Suero lacteo

INSTITUTO ECNOL GICO DE PAC UCA DEPARTAME TO DE INGE INGENI NIER ER A QU

ICA

PROFEPA PROCURADUR A FEDERAL DE PROTECC AMBIENTE

N AL

“DESMINERALIZA IÓN DEL SUERO LÁCTEO POR M DIO DE INTERCAMBIO I NICO PARA SU REUTILIZACIÓN EN LA I DUSTRIA NESTLÉ, S.A.” RE IDENCIA PROFESIONAL José Luis Monterrubio Balderrama No. Control: 01200899 ASEROR INTERNO Dr. Juan Alfonso Castañeda Bravo

PACHUCA, HGO., AGOSTO-DICIE MBRE 2007

DESMINERALIZ ACI N DEL SUERO L CTEO POR INTERC RCA AMBIO MBIO I NICO NICO José Luis Monterrubio Balderrama

JUSTIFICACIÓN

Los gran grandes des esfu esfuerz erzoo que se están haciendo en todo el mundo ara reducir la contaminación de nuestro planeta, y así, asegurar un buen futuro de la h manidad, nos lleva a todos a sumar tareas en cada uno de nosotros. El problema de la ontaminación ambien ambiental tal es es algo algo serio serio qu qu tiene daños irreversibles, últimamente se han visto los grandes efectos ocasionados por el calentamiento global en toda la Repúbli ca Mexicana y el mundo. Como Como futur futuroo Inge Ingenie nierro Químico veo la necesidad de nuevas alter ativas en los procesos de transformación con el fin de disminuir las emisiones en uelo, agua y atmósfera. Y gracias a que se me ha brinda brindado do la oportuni oportunidad dad por parte parte de de l PROFEPA en mi proce proceso so de desa desarrol rrollo lo com como profesional y ser humano, puedo conocer y acer algo por los problemas que afectan a nuestro hermoso estado de Hidalgo. He aquí lo bueno para rea realizar est estee proyecto, y si sin duda, uda, adem además ás de lo ante anteri rior, or, los los gra grand ndes es bene benefificios a la flora, fauna, agricultura y ganadería ganadería , y habitantes de la región del Valle Valle de Acatlá .

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OBJETIVO GENERA



Desarr Desarroll ollar ar un un siste sistem ma de desmi desmine neral raliza izaci ción ón para para obten obtener er un suero lácteo con características y comp sición deseables para el consumidor (Nestlé, .A. de C.V.).

OBJETIVOS ESPECÍFICOS



Reducir la con aminación aminación al al verter verter el suero lácteo lácteo en en el suelo del Valle de Acatlán, Hidalgo.



Aprovechar el uero uero gene generad radoo por por los los quese queseros ros que confor conform m n la Unión de Productores de Lácteos del Valle de Tulancingo, A.C.



Dism Dismin inuc ució iónn d la ca carga co contaminante de de lo los ef efluentes, es especialmente de la conductividad.

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INTRODUCCIÓN

Nuestro planeta Tierra se formó formó hace 4 600 600 millones millones de años, años, apareci apareciió la vida hace unos 3 500 millones de años bajo bajo la for form ma de de org orgaanism nismos os unice icelul lulare ares y bac bacterias y desde hace hace 400 400 mil millo lone ness de años, años, l os organismos organismos vivos vivos empezaron empezaron a coloni colonizar zar los continentes. Por último, hace 100 000 añ s, apareció la especie humana y, más recien emente, unos 10 000 años años,, la la mi misma sma in ini ió el desarrollo de centros poblados, la a ricultura y la domesticación de animales y pla plantas. tas. Desd Desdee ese ese enton ntoncces la pob pobla lacción humana mundial ha venido creciendo continu mente y desde principios del Siglo XVIII, ha aumentado 8 vec veces, en este este año 20 2007 se se tiene registro registro de de poco mas mas de 6 500 millo millones nes de personas; la expectativa de vida se ha d uplicado y la actividad económica se ha glo balizado. Esto evidencia la evolución de la aza humana desde una posición de influencia influencia despreciable, hasta una posición actual de ran significación como agente de cambio glob l. La Ti Tierra en en su co conju to (aire, (aire, agua, agua, suelo y seres vivos) integra integra un solo cuerpo llamad llamadoo biosfer biosfera. a. Pese Pese a qu no todos los actos del hombre afectan a la biosfera, éste puede ser considerado como el principal principal transform transformador ador del medio medio ambien ambientt en razón del carácter y alcance de sus act ivida vidade dess rela relati tivvas al entorn torno. o. La acti actitu tudd del del h mbre hacia el medio ambiente se ha transformado gradualmente desde la exploración, hasta la explot explotac ación ión de los recurs recursos os del planeta. La práctic tica de explotación se gen gen ralizó a partir del Siglo XVII, dando origen a un proc proces esoo de de det deter erio ioro ro cada cada vez vez más más impo import rt nte del medio natura naturall y del ambie ambiente nte hast hast que, hace pocos años, en varias regiones se empezó a evidencia evidenciarr el el agotam agotamiento iento d e los suelos, los cursos de agua contamin dos, algunas

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DESMINERALIZACI N DEL SUERO L CTEO POR INTERCAMBIO I NICO José Luis Monterrubio Balderrama

especies animales y vegetal s a punto de extinguirse, la destrucción de bosques, las ciudades poco habitables, etc . Por otra parte, la tec ología moderna ha aumentado la cantidad de productos de desecho, que se convierten n contaminantes. Incluso, algunas de esas sustancias que ayudan al desarrollo agrícola, industrial y al cuidado de la salud tienen efect s secundarios adversos que se han reconocido mucho después de haberlas puesto en uso. En síntesis, los componentes de este crecimiento poblacional y la gl obalización de la actividad humana que tien n un mayor impacto en el medio ambiente son : 

Las excretas, propias e su naturaleza de ser vivo,



La agricultura,



La energía,



La industria, en este aso la contaminación es un fenómeno global que afecta al ambiente industrial int erno y a los medios receptores externos (agua, aire, suelo). Algunos efluentes de la industria, en particular la industria de pro uctos lácteos,

forman parte de los contami antes más severos que existen, tal es el cas del suero de leche, un subproducto de la manufactura de quesos, caseína, caseinatos

mantequilla,

que representa del 80 al 90 por ciento del volumen del lácteo transformado por la industria lechera y que para su tratamiento biológico demanda una elevad a cantidad de oxígeno, de 60,000 mg DQO l (F. Omil y F. Morales, 1996). La producción mundial anual estimada de suero lácteo es d e aproximadamente 145 millones de toneladas . En México, en el año 2002 se produjeron 9.6 millones de toneladas de leche, cifra que no alcanzó a satisfacer la demanda, por lo que se tuvieron que importar cerca de 4.8

