Uso de Enzimas en Detergentes

Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión CONTENIDO

CONTENIDO ............................................................................................................................................... 1 .................................................................................................................................................. 3 RESUMEN ....................................................................................................................................................

INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 3 I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA: ................................................................................................. 4 1.1 DESCRIPCIÓN DE LA REALIDAD PROBLEMÁTICA .............................................................. 4 1.2 JUSTIFICACIÓN ............................................................................................................................. 5 1.3 OBJETIVOS DE INVESTIGACIÓN ............................................................................................... ............................................................................................... 5 1.3.1 OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................. 5 1.3.2 OBJETIVO ESPECÍFICO ........................................................................................................ 5 II. MARCO TEÓRICO: ............................................................................................................................... 6 2.1 ANTECEDENTES HISTÓRICO ..................................................................................................... 6 2.2 ANTECEDENTES BIBLIOGRÁFICOS ......................................................................................... 7 2.3 BASES TEORICAS ......................................................................................................................... 8

ENZIMAS DE USO EN DETERGENTES ............................................................................................... 8 CARACTERÍSTICAS DE LAS ENZIMAS INDUSTRIALES. .............................................................. 12 TIPOS Y FUENTES DE OBTENCIÓN DE ENZIMAS INDUSTRIALES .......................................... 13 ¿QUÉ SON LAS ENZIMAS Y QUÉ FUNCIÓN CUMPLEN? ............................................................. 13 LA BIOTECNOLOGÍA EN LA OBTENCIÓN DE ENZIMAS MÁS EFICACES ................................ 15 PROPIEDADES QUÍMICAS Y FÍSICAS DE LAS ENZIMAS. ............................................................ 17 III.METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ...................................................................................... 18 Tipo de estudio de investigación investigaci ón ....................................................................................................... 18 Universo Población y Muestra. ........................................................................................................... 18 METODO: Descriptivo ......................................................................................................................... 18 MÉTODO: Experimental. ..................................................................................................................... 18 Observación y encuesta. ..................................................................................................................... 18 Instrumentos .......................................................................................................................................... 19 Técnicas y estadísticas. ....................................................................................................................... 19 CLASIFICACIÓN DE PROTEASAS DEPENDIENDO DE SU SITIO ACTIVO. .............................. 20 a) Endopeptidasas: ........................................................................................................................... 20 b) Exopeptidasas: .............................................................................................................................. 20

Enzimas de uso en detergentes

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Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión c) Aminopeptidasa: Aminopeptidasa: ........................................................................................................................... 20 d) Carboxipeptidasas: ....................................................................................................................... 20 NATURALEZA DE LAS REACCIONES ENZIMÁTICAS .................................................................... 21 

Ecuación de Michaelis – Menten. .............................................................................................. 21

EL ORIGEN DE LA SUCIEDAD ............................................................................................................. 28 DETERGENTES ....................................................................................................................................... 28 1. Clasificación de los tensioactivos .................................................................................................. 28 1.1.

Tensioactivos aniónicos ....................................................................................................... 29

El tensoactivo aniónico es aquél que tiene un extremo polar con carga negativa. ................ 29 1.2. Tensioactivos catiónicos .......................................................................................................... 32 1.3. Tensioactivos anfóteros ........................................................................................................... 32 1.4. Tensioactivos no iónicos .......................................................................................................... 33 2. Capacidad detersiva ........................................................................................................................ 33 3. Constitución de los detergentes ..................................................................................................... 35 3.1. Coadyuvantes ............................................................................................................................ 36 3.2. Aditivos ....................................................................................................................................... 40 3.3. Auxiliares de presentación ...................................................................................................... 44 3.4. Formulación ............................................................................................................................... 44 3.5. Aplicaciones ............................................................................................................................... 46 IMPACTO AMBIENTAL ........................................................................................................................... 47 CONCLUSIONES ..................................................................................................................................... 49 Bibliografía ................................................................................................................................................. 50 ANEXOS .................................................................................................................................................... 51 Materiales .................................................................................................................................................. 51 Procedimiento ............................................................................................................................................ 52 Resultados ................................................................................................................................................ 52 ETAPAS DEL PROCESO DE OBTENCION DE DETERGENTES .................................................. 54


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Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión c) Aminopeptidasa: Aminopeptidasa: ........................................................................................................................... 20 d) Carboxipeptidasas: ....................................................................................................................... 20 NATURALEZA DE LAS REACCIONES ENZIMÁTICAS .................................................................... 21 

Ecuación de Michaelis – Menten. .............................................................................................. 21

EL ORIGEN DE LA SUCIEDAD ............................................................................................................. 28 DETERGENTES ....................................................................................................................................... 28 1. Clasificación de los tensioactivos .................................................................................................. 28 1.1.

