió a escalar el método utilizado en el laboratorio a nivel industrial, para lo cuál fue necesarlo realizar una selección del equipo a utilizar. Dicha selección se realizó mediante matrices de selección.
3. Selección De Bases Y Criterios De Diseño De Equipo.
(m) Compatibilidad con alimentación húmeda Consumo de potencia (kW) Factor do costo (dlslkgls) Capacidad maxima (kgls)z TOTAL
...................................
......................................
................................. ....................................
300 1 O0 300
150 150 100 150 150 I O0 1 O0 1 O0 1 O0 I O00 800 900
.....................
......................... ...................................... ...........................................
........................ ...................................... ...................... ................................................
Los equipos se seleccionaron comparando las principales características de cada uno de ellos por medio de matrices de selección de la siguiente manera:
I Matriz de selección para equipo de reducción de tamaño
.......
Matriz de selección para equipo de alimentación de materia prima
................... ....................
....................
El equipo seleccionado es el elevador de canailones
.......................... ........................ ............................ .......................
.....................
El equipo seleccionado es la banda transportadora
Matriz de selección para el condensador
peligrosos o ióxicos (envolvente .......................................
.............................
las unidades comunes (bar),
peratura máxima de operación de las unidades
AT Minina práctica de .......................
A: Condensador de doble tubo 0: Condensador de tubos en U C: Condensador de bayoneta
El equipo seleccionado es el condensador de tubos en U
Factor de costo 2
a Matriz de selección para el equipo de aumento de tamaño
25 84
......................
El equipo seleccionado es la peletizadora
Capacidad máxima (kgls)
Las siguientes tablas contienen toda la información que se utilizó en la selección de los diversos equipos que sa eligieron.
125 400
EQUIPO DE REDUCCldN DE TAMAÑO
El tamaños de partícula que se necesita para lograr una buena extracción es de 0.01 m.
I I
Consumo de potencia (kW) 1 .o44 13.4
'Resulta muy importante para lograr el molido requerido, que éste sea capaz de manejar materiales muy similares a nuestra materia prima(cabera de camarón), la cual es blanda y ligeramente pegajosa. 2. Relación costolcapacidad, el costo esta estimado en dólares
0 EQUIPO DE ALlMENTACldN DE MATERIA PRIMA
Se evaluaron dos equipos porque, como ya se planteó, se requiere de transportación vertical y horizontal.
Alimentación verücal.
................................ .........................
4 . Relación costollongitud, costo en dólares 2 Se calculó utilizando la capacidad máxima del equipo.
Alimentación horizontal
Factor de costo 1 1100 1250 ............. ............................................................................ .8 ........ ...........................................................................
Longitud (m) 10-60 10-50
1 Relación costollongitud, costo estimado en dólares 2. A pesar de que la capacidad de la banda de correas es mucho mayor a la de la transportadora, eso no repercute mucho, ya que ambas capacidades satisíacen de sobra nuestras necesidades no solo a los 5 años proyectados, sino también para posibles expansiones futuras.
EQUIPO DE CONDENSACI~N
peii&osos O tóxicos .....................
..................................... ..................................... Presión máxima de 1 OOOlIOOQ operación de las unidades comunes (bar), (envolvente
............... ................................. ........................ 800 1 O0
40 I ......... ............................................ ....................
. . .
TemDeratura máxima de ope;ación de las unidades
..................... ............................ ........................................
........................ Factor de costo 1 1 O0
....................... ................................................. 5 5
300 1500 ................................ ....................................................
EQUIPO DE AUMENTO DE T A M A ~ ~ O
............................... .............................
............................... ............................
1 Relación costolcapacidad
.- .
4. Diagrama De Bloques Del Proceso.
Recepción de materia prima I $.
Pesado
agua + agua de proceso
1 Molienda I I I
Hexano Extracción
S eparador de fases
I Molipda I
& Pesado
I Condensació 4 Mezcla de
he xan o - a gua - ai
(3 PIGMENTO
5. Diagrama De Flujo Del Proceso.
1-
rc, aire
Etdquina Heiiano
Y
Cascarilla de
6. Descripción Dei Proceso.
RECÉPCI6N DE MATERIA PRIMA.
La materia prima principal en el proceso es la cabeza de camarón, esta se recibe de las plantas desacabezadoras o piscifactorias que lavan al animal completo con agua de mar. Este prelavado elimina una parte importante de la carga biológica característica de esta especie. La cabeza de camarón es transportada a la planta y recibida en el almacén en contenedores de 3.4 ton.
PESADO I. (MATERIA PRIMA)
AI comenzar un nuevo lote, la cabeza de camarón es pesada en una báscula para llevar un control adecuado de la materia prima a procesar. Se utiliza una báscula de 10 toneladas de capacidad. Por medio de paleo, la materia prima es colocada en la banda vibratoria para su lavado.
LAVADO
Se realiza un lavado por medio de aspersores colocados en la parte superior de la banda vibratoria perforada. El objetivo de las perforaciones es eliminar fácilmente el exceso de agua y lo que ésta arrastre. Dicha banda descarga en un recipiente de I .2 m3 de capacidad colocado por debajo de ésta, el cuál sirve para contener momentáneamente la cabeza recién lavada antes de ser paleada al interior de la quebradora de martillos.