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millones de toneladas. De l disponibilidad de leche, el 71 % se destina al consumo humano como leche liquida y el 29 % restante a la industria. De la leche qu e se destina a la industria, 7 % es para pro ucir yogurt, 81 % para quesos, 11.5 % para m antequilla y el 0.5 % para helados y otros productos. El suero lácteo generado en la laboración de queso es unas nueve veces el volumen de queso, el suero lácteo produciido en México contiene aproximadamente 5 mil toneladas de lactosa potencialmente tra sformable y 9 mil toneladas de proteína po tencialmente recuperable. A pesar de los múl iples usos del suero lácteo, 47 % es desca gado en suelo, drenajes y cuerpos de agua, ornándose en un serio problema para el am iente. El estado de Hidalgo tiene una actividad de producción láctea y sus erivados muy importante, dado que ocupa l octavo lugar en la República Mexicana en la producción de leche, con 411.1 millones de litros en el 2004 y aporta el 4.2 % de la pro ucción a nivel nacional; la industria quese ra, en particular, de la región del Valle de ulancingo ha considerado durante mucho s años el suero lácteo como un producto de desecho. Tradicionalmente, una parte el suero lácteo producido en la zona se ha ido empleando en la alimentación de cerdos, pe o el resto se vierte a ríos y desagües. En un estudio realizado por la Universidad Autónoma de del Estado e Hidalgo, en 49 empresas monitoreadas del Valle de Tulancingo, arroja un dato pr omedio de la demanda química de oxige o (DQO) de 27,448 mg/L (Hernández et. al ., 2003). Si estimamos que la relación D O/DQO en una empresa quesera es de 0.6 ( Danalewich et al.,

1998), la descarga prom dio en DBO sería de 16,469 mg/L que supera más de 100

veces la NOMECOL-001-1996 que es de 150 mg/L DBO.

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Cuando un compuesto con una alta demanda bioquímica de oxíg eno, como el suero lácteo, se vierte a u sistema ecológico acuático como un río o un lago, los microorganismos que lo degr dan necesitan una gran cantidad del oxígeno disuelto en el agua, y si la cantidad de é te baja significativamente, se producen olor s fétidos por putrefacción y se provoca la

uerte por asfixia de la fauna de estos ecosiste as.

Debido a las nuevas tendencias de conservación del medio ambi nte ya no se permite este tipo de práctic , por lo que es importante, buscar nuevas lternativas de usos de estos desechos para u posterior aprovechamiento.

Foto: Acatlán, Hgo (06-10-07) El suero lácteo es vertido en ríos y desagües causando un daño irreversible en el sistema ecológico de la región.

En este sentido, se h n elaborado diferentes proyectos de investig ción sobre el aprovechamiento del suero lácteo, pero no se ha encontrado una sol ción real del problema debido a que las co diciones económicas y/o de aplicación no son adecuadas. El suero lácteo es un limento que tiene un excesivo sabor salado. Si se reduce su contenido mineral, aumentan las posibilidades de utilización del suero lácteo. La reducción se puede llevar a cabo por d s procesos: por electrodiálisis y por intercambi iónico. Estas -6-


técnicas son unas de las etapas en la producción de proteínas del suero lácteo. En la electrodiálisis, las sales ionizadas en solución, en el suero lácteo, migran ba o el efecto de un campo eléctrico, a través de las membranas selectivamente permeables a los cationes y a los aniones, y se eliminan en forma de salmuera. En el intercambio iónic , se utiliza un equilibrio iónico entre una resina, en calidad de fase sólida, y el s ero lácteo a desmineralizar, en calidad de fase liquida, absorbiéndose, los iones, sobre l resina, de la misma naturaleza, en el

omento de la fase de saturación y, a continuación,

regenerándose las resinas. El suero lácteo desmineralizado con un contenido en peso de mineral s máximo del 1% es el producto mas utiliz ado; es un suero lácteo desmineralizado en n 90% de su contenido mineral normal. L desmineralización del suero lácteo por intercambio iónico ofrece posibilidades muy inte resantes, debido a que requiere poca inversi n inicial, pero sus gastos de mantenimiento son elevados. Lo más caro de esta técnica son los productos usados para la regeneración e las resinas. Tradicionalmente, el a provechamiento industrial del suero lácteo se ha basado en la recuperación de las fracci nes con mayor interés desde el punto de vista industrial, principalmente proteínas y l actosa. La instalación de una planta de re uperación de fracciones del suero lácteo e una alternativa viable en el caso de industrias grandes con volúmenes elevados de suer o lácteo, ya que para industrias de dimensiones pequeñas supone un elevado coste eco ómico. La desmineralización del suero lácteo no presenta un interés particular pero permite aumentar las posibilidades de aprovechamiento de las fracciones obtenidas. El

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suero lácteo desmineralizado no es un producto común, se fabrica sobre pedido y las mayores cantidades se destinan a la fabricación de leche maternizada. Los lientes suelen especificar el contenido miner al y la composición del producto que desean.

Bibliografía Amiot, J. “Ciencia y Tecnología de la Leche”. Editorial Acribia, Zarago a, 1991. Campos Montiel, R. “ lternativas para el tratamiento del suero lácte ”. Universidad Autónoma del Estado e Hidalgo (UAEH), 2007. Spreer, E. “El suelo lác teo y su aprovechamiento.” Lactologia industri l. Ed. Acribia, Zaragoza, 1991. Cuevas Reyesa, V. “A diagnosis of the milk agrifood chain in the Sta e of Hidalgo”. Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), Campo Experimental achuca, 2006. “Tratamiento y Reutili ación del Suero de Leche”. Revista Conversus, No. 10. Abril 2002. IPN. México NOM-ECOL-001-1996. “Límites máximos permisibles de contami antes en las descargas de aguas residuales en aguas y bienes nacionales”. Edi ada el 30 de octubre de 1996.

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EMPRESAS QUESER AS EN EL VALLE DE TULANCINGO Ubicación de la región del Valle de Tulancingo La zona del Valle de ulancingo esta ubicada en la parte alta dentro de la Cuenca del Río Amajác esta se encu ntra ubicada en el Estado de Hidalgo, perten ce al Consejo de Cuenca del Pánuco – Región Hidrográfica IX-3 (Fig. 1). Esta cuenca tie e un área de 6,954 Km2 y es un sistema de drenaje que ha experimentado evolución en el tiempo, debido a la gran demanda d l recurso hídrico por los usuarios de los municipios de esta zona. La cuenca del Amajác consta de 37 municipios, que están repres entativamente dentro de la cuenca. Los prin cipales cauces son: el río Cocula que después se transforma en el río Metztitlán y que se une con el río Amajác.