Tensioactivos aniónicos ....................................................................................................... 29

El tensoactivo aniónico es aquél que tiene un extremo polar con carga negativa. ................ 29 1.2. Tensioactivos catiónicos .......................................................................................................... 32 1.3. Tensioactivos anfóteros ........................................................................................................... 32 1.4. Tensioactivos no iónicos .......................................................................................................... 33 2. Capacidad detersiva ........................................................................................................................ 33 3. Constitución de los detergentes ..................................................................................................... 35 3.1. Coadyuvantes ............................................................................................................................ 36 3.2. Aditivos ....................................................................................................................................... 40 3.3. Auxiliares de presentación ...................................................................................................... 44 3.4. Formulación ............................................................................................................................... 44 3.5. Aplicaciones ............................................................................................................................... 46 IMPACTO AMBIENTAL ........................................................................................................................... 47 CONCLUSIONES ..................................................................................................................................... 49 Bibliografía ................................................................................................................................................. 50 ANEXOS .................................................................................................................................................... 51 Materiales .................................................................................................................................................. 51 Procedimiento ............................................................................................................................................ 52 Resultados ................................................................................................................................................ 52 ETAPAS DEL PROCESO DE OBTENCION DE DETERGENTES .................................................. 54


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Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión RESUMEN

El indiscriminado uso de detergentes en el hogar se ha convertido en una de las causas mas contaminaste de las fuentes de aguas, debido a que sus propiedades químicas impiden el equilibrio con la atmosfera y alteran el proceso de eutrofización del agua perturbando sus condiciones naturales. Por esta razón el tema de detergentes, que abarca sus propiedades, estructura o funcionamiento. Otro apartado importante es la innovación, siempre presente en la creación de detergentes a través de diferentes sustancias que reemplacen el uso de detergentes convencionales por opciones más amigables con el medio ambiente. Una de estas sustancias son las enzimas, las cuales están llevando un gran desarrollo en los últimos años, gracias entre otras de sus características a su biodegradabilidad. Las enzimas más utilizadas son la amilasa, la glucoamilasa, la glucosa isomerasa y varias proteasas. Las enzimas se usan para eliminar algunos tipos de manchas: 

Las proteasas actúan sobre manchas de origen proteico (sangre, leche, huevos)



Las amilasas sobre manchas amiláceas (que contienen almidón)



Las lipasas sobre grasas (aceite, sebo)



Las celulasas sobre fibras de algodón.

INTR OD UCC IÓ IÓN N

El agua siendo el recurso más importe y primordial para la vida, ya que sin ella no podría existir esta y las industria son servirían. A diferencias de muchas otras materias primas, el agua no tiene sustituto en muchas aplicaciones. Debido a que el agua es de suma importancia para el hombre si esta se encuentra contaminada se convierte en un gran emisor de enfermedades y no se podrían utilizar los cuerpos de aguas presentes en el medio para lavar algunas prendas. Estos tipos de contaminaste son los detergentes, los detergentes después de ser utilizados en la limpieza domestica e industrial producen grandes cantidades de aguas residuales a


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Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión las alcantarillas y se convierten en fuente de contaminación la cual afectan a la tensión superficial y a su vez alteran el ciclo del agua como también eso hace que en muchos de los casos el agua no tenga un buen aspecto en su olor y apariencia. En los detergentes abundan los fosfatos que son la mayor fuente de contaminación del agua lo cual deriva directamente en el 42% de la enfermedades de los humanos y los animales. El mayor problema con los detergentes es que su excesivo uso conlleva a una eutrofización excesiva de los cuerpos de agua lo que provoca la muerte de la fauna y flora acuática y lleva el desarrollo en una multitud de organismos patógenos estos mismos.

I. PLANTEAM IENTO DEL PROBL EMA: 1.1 DESCRIPCIÓN DE LA REAL IDAD PROB LEM ÁTICA

El indiscriminado uso de detergentes no biodegradables en el hogar está siendo motivo de la degradación de nuestras fuentes de agua debido al gran aporte de sustancias inorgánicas y metales pesados. La presencia excesiva de nutrientes utilizados por los planetas causan la contaminación de los cuerpos acuíferos Estos nutrientes, primordialmente a base de fosforo, nitrógeno y carbono, son adicionados al agua en diferentes maneras. Permitiendo un explosivo crecimiento de algas, en las cuales consumen mucho oxigeno disuelto en agua, lo que acabaría con la fauna por completo. Impidiendo la estabilidad de los organismos respecto al agua, produciendo el deterioro de las mismas. Investigaciones anteriores han dado como resultado mejoras de impacto que generan los detergentes sobre el medio ambiente, reduciendo el tiempo de degradación, sin embargo la calidad de estos mismos aumentan el costo y lo hace menos asequible, en especial al grupo de estrato bajos. Y mediante esta situación la mayoría de la gente ha optado con la compra de producto económico sin importar su impacto ambiental que pueda causar dicho detergente en el medio. No solo el mal uso de detergentes es una problemática, sino, la presencia de residuos sólidos de detergente que están en las brechas, acantillado y corrientes de diferentes cuerpos de agua productos de constante uso domésticos en el lavado de ropa los cuales