Para cuando se tenga un exceso dq materia prima, debido principalmente a la temporada de veda o a cualquier otro imprevisto, la cabeza de camarón lavada se transportaré en racks de 0.5 ton de capacidad hacia el cuarto de enfriado donde se mantendrá congelada hasta su utilización.
MOLIENDA
Para llevar a cabo una buena extracción es necesario disminuir el tamaño de partícula, así que se procederá a partir la cabeza de camarón en fragmentos de 1 cm2 con un grosor promedio de 1 mm para lo cual se utiliza una quebradora de martillos. Posteriormente las cabezas son transportadas hacia los tanques de extracción por medio de una banda de cangilones y una banda transportadora.
EXTRACCI~N
Cada extracción se lleva a cabo en tanques gemelos (volumen de diseño 3 m3) que se reparten la carga a procesar. La banda transportadora deposita la cabeza de camarón procedente de la molienda dentro del tanque, ésta se mezcla con 1% (pesolpeso) de etoxiquina, un anüoxidante necesario para mantener la estabilidad del pigmento durante y después del proceso, y con hexano en una proporción de 2:l (pesolpeso) y se agita durante 10 minutos. AlAnalizar la extracción, el hexano rico en pigmento (extracto) se bombea (el bombeo dura I O minutos) alevaporador. A cada lote se le som9te a dos extracciones o contacto solvente-cabeza.
Los extractores trabajarán alternados por 10 minutos, ya que de esta forma el evaporador funciona semicontinuamente.
EVAPORACI~N
El extracto es un liquido compuesto en un 99.91% por hexano, el cuál debe ser evaporado para obtener la oleorresina.
El líquido entra a una presión de 3 atm al evaporador de película descendente de tubo en U. Por el lado de la c a r c w pasa una corriente de vapor a una temperatura de 150 O C y una presión de 4.5 atm. El calor proporcionado por éste es utilizado para evaporar el solvente, los vapores de hexano salen a una temperatura de 90 C y una presión de 3 atm hacia el condensador.
CONDENSACI~N
La corriente proveniente del evaporador que viene a 3 atm de presión y una temperatura de 90° C se colecta en un condensador de carcaza y tubos y se enfría por medio de agua hasta 50° C. La corriente de condensado se conduce hacia el separador de fases.
SEPARACldN DE FASES
La corriente que proviene del condensador con una presión de 3 aim y una temperatura de 50 o C, entra al separador de fases donde el aire es purgado fuera del aparato y el agua es eliminada hacia la corriente de aguas residualas luego de ser decantada (tiempo aproximado de decantaci6n: 40 minutos).
El hexano que queda dentro del separador es ajustado al volumen requerido para una nueva extracción mediante la adición de solvente nuevo del tanque de almacenamiento y finalmente, se bombea de regreso al tanque de extracción. Es necesario ajustar al volumen de solvente porque aproximadamente, el 1 % de hexano se pierde durante el proceso.
La oleorresina producida se almacena en contenedores de plástico impermeables a la luz de 20 litros de capacidad y una vez que se ha acumulado la producción de dos turnos ( I0 horas o 10 lotes) se peletiza con cascarilla de arroz en una proporción de 7 3 (peso/peso). La cascarilla de arroz se pesa en una báscula con capacidad para 6 kg.
PESADO II. I PIGMENTO) Conforme va saliendo del peletirador, el pigmento es pesado en una báscula de 5 kilos de capacidad y almacenado en sacos de 1 kg. Los sacos de ASTMANTINA SOLIDA se llevan al almacén general.
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MEMORIAS DE CALCULO DEL
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BALANCE DE MASA Y ENERGÍA
HOJAS DE DATOS DE EQUIPOS DE
PROCESO
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UNIVERSIDAD AUTÓNOM METROPOLJTANA
. HOIAS DE DATOS DE BASCULAS I
r (Fecha: 25 Ah,+\ ( 4 4 7 , - .. UNIDAD l?XAPALAPA
I
OBJETIVOS Y METAS ALCANZADOS
1. Se obtuvieron datos experimentales sobre las características flsicoquímicas y microbiológicas del pigmento natural Astaxantina usando como solvente extractor el hexano.
2. Se diseñó una estrategia para la extracción a escala piloto de astaxantina. 3. Se disenó una estrategia para su posible extracción a nivel industrial. 4. Se evaluaron y seleccionaron diferenies equipos para la extracción de
5. Con tales equipos, se diseñó un proceso a nivel industrial para la obtención de Astaxantina a nivel industrial.
Astaxantina.
RESULTADOS Y CONCLUSIONES
Basicamente el presente estudio involucra el diseño de un proceso para la extracción de Astaxantina a nivel industrial y la evaluación y selección de los equipos a utilizar. Por lo que los resultados de las matrícas de selección de equipo, descritas en detalle en el punto de ACTIVIDADES REALIZADAS, se pueden resumir por medio de la siguie.nte tabla:
scwa A-IiU ................................................................... " ................. 1 ....