Cuenca del Río Amajac

Zona del Valle de Tulancingo

Fig. 1. Ubicación de la Cuenca del Río Amajác - Estado de Hidalgo Fuente: Estado de Hidalgo. Comisión Est tal de Agua. Consejo de Cuenca IX. 2000.

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En la región del Valle de Tulancingo se realiza una acelerada activi ad en el área del proceso de quesos que contribuye al desarrollo económico de la zona, n obstante, no se conoce con exactitud la cantidad de litros de leche procesados, pero se estima la producción de medio millón de litros diarios de suero lácteo según diversas fuentes. De la totalidad del suero lácteo generado, se considera que un cierto porcenta e es utilizado para la alimentación animal, sin embargo, la cifra del suero lácteo que es vertido al drenaje está desestimada, por lo que una gran cantidad de suero lácteo se desecha a los ríos y zanjas de la región, pr vocando así una gran contaminación no solo el suelo, sino del aire, además, crea focos de contaminación debido a que se encuentran innumerables grupos de bacterias patógenas entéricas. Esquema del suero lácteo en la zona del Valle de Tulancingo El suero lácteo, lactos ero, suero láctico o suero de leche, es rico e lactosa (5 % p/v), proteínas solubles (0.8 p/v), materia grasa (0.3 % p/v) y sales min rales (0.55 % p/v) (J. Amiot, 1998). Dependiendo del táctica empleada en la fabricación del queso, se tendrán diferenciaciones imp rtantes en la composición del suero lácteo (Veisseyre, 1986). El suero lácteo es un problema debido a que es un subproducto que se genera en grandes cantidades y la mayor parte de la población no le da ninguna utilidad, por lo cual, es vertido en las aguas residual s de las plantas queseras (Ver Anexo I). Las características del agua residual de una pla nta de lácteos pueden ser muy diferentes de endiendo del tipo de productos que se elaboran, la principal contribución para la carga or ánica en este tipo de agua residual son la la ctosa, proteínas y grasa (Hansen y Hwang, 19 0). En este sentido, se h n elaborado diferentes proyectos de investig ción sobre el aprovechamiento del suero lácteo, pero no se ha encontrado una sol ción real del problema debido a que las c ndiciones económicas y/o de aplicación no s n adecuadas. Además, se han realizado es udios de caracterización y estimación del volumen de suero lácteo en la región del Vall de Tulancingo por parte de estudiantes y profesores de instituciones de educación su erior. En una investigación realizada por el Instituto de Ciencias Agrop cuarias de la UAEH y con datos del Consejo Estatal de Leche (CEL) y de la Unión de Productores - 10 -


Lácteos del Valle de Tulancin o, A.C. (UNPROLAC), se tiene que las industri s productoras de queso en la región son de 67 empresas, las cuales se clasifican n: pequeñas, medianas y grandes, que pro esan respectivamente hasta 2,499 lt, de 2,500 hasta 9,999 y 10 mil o más litros de leche p r día, el 44.5 % son pequeñas, las medianas, representan el 29.1 % y las grandes el 26.4 %. Estas 67 empresas se ubican en 4 municip ios de la zona y procesan más de 500 mil litros por día. Se encontró que el 61% de las empresas queseras se encuentran en el municipio de Acatlán, el 30% en Tulancingo de Bravo y el 9% en los municipios de San tiago Tulantepec de Lugo Guerrero y Cuautep c de Hinojosa (Fig. 2). Unió Unión de Productores ácteos del Valle de Tulancingo UNPROLAC Acatlá Acatlán

ulancingo

41 empresas 339,510 lt/día

0 empresas 188,300 lt/día

Santiago Tulantepec 4 empresas 4,300 lt/día

Cuat Cua epec 2 em resas 2,100 lt/día

Fig. 2. Núm ro de empresas queseras en el Valle de Tulancingo y cantida de leche procesada al día según la UNPROLAC

La estimación del vol men de leche procesada de acuerdo a la UNP ROLAC fue de 534,310 L/día. Se sabe que or lo general el 90% de la leche procesada n la industria quesera es suero lácteo. Por tanto, la estimación de la producción de suero lácteo resulta ser de 480,879 L/día. Como se puede observar en la Figura 3, cerca del 0% del suero lácteo de leche obtenido de las empresas queseras es reutilizado, princi almente esta destinado para la alimentación animal y para la elaboración de requesón. a elaboración del requesón consiste en precipitar las proteínas del suero lácteo y se forma una masa mantecosa, de consistencia landa y color blanco, que es el requesón, el ual es mucho más rico en proteínas -lacto lobulina y lactoalbúmina-, características del uero lácteo y más completas o de mayor alor biológico que otras proteínas lácteas. Si embargo, la

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elaboración de requesón no limina la lactosa, que es el componente más contaminante en el suero lácteo (Fig.3). 0.005 Alimento de animales

0. 5

Requesón 0.47

0.275

Otros Vertido

Fig. 3. Porcentaje de la disposición del suero lácteo en el Valle de Tulancingo.

En el Valle de Tulancin go, las empresas queseras enfocan su mayor producción en el queso Oaxaca, seguida del requesón (Grafica 1).

100%

0.836 Queso Oaxaca

80% 60%

Reque ón

40%

0.115

0.049

20% 0%

Otros uesos o a s c e a u x a Q O

n ó s e u q e R

s s o o r s t e O u q

Grafica 1. Porcentaje de quesos producidos en la región del Valle de Tulancin o

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Grafica 2. Porcenta je de número de empresas por grupo y consumo de lech .

Análisis de las agu s residuales de las empresas queseras del Valle de Tulancingo El análisis de las agua residuales se llevó a cabo con la esquemátic de los cuatro grupos de empresas descrito anteriormente. Los resultados se muestran n la siguiente tabla.

Tabla 2. Demanda química de oxigeno de las aguas residuales vertidas por las empresas queseras del Valle de Tulancingo

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El promedio de la de anda química de oxigeno de las 49 plantas f e de 27, 448 mg/L. Si estimamos que la relación DBO/DQO en una empresa quesera es de 0.6 (Danalewich et al . , 1998), l a descarga promedio en demanda bioquímica de oxígeno (DBO) sería de 16,469 mg/L que supera más de 100 veces la NOM-ECOL- 01-1996 (que es de 150 mg/L DBO). En la Tabla 3 se obs rva el promedio de los análisis de aguas residuales de las plantas que descargan a la ed municipal los cuales se regulan por la N M-ECOL-0021996. Superan cuando meno diez veces los máximos permisibles en sólido s suspendidos totales, y en promedio los sólidos sedimentables y el pH cumplirían con la n rma. Para los coliformes fecales no aplica. Con las cargas que tienen se requiere de cua do menos de un tratamiento fisicoquímico dos tratamientos biológicos.