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Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión podrían terminar como alimentos de animales intoxicándolos y matándolos al ingerir los mismos. El presente proyecto tiene como intención convertirse en una herramienta de apoyo para el beneficio ambiental asociado al uso de enzimas en detergentes, ya que estas son biodegradables y reemplazan a los químicos constituyentes de los detergentes sintéticos que se vienen liberando al ambiente desde hace muchos años. 1.2 JUS TIFICA CIÓN

Las nuevas necesidades en consumidores generan mercados potenciales para las empresas, y la explotación de dichos mercados genera beneficio económico y con este la obtención de nuevas riquezas, es entonces absolutamente inconsciente pedirle a las empresas que no aprovechen estas oportunidades. Estas oportunidades generan impacto en la naturaleza, el consumo de los detergentes tiende a volverse más excesivo. Por el cual es necesario entonces, generar conciencia social, enfocada en el buen uso y un adecuado consumo en los detergentes, valorando la importancia de proponer el uso de enzimas en detergentes con una forma más de conservar el equilibrio del ecosistema. 1.3 OBJ ETIVOS DE INVESTIG AC IÓN 1.3.1 OBJ ETIVO GENERAL 

Generar conciencia en los consumidores y en la industria de cómo reemplazar las necesidades creadas y de esta forma mejorar las opciones de supervivencia y reducir los impactos al medio ambiente.

1.3.2 OB J ETIVO ES PEC ÍFICO 

Dar a conocer a las personas los posibles daños de los detergentes y promover el uso de detergentes biodegradables.



Generar conciencia ecológica con los diversos productos limpiadores (detergentes), con el fin de reducir a lo netamente necesario su consumo.



Buscar maneras de generar desarrollo económico mediante procesos ambientales sostenibles.


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Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión II. MA RCO TEÓRICO: 2.1 ANT ECEDEN TES HISTÓRICO

El primer detergente formulado con sulfatos de alcoholes grasos fue introducido en el mercado por Henkel (Alemania) en 1932 y por Procter & Gamble en EE.UU en 1933. Por necesidades del mercado, que precisaba un mayor volumen de producción, aparecieron los alquilbencenos sulfonatos; uno de ellos el tetrapropilenbenceno sulfonato satisfacía el 65% de la demanda mundial en 1959 (Jakobi y Loehr 1987) Sin embargo numerosas investigaciones demostraron que la biodegradación de este tensioactivos se hacía muy lenta

por la presencia de carbono terciario, es decir una

ramificación de cadena lateral. Como consecuencia lagos y ríos empezaron a exhibir una espuma persistente, se redujo la cantidad de oxigeno disuelto en ellos y empezaron a desaparecer especies animales y vegetales. En 1960, a fin de resolver estos problemas y bajo la presión de las leyes se desarrollaron los alquilbencenos sulfonatos lineales (LAS), mas biodegradables.

(Jakobi y Loehr 1980,

Jensen J 1999, Scott y Jones 2000). Otro grupo de tensioactivos fueron los alquilfenoles de cadena ramificada, APE. A partir de 1984 se restringió su uso debido a que producían subproductos de biodegradación tóxicos (Scott y Jones 2000). Como alternativa a los APE ramificados, están los de cadena lineal, los alcoholes grasos etoxilados, FAEO, Y LOS alquilpoliglucosidos, estos últimos excelentes ecológicas (Garcia y col. 1997, Eichhorn y Knepper 1999) Durante el desarrollo de los detergentes también cabe reseñar la sustitución del carbonato de sodio, utilizando inicialmente como coadyuvante, por los difosfatos sódicos y posteriormente por los tripolifosfatos sódicos. En la actualidad debido a los problemas de eutrofización por los polifosfatos (Doboly, 1980, Pitter 1993, Sachdev y Krishman 1997, Negulescu y Negulescu 2004) su uso ha sido eliminado en múltiples en muchos países y se encuentran limitados en otros. Alternativas a este producto son las zeolitas, el acido cítrico, el acido nitrilotriacetico, los secuestrantes subestequiometrico (fosfonatos, poliacrilatos y copolimeros), etc. (Jenkins y col 1974, Fisher y col. 1974, Bressan 1988, Guerro Conejo y col. 1988, Patino y col. 1990).


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Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión A lo largo del siglo XX también se fueron introduciendo otros componentes que ayudaron a mejorar la eficiencia de lavado, como lo son los controladores de espuma, las enzimas, los agentes antirredeposicion, los abrillantadores ópticos y los activadores de blanqueo. La tecnología de los detergentes ha venido creciendo en paralelo con la de las maquinas de lavar y con los tipos de sustratos, cuyos desarrollos ha exigido una potenciación de las propiedades de los detergentes. hoy en día que en general se le exige a un detergente son: tiempos de lavados cortos, acción a bajas temperaturas, biodegrabilidad, baja toxicidad, no irritabilidad a la piel, bajo precio, etc. por tanto es necesario un aporte al conocimiento local para una investigación fundamental y aplicada para satisfacer estas demandas