Tanque de extracción Evap. .- de película descendente .............................................................................................
................................... 91.3 mz A-
Báscula x-410 .................................... " .................................... I Bomba centrífuga 10.6%3/ h P = 0.284 kW.h 1
Las capacidades se tomaron con base en el Anáiicic de Mercado realizado al producto "Pigmento Naturai Rojo:Astaxantina" realizado por Andrés H.Pinz6n Ochoa como SeMcio Social a cargo de la Dra. Isabel Guerrero Legamta, M.C. Keiko Chirai Matusumoto y M.C. Octavio González Cacüiio (Mayo 1997)
De igual forma, el diseño del proceso se explicó en detalle en los puntos 4.6 y 6 de ACTIVIDADES REALIZADAS.
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Del presente trabajo se puede concluir que el proceso propuesto para la obtención de astaxantina a partir de cabeza de camarón es novedoso y según información obtenida mediante patentes en Internet, no está patentado ni en México ni en Estados Unidos. La tecnología empleada en él es limpia, de origen nacional y disponible.
RECOMENDACIONES
En la fase experimental: Seria conveniente probar otros tipos de solventes, además del hexano, para tratar de mejorar el rendimiento en la extracción. Convendría, de igual manera, probar otros anüoxidantes, además de la etoxiquina, para darle una mayor estabilidad a la oleoresina obtenida. En México, la legislación en materia ambiental es cada vez mas estricta, por lo que los resíduos de camarón agotado de pigmento no podrían ser desechados libremente. De tal manera que se podrían estudiar nuevas alternativas para la utilización de este desperdicio pudiendose producir harina de camarón o quitina o alguno de sus derivados.
En el análisis tecnológico: 0 Como ya se mencionó, el presente trabajo está sustentado por el análisis de
mercado de ‘lPigmento Natural Rojo:Astaxantina” y para poder llegar a una conclusión satisfactoria , se recomienda realizar un análisis financiero para evaluar economicamente y de forma global la tecnología y el proceso aqui analizado.
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BlBLlOGRAFlA
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22.Entrevlsta personal. Andrés G. Paredes OruZ. Coordinador del Area de Polltlca y Nonnativldad Credltlcla BANRURAL.
23,Entrevlsta personal. Lic. Antonlo Rosado. Gerente Gral de Annur S.A. de C.V. (Enero 97).
24.Entrevlsta personal. Aracell Rodrlguez. Depto de Adminlstraclón. lnsumos Mexicanos S.A. de C.V.
25.Entrevlsta personal C.P. Amando Garcla L6pez., Ing. Eduardo Hernandez. Admlnlstraclón de la Central de Abasto. Area pescados y mariscos. La Nueva Viga
2B.Entrevlsta personal. Bernardo Serrano. Jefe de Control de Calldad de Malta-Clayton S.A. de C.V. (Enero-97)
27.Entrevlsta personal. Dr. Francisco Villesid Alonso. Gerente de Operaciones. Bioqulmex Reka (Enero-97).
26.Entrsvlsta personal Ing. Gllberto MarUnaz. Ejeoutlvo de Cuenta. Slntex-Roche. (Enero-97)
29.Entrevlsta personal. Ing. Jalme Almazan de Is Rosa. Allmentos Balanceados El Pedregal. S. A. de C. V. (Enero-97)
3O.Entrevlsta personal. 8ióbgo Jesús Cendejas. Ailmentos Balanceados Purina. S.A. de C.V. (enero 97)
31 .Entrevista personal. MVL. Jesús Tellsz Arevalos. Gerente de Serviclos y Entrenamiento. Alimentos Balanceados La Haclenda. S.A. de C.V. (Novlembre-96).
32,Entreviata personal. Rafael Roik de Alimehtos Balanceados Malta-Clayton S.A. de C.V. (Enero- 9 7)
c ,+
. Casa abierta al tiempo
UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA DIVISION DE CIENCIAS BIOLOGICAS Y DE LA SALUD M. EN C ARTUKO PRECIADO LOPEZ SECRETARIO ACADEMIC0
A QUIEN CORRESPONDA:
Por medio de la presente se hace constar que el (la)
del Departamento de: Biotecnologfa de la División de Ciencias Biológicas y de la Salud, asesoró el siguiente Servicio Social:
TITULO: 'Análisis tecnol6gico de pigmentos carotenoides obtenidos de residuos de cabeza de camarón"
M. en C. KElKO SHlFiAl MATSUMOTO
ALUMNO: ANDREA PAREDES FUENTES
' MATRICULA: 91 334564
LICENCIATURA: ingeniería Bioquímica Industrial
PERIODO: 1 de julio de 1996 - 3 de junio de 1997
Se extiende la presente para los fines que al interesado convengan, en la Ciudad de México, D.F. a doce de Junio de mil novecientos noventa y siete.
A T E N T A M E N T,€
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UNIDAD IZTAPALAPA
Av. Michoachn y La Purisima, Col. Vicentina, D.F. C.P. 09340,Tel: (5) 72446-79, Fax (5) 612-6043