Tabla 3. Demanda uímica de oxigeno de las aguas residuales vertidas por l s queseras del Valle de Tulancingo

Las empresas queseras que vierten sus aguas residuales en los arroyos locales en promedio sus aguas están

ás contaminadas que las que vierten en la red municipal

(Tabla 4). Además de ser regidas por la NOM-ECOL-001-1996 les

ide máximos

permisibles en coliformes fec les. En este caso en único parámetro que cumplen es el pH. Los tratamientos requeridos ara estas empresas serían un tratamiento fisicoquímico, dos

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tratamientos biológicos y una desinfección. Por tanto, su tratamiento se incrementaría en comparación a los que tienen drenaje.

Tabla 4. Demanda química de oxigeno de las aguas residuales vertidas por las empresas queseras del Valle de Tulancingo

La contaminación que generan estas empresas equivale aproximada ente a lo que vierte una población de 18 ,000 habitantes. Las descargas analizadas estaban cuatro veces más contaminadas que las muestras analizadas en una empresa que r húsa el suero lácteo en el valle de Tulanci go. Lo anterior sugiere que la mayoría de las empresas del valle de Tulancingo vierten el suero lácteo en sus aguas residuales sin cum lir las Normas Oficiales Mexicanas. Al no rehusar el suero lácteo el tratamiento de esta agua se hace más complejo y costoso ya que aumenta en orma considerable la contaminación. Por ello e recomienda reutilizar el suero lácteo en la alimentación animal, ya que en el valle de Tul ancingo existe una importante actividad d e bovinos, y tratar sus aguas residuales con sistemas anaerobios antes mencionados para producir agua de riego y poder c mplir con las Normas Oficiales Mexicanas. Para determinar el u o que se le puede dar a este subproducto es necesario conocer las características fisicoquímicas y microbiológicas en cada caso. - 16 -


Los principales proces s fisicoquímicos para el tratamiento de suero l cteo son: 1. Conservación del suero líquido 2. Producción de una arina (deshidratación) 3. Producción de proteína (WPC por sus siglas en inglés). La desmineralización del suero lácteo no presenta un interés particular pero permite aumentar las posibili ades de aprovechamiento de las fracciones obtenidas, como lo es del caso de producción e proteínas.

Bibliografía Amiot, J. “Ciencia y Tecnología de la Leche”. Editorial Acribia, Zarago a, 1991. Campos Montiel, R. “ lternativas para el tratamiento del suero lácte ”. Universidad Autónoma del Estado e Hidalgo (UAEH), 2007. NOM-ECOL-002-1996. “Límites máximos permisibles de contami antes en las descargas de aguas r siduales a los sistemas de alcantarillado urba o municipal”. Editada el 9 de diciem re de 1997. Veisseyre, D. “Lactol gía técnica, composición, recogida y trasformación de la leche”. Editorial Acribi , España, 1986. Unión de Productore Lácteos del Valle de Tulancingo (UNPRO AC). Acatlán, Hidalgo.

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COMPOSICIÓN Y E TRUCTURA DE LA LECHE La leche es un líquido complejo que contiene muchos componentes en diferentes estados de dispersión; comprender sus propiedades y los muchos cambi s que en ella suceden exige el conocimiento de todos sus componentes y de los efe tos que unos ejercen en otros. La leche es una secreción de las glándulas mamarias de l s hembras de mamíferos elaborada para la nutrición de sus crías. La leche posee u na estructura relativamente simple sus p incipales elementos estructurales se muest an de forma esquemática en la figura 4. L a composición de la leche determina su calidad nutritiva, su valor como materia prima para fabricar productos alimenticios y m chas de sus propiedades.

Fig. 4. Leche o servada en diferentes aumentos, se aprecia el tamaño elativo de los elementos estructurales.

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La composición exacta de una muestra de leche únicamente se pue e conocer por medio de su análisis químico , ya que los datos de la figura 5 son solo a roximaciones, pues estos varían en función e múltiples factores. Fig. 5. Composición y estructura de la leche. Cantidades medias aproximadas en 1 kg de leche.

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Los componentes pri cipales (Tabla 5) son los que se encuentran en mayor concentración; sin embargo, o son necesariamente los más importantes. P r ejemplo, las vitaminas, que se encuen tran en concentraciones pequeñas, son utritivamente importantes; las enzimas son catalizadores importantes de las reacciones deteriorantes y algunos componentes menor s contribuyen mucho al sabor de la leche.

Tabla 5. Composición aproximada de la leche. ¹Rara vez se superan estos valo es.

La lactosa es el azúcar característico de la leche; posee también otros carbohidratos pero solo en antidades vestigiales. La lactosa es un disac rido reductor constituido por glucosa y gal ctosa; da a la leche un sabor ligeramente dulce y constituye la principal fuente de carbo o de la mayoría de los microorganismos que crecen en la leche. La grasa de la lech la forman numerosos lípidos diferentes; l s triglicéridos suponen más del 98 % de la grasa láctea. Entre otros lípidos presentes en la leche están: el colesterol, diglicéridos, ácidos grasos libres, fosfolípidos y cerebrósid s. Los ácidos

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grasos que forman parte de l s lípidos de la leche son muy variados, poseyendo de 4 a 20 átomos de carbono y de 0 a dobles enlaces. Existen diversos tipos de proteínas lácticas que se clasifican como ca eína (que son insolubles a un pH de -5) y proteínas del suero. Las primeras representan aproximadamente el 80 % de las proteínas lácteas. La leche contiene numer sas proteínas menores, especialmente enziimas, que son despreciables por su peso pero no por su actividad. A veces el contenid o proteico se calcula simplemente multiplicando el nitrógeno total por cierto factor. Sin e bargo, debe recordarse que aproximadamente el 5 % del nitrógeno total de la leche, al que se denomina nitrógeno no proteico, s presenta en forma de moléculas pequeñas. Los minerales de l leche son principalmente sales inorgánicas; parte se encuentran ionizadas y parte en forma de sales complejas. Parte de la materia inorgánica, como los fosfatos, se une covalentemente a las proteínas. La leche se inci era, a veces, para determinar su contenido mineral; las cenizas no representan en realid d las sales de la leche ya que las inorg ánicas se destruyen durante la incineraci n y algunos componentes no salinos (po ejemplo, el azufre de los aminoácidos) con ribuyen a las cenizas. La leche contiene o tros muchos elementos en cantidades vestigiales; la leche fresca tiene sales de ácidos o gánicos: el citrato es la más importante. Probablemente la le he contiene, en total, del orden de 100, 000 especies moleculares distintas, pero la mayoría de ellas no se han identificado y ni si uiera aislado: su existencia se infiere única ente de una reacción u otra evidencia circunst ncial.