2.2 ANTECEDENTES BIB LIOGRÁFICOS

Premio Coca Cola 2000 Perú La importancia del fruto de este árbol lo exploto una estudiante de la universidad agraria la molina, en donde obtuvo el primer puesto en el año 2000 al realizar el estudio sobre este fruto para obtener detergente biodegradable y de un material para su construcción a partir del fruto de la Sapindus Saponaria que, vulgarmente, le llaman “Boliche” en Perú. La alternativa que se propone se basa en la solución a la contaminación de las aguas por la causa de os detergentes con alto contenido de fosforo; el empleo de un detergente hecho a base de Sapindus Saponaria que se caracteriza por ser biodegradables no contaminado las aguas marítimas y el reciclaje de los residuos de este proceso. Se obtiene un material granulado que puede sustituir al cemento, obteniéndose un producto más liviano y de resistencia semejante a la mezcla sin el aditivo. El ciclo no deja residuos y el rendimiento respecto al detergente es del 20% y respecto al material de construcción es del 80%. Entre las propiedades del detergente se quede mencionar que enjabona y forma espuma con agua fría, contiene un suavizante natural y para lograr el efecto de limpieza se requieren de pequeños cantidades -5% del volumen total. Este detergente se utiliza en el lavado de ropa y vajillas.


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Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Respecto al ahorro de materiales y energías se logra la minimización de residuos por medio integral de la materia prima y el reciclamiento y utilización de residuos. Los efectos sobre el medio ambiente son benignos, pues el detergente es un producto biodegradable que contamina las aguas marinas y el aprovechamiento de los residuos dándole un valor agregado como material de construcción, es una alternativa de solución frente a los residuos que conformarían parte de la basura, 2.3 BASES TEORICAS

ENZIMAS DE USO EN DETERGENTES Las enzimas se encuentran entre los ingredientes funcionales de los detergentes modernos, contribuyendo a la limpieza de un modo eficiente, respetuoso con el medio ambiente y energéticamente favorable. De hecho, su utilización en detergentes es la principal aplicación industrial, por volumen, de las enzimas, alcanzando una cota de mercado del 25-30% del total. Las primeras referencias al uso industrial de enzimas en la limpieza se remontan a los inicios de la década de 1930, con ciertos desarrollos basados en una patente de 1913 que utilizaba enzimas pancreáticas en una especie de prelavado. A partir de ese momento, a lo largo del siglo XX se fueron introduciendo las enzimas en la composición de los detergentes y desarrollando nuevas y, cada vez, más eficientes formulaciones, hasta llegar al momento actual en el que más de la mitad de los detergentes contienen enzimas. A estos detergentes se les suele denominar en ocasiones detergentes enzimáticos. Los detergentes actuales son formulaciones muy complejas, que contiene un gran número de ingredientes con funciones diversas. Entre esos ingredientes, las enzimas suponen un porcentaje minoritario del total, del orden del 0,4 - 0,8% en peso y del 1% en cuanto al coste, pero su contribución es muy importante en la función limpiadora del producto final. En la tabla 1 se muestran los principales ingredientes que se encuentran presentes en los detergentes actuales. A ellos hay que añadir otros componentes que se adicionan en pequeñas cantidades y que cumplen funciones muy diversas en el producto final. La suciedad se puede presentar en múltiples formas, entre las cuales es muy frecuente que se incluyan componentes pertenecientes a los grupos de las proteínas, lípidos y almidones.


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Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Mediante la utilización de detergentes en agua a altas temperaturas y con una agitación vigorosa, suele ser posible eliminar la mayor parte de los tipos de suciedad, si bien el coste energético de calentar el agua es elevado y los prolongados tiempos de agitación necesarios terminan por acortar la vida de los tejidos y otros materiales. En este sentido, el uso de enzimas permite el empleo de menores temperaturas de lavado y de periodos de agitación más reducidos. En general, los detergentes que contienen enzimas eliminan las manchas de proteína, grasas y almidón de un modo considerablemente más efectivo que los detergentes que no las contienen. La presencia de las enzimas en los detergentes contribuye, por ejemplo, a la reducción de los tiempos de lavado, a la reducción de los consumos de energía y de agua, mediante la disminución de la temperatura de lavado, a la generación de efluentes acuosos menos contaminantes, por menor pH y contenido en fosfatos, y a proporcionar una mayor protección de los tejidos.

Tabla n° 1: Principales ingredientes de los detergentes

Las enzimas presentes en los detergentes son fundamentalmente del tipo hidrolasas, es decir, enzimas que hidrolizan moléculas de gran tamaño en otras más pequeñas: proteasas, lipasas, amilasas y celulasas (tabla 2). Las tres primeras clases son enzimas que catalizan la hidrólisis de los principales tipos de moléculas de origen biológico que


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Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión constituyen la suciedad, esto es, proteínas, lípidos y almidón. Las celulasas, por su parte, tiene el papel de proporcionar a los tejidos naturales (basados en la celulosa) ciertos cuidados.