Bibliografía Amiot, J. “Ciencia y Tecnología de la Leche”. Editorial Acribia, Zarago a, 1991. Veisseyre, D. “Lactol gía técnica, composición, recogida y trasformación de la leche”. Editorial Acribi , España, 1986.

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DEFINICIÓN Y CAR CTERISTICAS DEL SUERO LÁCTEO El suero lácteo es un lí quido resultante de la coagulación ó acidificaci n de la leche, tras la separación de la cas ína y de la mayor parte de la grasa, se ha isto como un subproducto obtenido en la elaboración de quesos, es un líquido amarillento y opalescente. El suero contiene gr n cantidad de constituyentes nutricionales omo lactosa, albumina y la mayor parte d los minerales de la leche. Además presenta características funcionales para ser procesa o como alimento para los seres humanos. Si embargo, es muy común que el suero sea utilizado en la alimentación de animales como cerdos y aves, principalmente a su alto cont nido de vitamina B2 (rivoflabina).

Fig. 6. Distribución de las proteínas de la leche de vaca.

En la figura anterior s observa que las proteínas del suero son solu les en agua y forman cerca del 15 al 20 % de las proteínas lácticas. Por otra parte el su ro representa cerca del 82.2 % (los valores varían dentro del rango del 80 al 90%) del volumen total de leche usada en la producció de quesos y contiene la mayor parte de l s compuestos solubles y una pequeña parte de los compuestos insolubles de la leche, lo ue representa aproximadamente la mitad de los sólidos totales presentes en ella. La composición del su ro varia dependiendo del tipo de queso del cual provenga el suero. Existen dos principal s variedades de suero lácteo producidas, el suero dulce procede de la coagulación po la acción enzimática de la renina (enzima qu se extrae del

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cuarto estómago de las tern ras) sobre leches no ácidas, produciendo quesos de pastas prensadas y pastas cocidas c mo es el tipo “cheddar”, “manchego”, “chihua ua”, etc., que presentan una coagulación rápida, cuya acidez varía de 15 a 25ºD (ºD = Gr dos Dornic) y suero ácido que se obtiene d la fabricación de quesos de pastas frescas y astas blandas como son el tipo “Cottage”, “Ricotta”, “Requesón”, “Oaxaca”, etc., que resentan una coagulación lenta, así como e la fabricación de caseína láctica. El suero l ácteo tiene la composición promedio que se muestra en el Tabla 6, dependiendo del roceso de su elaboración.

Tabla 6. Composición media del suero lácteo.

En la tabla anterior s observa los componentes nutritivos tales como proteínas, carbohidratos y minerales q e el suero ofrece, se puede destacar que el suero es una materia prima de alta calid d nutritiva para la alimentación humana. or lo que es recomendable procesar el su ro de la manera más eficientemente posible con la finalidad de aprovechar al máximo sus componentes nutricionales. Por otra parte, c ando el suero es desechado al ambiente, c usa gran impacto a los sistemas acuíferos cercanos, ya que la demanda biológica de oxigeno es de aproximadamente 40,000 mg/L, mi ntras que las

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aguas residuales para lácteo deben estar por debajo de los 150 mg/L s gún la NOMECOL-001-1996. La DBO se define como la necesidad de oxigeno para la descom osición de la materia orgánica que aporta las aguas residuales vertidas en un cuerpo d agua limpio. La DBO aumenta conforme umentan las cantidades de materia orgánica, lo que causa una disminución de la cantida d de oxigeno disuelto en el agua. Lo anterior d ebido a que el oxigeno es utilizado para la oxidación de la materia orgánica. Al pr sentarse una disminución en el O 2 disponiblle se genera un deterioro en la vida macro y micro acuática. Valores altos de DBO indican que existe poca cantidad de oxigeno en el medio y esto genera cantidades excesivas de algas, muerte de peces, malos olores y sabores desagradables. Al existir una antidad grande de materia orgánica se propicia la formación de algas, las cuales tienen do efectos negativos sobre la vida acuífera: a) Utilizan el oxigeno disuelto en el agua; b) No permiten el paso de la luz solar a través de la superficie dell agua, lo que inhibe la fotosínte is del plancton, siendo éste último un alimen o básico para muchos organismos acuáticos. Cuando no se desech el suero, es utilizado para la alimentación an imal en forma liquida o procesado como suero en polvo como complemento proteico. Si embargo, el aprovechamiento de los componentes del suero para la alimentación humana se puede lograr mediante la elaboración de bebidas (café proteinizado), la adición a productos de panadería o carnes proteicas la fabricación de queso. La alternativa de aprovechamiento que en la cual se basa este trabajo es la desmineralización, la cual co siste en reducir el contenido mineral del suer mediante un tratamiento de intercambio iónico o bien por electrólisis. El suero desmineralizado se utiliza para producir suero n polvo para destinarlo a formar de los ingredientes de alimentos para niños o en la fabricación de chocolate para recubrimientos, por citar algunos.

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Bibliografía Amiot, J. “Ciencia y Tecnología de la Leche”. Editorial Acribia, Zarago a, 1991. Veisseyre, D. “Lactol gía técnica, composición, recogida y trasformación de la leche”. Editorial Acribi , España, 1986. Campos Montiel, R. “ lternativas para el tratamiento del suero lácte ”. Universidad Autónoma del Estado e Hidalgo (UAEH), 2007. NOM-ECOL-002-1996. “Límites máximos permisibles de contami antes en las descargas de aguas residuales a los sistemas de alcantarillado urban municipal”.

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ASPECTOS GENERA ES DEL INTERCAMBIO IÓNICO ¿QUÉ ES EL INTERC AMBIO IÓNICO? Las operaciones de i tercambio iónico son básicamente reaccione químicas de sustitución entre un electrolit en solución y un electrolito insoluble con el c al se pone en contacto la solución. En otr s palabras, el intercambio iónico es una reacción química reversible, que tiene lugar cu ndo un ion de una disolución se intercambia or otro ion de igual signo que se encuentra nido a una partícula sólida inmóvil. El mecanismo de estas reacciones y las técnicas utilizadas para lograrlas son tan parecidos a los de adsorci n que, para la mayoría de los fines de Ingeniería, el intercambio iónico puede c onsiderarse simplemente como un caso e pecial de la adsorción.

Principios del intercambio iónico Los sólidos intercambiadores de iones que se utilizaron inicial ente fueron minerales porosos, naturales y sintéticos, que contenían sílica: las zeolitas, como por ejemplo el mineral Na 2O.Al2 3-4SiO2.2H2O. Los iones cargados positivamente (cationes) de una solución que son cap ces de difundirse a través de los poros se int rcambian con los iones Na+ de este miner l; por lo tanto, este último se llama un inte cambiador de cationes. Por ejemplo:

Ca2+ + Na2R

CaR + Na+

en donde

representa el

residuo de la zeolita. De esta manera, se puede ablandar agua “dura” que ontiene Ca2+, poniéndola en contacto con l a zeolita; el menos problemático Na + reempl za al Ca2+ en

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solución y este último queda i nmovilizado en el sólido. La reacción es reversi le, y después de la saturación de la zeolita con Ca2+, aquella puede regenerarse poniéndola en contacto con una solución salina.

Ca + 2NaCl

Na2R + CaCl2

Recientemente se han fabricado algunos intercambiadores catiónico carbonáceos mediante el tratamiento de sustancias como carbón con reactivos del tipo de ácido sulfúrico fumante y otros similares. Los intercambiadores resultantes pueden regenerarse a su forma con hidrógeno, H , por tratamiento con ácido y no con sal. Así, el agua dura q ue contiene Ca(HCO3)2, contendrá H2CO3 después de la eliminación del Ca 2+ por in ercambio; puesto que el acido carbónico s elimina con facilidad mediante procedimi entos de desgasificación, el contenido total e sólidos del agua puede reducirse de esta forma. Las primeras aplicaciones de los int rcambiadores iónicos que utilizaron estos principios estaban bastante limitadas a los problemas de ablandamiento de agua. En 1935, se introduj ron los intercambiadores iónicos de resinas intéticas. Por ejemplo, puede considerarse que ciertas resinas poliméricas insolubles, intéticas, que

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contienen un grupo sulfónico, carboxílico o fenólico, constan de un anión m y grande y un catión reemplazable o intercambiable. Éstos pueden presentar intercambio del siguiente tipo

Na+ + HR

NaR + H+

Además, se pueden i ntercambiar diferentes cationes con la resina, con relativa facilidad. El Na + inmovilizado en la resina puede intercambiarse con otros ationes o con H+, por ejemplo, al igual q e un soluto puede reemplazar a otro adsor ido sobre un adsorbente tradicional. En fo ma similar, las resinas poliméricas insolubles que contienen grupos amina y aniones pu eden utilizarse para intercambiar aniones e

solución. El

mecanismo de esta acción videntemente no es tan simple como en el caso de los intercambiadores catiónicos; sin embargo, para los fines presentes se pu de considerar simplemente como un interca mbio iónico. Por ejemplo,

R H3OH + Cl-

RNH3Cl + OH-

H+ + OH-

H 2O

en donde RNH, representa l parte catiónica inmóvil de la resina. Estas r sinas pueden regenerarse por contacto con soluciones de carbonato o hidróxido de sodio.

Las resinas sintéticas intercambiadoras de iones se encuentran en gr n variedad de formulaciones de diferente oder intercambiador; generalmente, se enc entran en la

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forma de sólidos o perlas gra ulares, finos, de 16 a 325 mallas. Con frecuen ia, cada perla es una esfera perfecta.

Intercambiadores i nicos orgánicos Clasificación de las esinas inorgánicas 1. Resinas orgánica naturales Existen varios polímeros naturales que actúan como intercambia ores iónicos, como celulosa, ácido algínico, chitina, chitosan, dextrano y agarosa, y tam ién derivados de éstos. Chitina y chitosan so dos polisacáridos naturales que han mostrado excelentes propiedades en la fijación de metales. La chitina es un polímero lineal de alto peso molecular de la N-acetil-D-gl cosamina, que abunda en las paredes celulares de algunos hongos y en el caparazón e crustáceos como cangrejos, langostas y l ngostinos. El chitosan es un derivado de la chitina que se obtiene por hidrólisis de sta última, y consiste en uniones de D-glu cosamina. La presencia de nitrógeno en su e tructura hace que sean susceptibles de em learse como polímeros quelatantes de metales.

Estructura del chitosan

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El ácido algínico es un polisacárido lineal formado por dos monómer s, el ácido Dmanurónico y el ácido L-gulu ónico. Es un componente del esqueleto de las algas pardas, de donde se aísla. Debido a sta función de soporte, el ácido algínico dest ca por ser un polímero fuerte y a la vez flexible, propiedad que ha determinado su aplicaciones industriales. El ácido algínico pued e ser soluble o insoluble en agua dependiend del catión al cual se asocie su sal. Las ales sódicas, amónicas o de otros metales alcalinos son solubles, mientras que las salles de metales polivalentes, como calcio, son i nsolubles, con la excepción del magnesio. Los cationes polivalentes se unen al polím ro allí donde encuentran dos residuos de ácido gulurónico cercanos, por lo que se consi era que estos cationes son los responsables del entrecruzamiento de la cadena polimérica. Esta afinidad por los cationes polivalentes unida a la insolubilidad del polímero resultante, indican su posible aplicabilidad como ext ractante de metales. Los polisacáridos dextrano y celulosa son polímeros de D-glucosa, ( 1-6)-glucosa y b(1-4)-glucosa respectivamente. La agarosa es un polisacárido preferentemente neutro y es el componente que determina el poder gelificante del agar. Consist en cadenas alternadas de D-galactosa-3,6-3,6-anhidro-L-galactosa. La celulosa natural tiene propiedades intercambiadoras debido al pe ueño número de grupos carboxilo que contiene su estructura. Se emplea como estruct ra base para, mediante derivatización,

ar

lugar

a

intercambiadores

catiónico ,

carboximetilcelulosa, o anióni os, como la dietilaminoetil (DEAE) celulosa.

- 30 -

como

la


El dextrano se hace reaccionar con epiclorhidrina que actúa entr ecruzando las cadenas para dar polímeros d e estructura tridimensional. Los tres son matrices comunes empleadas en cromatografía de inte cambio iónico y en la separación de prot ínas ya que al tener poros de gran tamañ permiten la separación de biomoléculas c rgadas. Estos intercambiador s se conocen también por sus nombres comerciales, Sephadex (dextrano), Sephar se (agarosa) y Sephacel (celulosa).