Tabla 2. Tipos de enzimas presentes en los detergentes.

El modo en el que las hidrolasas participan en la limpieza es mediante la hidrólisis y solubilización de los componentes de las manchas. Las enzimas catalizan la hidrólisis de los diferentes tipos de componentes de las manchas (proteínas, lípidos y almidón) que se encuentran unidos a los tejidos o materiales, lo que genera fragmentos de menor tamaño que son más fácilmente liberados del sustrato y solubilizados en el medio acuoso. Las enzimas utilizadas en detergentes son producidas industrialmente a gran escala mediante procesos fermentativos, bien mediante el cultivo del microorganismo productor natural o mediante el empleo de cepas productoras obtenidas por ingeniería genética que expresan eficientemente la enzima recombinante. Únicamente indicar que las enzimas industriales pueden ser obtenidas como preparaciones puras o como complejos.


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Tabla 3. Enzimas comerciales utilizadas en detergentes. PN, productor natural; OGM, Organismo genéticamente modificado.

Las proteasas constituyen el tipo de enzimas más utilizado en detergentes y el primero que fue introducido. Desde prácticamente el principio, las proteasas que se utilizan proceden de ciertas especies bacterianas del género Bacillus. Estas proteasas reciben globalmente el nombre de subtilisinas y se puede decir que representan hoy en día la totalidad de las proteasas empleadas en los detergentes. En la década de 1980 se identificaron las subtilisinas alcalinas y en un corto espacio de tiempo sustituyeron a las anteriormente empleadas. Poco después se dio un nuevo avance con su producción en cepas recombinantes mediante la utilización de tecnologías de ingeniería genética. Buena prueba de la importancia de la producción industrial de estas enzimas es el hecho de que en el año 2002 la producción de subtilisinas en la Unión Europea ascendió a 900 toneladas de enzima pura. El éxito de las subtilisinas se basa en varios factores, entre los que destacan


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Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión su elevada estabilidad frente a las condiciones de lavado y a otros componentes de los detergentes, y su relativamente reducida especificidad con respecto al sustrato.

Las lipasas fueron introducidas en los detergentes a finales de la década de 1980. A causa de su elevada hidrofobicidad, los aceites y grasas (triglicéridos) son difíciles de eliminar de los tejidos y otros materiales a bajas temperaturas. Las lipasas hidrolizan los triglicéridos a mono- y di-glicéridos, ácidos grasos y glicerol, es decir, a compuestos más hidrofílicos y, por tanto, más solubles en agua y fáciles de retirar. Las amilasas se utilizan en los detergentes para eliminar las manchas constituidas por almidón. Las amilasas hidrolizan el almidón gelatinizado, que tiende a pegarse a las fibras textiles y unirse a otros elementos de suciedad. Las celulasas entraron a formar parte de los detergentes en la década de 1990. Se trata de complejos enzimáticos capaces de degradar las cadenas de celulosa y cuya función es eliminar las microfibrillas de celulosa de los tejidos que se generan durante el lavado y el uso de los tejidos de algodón, lo que ayuda también a la eliminación de las partículas de suciedad adheridas a ellas. El resultado de su acción es un acabado de los tejidos con colores más brillantes y más suave. Además de estas clases de enzimas que ya se utilizan en los detergentes actuales, se está investigando también la utilización de otros tipos de enzimas para su inclusión potencial en los mismos. Entre ellas, las que muestran un mayor potencial son las peroxidasas y oxidasas, por sus propiedades blanqueantes, lo que podría permitir reducir la utlización de los agresivos blanqueantes y oxidantes químicos actualmente empleados.

CARACTERÍSTICAS DE LAS ENZIMAS INDUSTRIALES. Para que una enzima sea útil industrialmente debe ser barata en comparación al precio del proceso global y debe ser activa en las condiciones en que se realiza el proceso sin la enzima. Si esto no ocurriese, sería más conveniente emplear otra enzima que sea activa en dichas condiciones en las que efectuamos el proceso.


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Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión La enzima debe ser estable (muchas enzimas empleadas en procesos industriales operan a temperaturas que rondan los 50º C), debe estar disponible en cantidades relativamente elevadas y debe ser segura. Además una enzima puede emplearse en más de un proceso. El empleo de enzimas es ventajoso porque actúan en condiciones de pH, temperatura, presión; además minimiza los requerimientos energéticos del proceso. Las variaciones de las condiciones podrían hacer perder las propiedades deseadas del producto que se pretende obtener. TIPOS Y FUENTES DE OBTENCIÓN DE ENZIMAS INDUSTRIALES Enzimas microbianas: Las enzimas producidas por la fermentación de microorganismos representan el 90% de todas las enzimas producidas para los procesos industriales. Enzimas vegetales: La mayoría de las enzimas vegetales se encuentran disponibles en forma de polvo. También se encuentran disponibles líquidos de papaína de baja actividad. El aumento de la disponibilidad de las enzimas vegetales depende de diversos factores. Enzimas animales: Aquí se incluyen diferentes grupos de sustancias que pertenecen a las enzimas de animales como por ejemplo: lipasas pancreáticas y proteasas, pepsinas o estereasas pregástricas. ¿QUÉ SON LAS ENZIMAS Y QUÉ FUNCIÓN CUMPLEN? Las enzimas son una clase especial de proteínas (moléculas) que aceleran la velocidad de las reacciones químicas que ocurren en una célula. Por esto se las conoce como “catalizadores biológicos”. Las enzimas ayudan en procesos esenciales tales como la