2.- Resinas orgánic s sintéticas Las resinas sintéticas de intercambio iónico consisten en una ma riz polimérica reticulada por la acción de un agente entrecruzante y derivatizada con grup s inorgánicos que actúan como grupos funcionales. Son los materiales más habi uales en las aplicaciones de intercambio i nico en la industria. Como ya hemos mencionado, el desarrollo de las resinas sintéticas c menzó con la síntesis de las mismas mediiante polimerización por condensación (fenol formaldehido, epiclorhidrina-amina) y, pos teriormente, se sintetizaron mediante poli erización por adición. La mayoría de las r sinas comerciales están basadas en la estru tura estirenodivinilbenceno, debido a su b ena resistencia química y física y a su estabili ad en todo el rango de pH y a la temperat ra. También se emplean matrices poliméricas basadas en el ácido acrílico o metacrílico.

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Polico densación entre fenol y formaldehido

Polimerización entre el divinilbenceno y el ácido metacrílico

En el proceso de fabri ación de la matriz polimérica, estireno y divini lbenceno, que son insolubles en agua, se

ezclan mediante un agitador a una velocidad que rompe la

mezcla en pequeñas esfera . Estas esferas a medida que transcurre l reacción se endurecen formando perlas esféricas, que es la forma en la que se suelen p resentar estas resinas. En este punto, el cop olímero no esta funcionalizado. El entrecruzamiento onfiere a la resina estabilidad y resistencia mecánica, así como insolubilidad. El grado e entrecruzamiento es un factor importante de controlar ya que no sólo determina las pr piedades mecánicas de la resina, sino tambié su capacidad de hincharse (swelling) y de a bsorber agua. El hinchado del polím ro se produce cuando el disolvente penetra e los poros de la estructura polimérica, ens anchándolos y abriendo, por tanto, la estruc ura. A simple

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vista, se observa un aument en el volumen que ocupa la resina. El proce o de swelling favorece la permeabilidad de iones en la matriz de la resina y mejora la acc sibilidad a los grupos funcionales. Como in onveniente, el aumento de tamaño de la res ina puede dar problemas de exceso de presión si la resina está empaquetada en una colu na y también, que la resina sufra procesos e hinchado y deshinchado puede, con el tiempo, afectar a la estabilidad mecánica del polí ero. Hay dos formas de ob ener una resina de intercambio iónico funciona lizada: 1. Incorporar el grupo funcional durante la polimerización, por ejem lo empleando monómeros ya funcionalizados. 2. Primero se lleva a c bo el proceso de polimerización y después de introducen los grupos funcionales sobre la

atriz polimérica mediante las reacciones quími as oportunas,

como sulfonación o cloración-aminación. A pesar de que con l primer proceso se obtiene resinas más ho ogéneas, las limitaciones que provoca el ntrecruzamiento hacen que el proceso más utilizado sea el segundo. Sobre los polímeros y funcionalizados pueden realizarse otras reacciones químicas para llevar a cabo su deri atización y obtener resinas con grupos fu cionales más específicos que permitan aplicaciones más concretas.

Las resinas pueden clasificarse en función de:



Estructura de l red polimérica

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

Tipo de grupo uncional

Tipos de resinas de int ercambio iónico según su estructura de red:

1. Tipo gel: Tam ién conocidas como resinas microporosas ya ue presentan tamaños de poro relativamente pequeños.

En estas resi as el fenómeno swelling es muy importante, ya que se hinchan en m yor o menor medida en función del porcent je de agente entrecruzante mpleado durante la polimerización y del disolv nte en el que se encuentre la resina. Por ejemplo, una resina con baja proporción de divinilbenceno se hinchará mucho en disolución acu sa, abriendo ampliamente su estructura, lo cual permitirá la difusión de iones de gran tamaño. 2. Resinas macr porosas: También llamadas macroreticulare . Durante la síntesis de es as resinas a partir de sus monómeros, se utiliza un cosolvente que actúa interponiéndose entre las cadenas polim ricas creando grandes superficies internas. Este disolvente se elimina una ez formada la estructura rígi a del polímero. Las perlas tienen una relación área/volumen

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mayor que las resinas tipo gel, y por tanto, mayor capacidad de intercambio.

La estructura

acroreticular favorece la difusión de los ion s, mejorando

por tanto la cinética de intercambio. 3. Resinas isopor sas: Se caracterizan por tener un tamaño de oro uniforme, con lo que au enta la permeabilidad de los iones en el interior de la red. Son resinas de alta capacidad, regeneración eficiente y de c ste más bajo que las resinas macroporosas.

Tipos de resinas de intercam io iónico según el grupo funcional

1) Resinas catió icas de ácido fuerte: Se producen por s lfonación del polímero con á ido sulfúrico. El grupo funcional es el ácido sul fónico, -SO3H

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2) Resinas catiónicas de ácido débil: El grupo funcional es un ác ido carboxílico -

COOH, pres nte en uno de los componentes del copolímero,

principalmente el ácido acrílico o metacrílico. 3) Resinas anióni as de base fuerte: Se obtienen a partir de la reacción de copolímeros

e estireno-divinilbenceno clorometilados

con

aminas

terciarias. El grupo funcional es una sal de amonio cuaternari , R 4N+. 4) Resinas anióni as de base débil: Resinas funcionalizadas con grupos de amina primaria, -NH2, secundaria, -NHR, y terciaria, -NR 2. Suellen aplicarse a la adsorción d ácidos fuertes con buena capacidad, pero su cinética es lenta. 5) Resinas quelatantes: En estas resinas el grupo funcio al tiene las propiedades

e un reactivo específico, ya que for an quelatos

selectivamente con algunos iones metálicos. Los átomos

ás frecuentes

son azufre,

itrógeno, oxígeno y fosforo, que forma

enlaces de

coordinación

on los metales. Sus ventajas sobre las demás es la

selectividad que muestran hacia metales de transición y que el carácter de ácido débil del grupo funcional facilita la regeneración de la resina con un ácido mineral. No obstante son poco utilizadas en la industria por ser más caras que las anteriores y por tener una cinética de absorción más lenta. La resina quelatante más conocida tiene como grupo funci nal el ácido iminodiacético, cuya fórmula puede verse en la siguiente figur a.

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3.- Resinas impreg adas Constan de un sopor e polimérico que se impregna con una disol ción orgánica que contiene a un extractant e selectivo a un metal en concreto. Estas resinas tienen un grave inconveniente que es la pérdida de disolvente durante su uso, lo cual reduce su aplicabilidad.

Técnicas y aplicaciones La tecnología de inter ambio iónico se emplea en muchos procesos e la industria alimentaria. Además de las aplicaciones ya comentadas como la purifica ión del agua (proceso esencial en la indu tria de la cerveza), los intercambiadores ióni os se utilizan para desmineralizar líquidos zucarados y jarabes, controlar la acidez, olor, color, sabor y contenido en sal del alimento, como es el caso del suero de leche, y tambié para aislar o purificar un aditivo o un com onente del alimento. Por lo general, todas las técnicas de operación utilizadas para la adsorción se utilizan también para el inter ambio iónico. Por consiguiente, hay tratamien os por lotes o por etapas de soluciones, op raciones en lecho fluidizado o fijo y operacion s continuas a contracorriente. Las percolaciones en lecho fijo son muy comunes. Se ha utilizado los métodos cromatográficos

ara el fraccionamiento de mezclas iónic s de varios - 37 -


componentes. Se han aplica o estas técnicas en el tratamiento de lodos de minerales (“resina en pulpa”) para la ob tención de metales valiosos.

Columna de intercambio iónico para la retención de cobre Además de las aplicac iones en el ablandamiento de aguas, antes m ncionadas, la deionización total del agua se puede lograr por percolación, primero a través de un intercambiador catiónico y después a través de un intercambiador aniónico. Utilizando un lecho formado por una mezcla íntima de cantidades equivalentes d

una resina

intercambiadora catiónica f erte y una aniónica fuerte, es posible la eliminación simultánea de todos los ione hasta la neutralidad. Para la regeneración, es tas resinas en lecho mixto se separan mediante clasificación hidráulica por tamaño

e partícula y

diferencias de densidad para los dos tipos de resinas, las cuales se regeneran por separado. Los intercambiadores iónicos también se han utilizado para el tratamiento y concentración de soluciones de desecho diluidas, tal es el caso del suero lácteo de - 38 -


quesería. La aplicación más otable de las resinas intercambiadoras es la separación de metales de las tierras raras mediante técnicas cromatográficas. En la exclusión iónica se pre-satura una resina con los mismos ion s que en una solución. Entonces, la resina uede rechazar los iones en una solución y al mismo tiempo adsorber sustancias orgánica no iónicas como glicerina y similares, que también pueden estar en solución. Posteriorm nte, la materia orgánica puede extraerse de l resina en un estado iónico libre.

Parámetros caracte ísticos de los intercambiadores iónicos Capacidad de interca bio: Se define como la cantidad de iones q e una resina puede intercambiar en determinadas condiciones experimentales. Depende del tipo de grupo activo y del grado de entrecruzamiento de la matriz y se expresa e equivalentes por litro de resina, o por gramo. (Un equivalente es el peso molecular n gramos del compuesto dividido por su ca ga eléctrica) Capacidad específica teórica: Se denomina así al número máximo d sitios activos del intercambiador por gramo. Este valor suele ser mayor que la capacidad de intercambio, ya que no todos los sitios activos son accesibles a los iones en isolución. Selectividad: Propiedad de los intercambiadores iónicos por la que un intercambiador muestra may r afinidad por un ion que por otro. La selec ividad de una resina por un ion determinad se mide con el coeficiente de selectividad, K. a selectividad depende de las interaccion s electroestáticas que se establezcan entr el ion y el

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intercambiador y de la forma ión de enlaces con el grupo ionogénico. La re la principal es que un intercambiador preferirá aquellos iones con los que forme los enlaces más fuertes. La estructura de poro y la elasticidad del intercambiador también i nfluyen en su selectividad, como ocurre co las zeolitas. Su estructura de poro rígida les ermite actuar como tamices moleculares, i pidiendo la entrada de ciertos iones sencillamente por su tamaño.

Equilibrio La distribución en el equilibrio de un ión entre un sólido interca biador y una solución puede describirse gráficamente trazando isotermas en forma similar a la adsorción ordinaria. Algunas veces se han aplicado diferentes ecuaciones empíricas a estas isotermas, como la ecuación de Freundlich:

c* = k [ v ( c 0

–

c* )

]n en donde

v(cs - c*) es la adsorción apa ente por masa unitaria de adsorbente; k y n s n constantes. También es posible aplicar ecuaciones del tipo de la ecuación de acci n de masas a la reacción de intercambio. Por ejemplo, para el i tercambio catiónico Na+ + R-H+

(sol ción)

(sólido)

R-Na+ + H+

(sólido)

(solución)

la constante de la ley de acci n de masas es ∝ =

  ó     ó   ó    ó





   ó





  ó

en donde los paréntesis cu drados [] indican el uso de alguna unidad adecuada de concentración en el equilibrio. Entonces, se ve que ∝ es una expresión de la adsortividad

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relativa del Na+ al H+. Puesto que la solución y el sólido permanecen léctricamente neutros durante el proceso de intercambio, se puede escribir 

=   

    



    

   



en donde c 0 es, en este cas , la concentración inicial de Na + + H+ en la solución y, en consecuencia, el total de éstos en cualquier momento; c* es la concentració de Na+ en el equilibrio después del interca bio; X , la concentración en el equilibrio de Na en el sólido; X 0 ,

la concentración si todo

+

se reemplazase con Na+; todos esos valores se expresan

como equivalentes por unid d de volumen o masa. En el caso general ara cualquier sistema, la adsortividad rela iva ∝ a una temperatura dada varía con la concentración catiónica total c 0 en la soluci n y también con c . En algunos casos, se ha e contrado que ∝ es

básicamente constante al variar c con c 0 fija.

Rapidez del interca bio iónico La rapidez del interc mbio iónico depende de la rapidez de cada uno de los siguientes procesos: (1) Difusión de iones desde el seno del líquido hasta la superficie externa d una partícula intercambiadora; (2) Difusión interna de iones

través del sólido hasta el sitio de intercambio;

(3) Intercambio de los iones; (4) Difusión externa de los io es liberados hasta la superficie del sólido; (5) Difusión de los iones liber dos desde la superficie del sólido hasta el líqui do.

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En algunos casos, la inética de la reacción de intercambio (3) pue e ser el paso que controle, pero en otros la rapidez de la reacción aparentemente es

uy rápida en

comparación con la rapidez d difusión. La rapidez de difusión puede descri irse mediante los coeficientes de transfere cia de masa apropiados para la difusión a contracorriente equivalente a través del sóli o y a través del líquido; en algunos casos, or lo menos, parece que la resistencia a la difusión en la fase líquida es el paso controlant e. Cuando las reacciones de intercambio son rápidas en comparación con la rapidez de la transferencia de masa, los métodos de diseño desarrollados para los adsorbedores tradicionales pueden aplicars directamente a las operaciones de intercambi iónico.

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ANEXO I

Municipio de Acatlán, Hgo. “El suero de leche es vertid a los arroyos, provocando olores fétidos y de agradables”

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Suero lacteo

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