digestión de los alimentos, el metabolismo, la coagulación de la sangre y la contracción muscular. El modo de acción es específico ya que cada tipo de enzima actúa sobre un tipo particular de reacción y sobre un sustrato específico. Para realizar su función, una enzima reconoce una molécula específica, llamada sustrato. Cada enzima se une a su sustrato específico en el sitio activo y provoca en él un cambio químico, por el cual se obtiene un producto. El cambio implica la formación o rotura de un enlace entre los átomos de la molécula. La enzima que participa en la reacción no sufre modificaciones, y puede volver a actuar sobre otro sustrato del mismo tipo. En ausencia de las enzimas, las


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Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión reacciones bioquímicas serían extremadamente lentas y la vida no sería posible. Las enzimas pueden aumentar la velocidad de las reacciones en un millón de veces.

Cada tipo de enzima funciona óptimamente a una determinada temperatura; si la temperatura del medio en el que está la enzima se aleja de la óptima, la enzima disminuye su actividad. Las enzimas son proteínas que tiene la función de catalizadores biológicos, que aceleran reacciones químicas, haciendo que el proceso sea más rápido y eficiente que cualquier otro proceso químico. Las enzimas se utilizan habitualmente en los detergentes o polvo para lavar la ropa. Por ejemplo, lipasas para sacar manchas de grasas, proteasas para sacar manchas de proteínas, etc. Cada tipo de enzimas tienen un rango de temperaturas dentro del cual es activa. En la temperatura óptima actúa al 100% y al alejarse de esa temperatura disminuye su función 

Para determinados procesos en los cuales se necesitan temperaturas extremas, se van a emplear enzimas provenientes de organismos extremófilos que pueden actuar a temperaturas extremas (altas o bajas). Por ejemplo, la ropa de hospital que requiere esterilización se lava con productos que tengan enzimas que funcionen a temperaturas


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Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión altas, mientras que el lavado en agua fría emplea enzimas provenientes de microorganismos que se desarrollan a temperaturas bajas. 

En la industria alimenticia también se usan enzimas. Por ejemplo en la etapa final de la fabricación de jugos cuando hay que sacar los restos de pepitas de frutas antes de la pasteurización, se emplea la enzima pectinasa que degrada la pectina, el principal componente de la semilla.



Las enzimas también se usan en la industria textil para ablandar los jeans. En este caso se usa celulasa, que degrada la celulosa que es el principal componente de las células vegetales (entre ellas, las células del algodón que es el principal componente de la tela de jean). Mediante un proceso controlado (temperatura, tiempo, cantidad y tipo de celulasa) se logran diferentes texturas de jean.

También se usa la enzima celulasa en la industria del papel (que está formado por celulosa) para lograr diferentes texturas. LA BIOTECNOLOGÍA EN LA OBTENCIÓN DE ENZIMAS MÁS EFICACES Las enzimas aplicadas en la industria de detergentes deben producirse a bajo costo, ser estables en condiciones de lavado, y de uso y manipulación segura. El criterio más importante es el de la estabilidad, ya que las máquinas de lavado son lugares hostiles para las enzimas. Por ejemplo, deben ser compatibles con detergentes, jabones, oxidantes y otros componentes que afectan su estructura. Además, deben ser estables en amplios rangos de temperaturas (menores a 20ºC y mayores a 70ºC) y pH alcalinos (8-12). Por ejemplo, en lavadoras industriales se necesitan enzimas que sean estables a 55ºC o más para lavado a altas temperaturas. Por otro lado, para ahorrar energía, evitar el deterioro de la ropa o en países donde es costumbre lavar con agua fría, existe una alta demanda de detergentes con enzimas que trabajen eficientemente a temperaturas menores a 20ºC. En estos casos es donde la biotecnología moderna juega un rol importante.

A través del uso de ingeniería genética, se pueden transferir genes de un organismo con la información para sintetizar determinada enzima a otros organismos. De esta forma, numerosas enzimas de interés industrial pueden ser producidas a gran escala por fermentación de microorganismos cuyo cultivo es conocido y controlado. Por ejemplo, en 1988 se introdujo la primera lipasa obtenida por bioingeniería llamada Lipolase. El gen de esta lipasa, aislado de hongo filamentoso Humicola se transfirió a Aspergillus oryzae donde


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Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión se produce a gran escala y de forma estable. La cutinasa de Fusarium, que degrada ácidos grasos, se expresa por ingeniería genética en la levadura Saccharomyces cerevisiae. Las enzimas, una vez obtenidas por fermentación, son aisladas, purificadas y protegidas como granulados o cápsulas para ser incluidas en las formulaciones de detergentes. Las enzimas son encapsuladas en sustancias serosas inertes solubles en agua, y son adicionadas con estabilizantes como sales de calcio, formato de sodio, borato, o preparaciones de proteínas. Corrientemente los fabricantes usan gránulos coloreados como señal que simboliza la presencia de aditivos extras. La siguiente tabla menciona algunas enzimas producidas por microorganismos modificados genéticamente, sus nombres comerciales, función y aplicación: Nombre comercial de la enzima

Tipo de enzima

Principal aplicación

Aquazym® Ultra

Alpha-amilasa

Industria textil

Carezyme®

Celulasa

Industria detergentes

Cellusoft®

Celulasa

Industria textil

Clear-Lens ® LIPO

Lipase

Limpieza personal

Duramyl®

Alpha-amilasa


Endolase®

Celulasa


Everlase ®

Proteasa


Lipolase®

Lipasa


Novozym® 735

Lipasa

Industria textil

Ovozyme®

Subtilisina (proteasa)


Savinase®

Proteasa


Termamyl®

Alpha-amilasa



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Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Thermozyme ®

Alpha-amylasa

Industria textil

PROPIEDADES QUÍMICAS Y FÍSICAS DE LAS ENZIMAS. Como las enzimas son proteínas combinadas con otros grupos químicos, poseen las mismas propiedades y características de las proteínas: se desnaturalizan con el calor, precipitan con el etanol o concentraciones elevadas de sales inorgánicas como el sulfato de amonio y no dializan a través de membranas semipermeables. Algunas enzimas no requieren para su actividad más grupos químicos que residuos de aminoácidos; otros requieren un componente químico adicional (que se necesita de su adición para activar su función enzimática) llamado cofactor el cual puede ser uno o varios iones inorgánicos tales como Fe2+, Mg2+, Mn2+ o Zn2+; o un complejo orgánico o metaloorgánico denominado coenzima (generalmente el complejo de la vitamina B). Algunas enzimas requieren tanto una coenzima como uno o más iones metálicos unidos covalentemente a la proteína enzimática, este se denomina grupo prostético. Una enzima complejo catalíticamente activo junto con su coenzima y/o iones metálicos se denomina holoenzima. La parte proteica de tal enzima se denomina apoenzima o apoproteína.


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III.METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN Tipo de estudio de de investigación Experimental - Descriptiva Universo Población y Muestra.

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Universo.- cultivo de bacterias para la producción de enzimas de uso en detergentes biodegradables. Población.- obtención proteasa cultivando la bacteria Bacillus licheniformis Muestra.- porcentaje de proteasa presente en el detergente biodegradable

Métodos, técnica e instrumentos que se utilizan en el trabajo de investigación. METODO: Descriptivo Para nuestro trabajo de investigación se va a detallar la composición, porcentaje y el tipo de enzima presente en los detergentes biodegradables así como la el proceso de fabricación, el mejoramiento mejorami ento del lavado, preservación de las prendas de vestir y la reducción del impacto ambiental.

MÉTODO: Experimental. Para desarrollar nuestro trabajo de investigación vamos a evaluar y verificar la calidad el mejoramiento, el ahorro de energía y agua por la utilización detergentes biodegradables que contienen enzimas como la proteasa comparándolo con detergentes que no contengan hidrolasa.

Observación y encuesta. Este trabajo está basado en el mejoramiento que con lleva la utilización de enzimas en detergentes biodegradables y el ahorro de recursos energéticos y naturales. Por tanto la observación técnica indispensable para todo proyecto. La encuesta nos ayudara a comprobar que la utilización de estos detergentes biodegradables reducirían, mejorarían no solamente el lavado de prendas si no también una disminución del


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Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión impacto ambiental que causado por los contaminantes producto de la utilización de detergentes no biodegradables Instrumentos

     

Computadora Impresora Memoria móvil (USB) Revistas Escritorios materiales utilizados para hacer comparaciones entre detergentes biodegradables y no biodegradables

Técnicas y estadísticas. Microsoft Word Microsoft power point


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Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión CLASIFICACIÓN DE PROTEASAS DEPENDIENDO DE SU SITIO ACTIVO. Las enzimas proteolíticas (comúnmente llamadas proteasas) pertenecen al grupo de Hidrolasas, ya que catalizan la degradación de otras proteínas hidrolizando los enlaces peptídicos con diferentes grados de intensidad y de selectividad. Un enlace peptídico es la unión que se realiza entre el grupo ácido de una aminoácido con el grupo amino de otro, con la consecuente eliminación de una molécula de agua, como se observa en la Figura 1.

Figura 1. Hidrólisis de un enlace peptídico de una proteína.

Dependiendo de la naturaleza del sitio sobre el cual actúan las proteasas, éstas se clasifican en: a) Endopeptidasas: Son aquellas enzimas que hidrolizan los enlaces peptídicos internos de una proteína (tripsina y quimotripsina) dando como resultado cadenas de péptidos. b) Exopeptidasas: Actúan

sobre

enlaces

terminales

de

una

proteína

(aminopeptidasa

y

carboxipeptidasas). Basándose en su sitio de acción sobre el N o el C terminal. c) Aminopeptidasa: Actúan sobre el N libre terminal de la cadena polipeptídica liberando un aminoácido o un dipéptido o tripéptido. d) Carboxipeptidasas:


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Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Actúan sobre el C terminal de la cadena polipeptídica. Se subdividen en cuatro subgrupos dependiendo de su mecanismo catalítico y al grupo funcional presente en su sitio activo.

En la Figura 2 se muestra la acción de una carboxipeptidasas “A”, que es una Exopeptidasas realizando su función en la unión de la gliciltirosina.

Figura 2. Reacción enzimática de la carboxipeptidasa “A”.

NATURALEZA DE LAS REACCIONES ENZIMÁTICAS Ecuación de Michaelis – Menten. 

Los principios generales de la cinética de las reacciones químicas son aplicables a las reacciones catalizadas por las enzimas, pero estas muestran un rasgo característico que no se observa en las reacciones no enzimáticas, la saturación con el sustrato. Existe el concepto de “activación” del sustrato seguida de la formación del complejo enzima – sustrato ES. La activación de la molécula del sustrato se produce debido a la gran

afinidad química de éste por ciertas áreas de la superficie de la enzima, denominados sitios activos. La molécula fijada en el sitio activo y sobre la que actúa la enzima, se denomina


21

Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión sustrato. Se produce una deformación o distorsión en alguna unión de la molécula de sustrato, se hace lábil y sufre un cambio por la enzima en particular. Las moléculas alteradas pierden su afinidad por los sitios activos y por ello son puestos en libertad. Entonces las enzimas quedan libres para combinarse con más sustrato y repetir la acción como se muestra en la Figura 3.

Figura 3. Reacción enzima – sustrato representada esquemáticamente

La formación del complejo ES no es medible experimentalmente, pero sí lo es la velocidad inicial V o, esta es la pendiente de una representación del producto P en función del tiempo de reacción como se observa en la Figura 4.

Figura 4. Determinación de la velocidad inicial


22

Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión En la Figura 5 se observa el efecto de la concentración del sustrato sobre la velocidad de la reacción catalizada por la enzima. A una concentración de sustrato baja, la velocidad inicial Vo es casi proporcional a la concentración del sustrato y la reacción, por lo tanto es aproximadamente de primer orden con respecto al mismo. Sin embargo a medida que la concentración de sustrato aumenta, la velocidad inicial de la reacción disminuye y deja de ser proporcional a la concentración de sustrato; en esta zona el orden de reacción es mixto. Un aumento posterior de la concentración del sustrato, la velocidad de la reacción llega a ser esencialmente independiente de la concentración de sustrato y se aproxima asintóticamente a una velocidad constante. En este intervalo de concentraciones de sustrato la reacción es esencialmente de orden cero con respecto al sustrato, y se dice entonces que la enzima se halla saturada con su sustrato. Todas las enzimas muestran el efecto de saturación, pero varían ampliamente con respecto a la concentración de sustrato que se necesita para que se manifieste.

Figura 5. Efecto de la concentración del sustrato sobre la velocidad de una reacción.

Algunas enzimas permanecen libres en condiciones bajas de sustrato y no se alcanza la máxima velocidad Vmax. Cuando el sustrato se encuentra en exceso, toda la enzima se transforma en el complejo ES y la reacción se realiza a su máxima velocidad. Bajo óptimas condiciones físicas, la velocidad de la reacción, depende de la concentración de cada una


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Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión de las tres entidades, sustrato S, enzima E y producto P. Finalmente la reacción entra en equilibrio cuando no ocurren más cambios. Sin embargo si el producto P se quita después de que se produjo (el cual puede servir como sustrato para otra reacción) impedirá el establecimiento del equilibrio; por lo tanto el sustrato S se seguirá convirtiendo en producto P. Michaelis y Menten desarrollaron en 1913 una teoría general acerca de la acción y cinética de las enzimas, la cual fue ampliada posteriormente por Briggs y Haldane en 1925. Esta teoría, que es fundamental para el análisis cuantitativo de todos los aspectos de la cinética de las enzimas y de la inhibición, se ha desarrollado para el caso sencillo de una reacción en la que sólo hay un sustrato. La teoría de Michaelis – Menten supone que el enzima E se combina en primer lugar con el sustrato S para formar el complejo enzima – sustrato ES, a continuación este último se divide en una segunda etapa, para formar enzima libre y producto P como se expresa en las ecuaciones:

K+1 E+S

ES……………….. (1) K-1 K+2 E + P……………. (2)

ES K-2

Las ecuaciones anteriores se suponen reversibles donde: E = concentración de la enzima libre S = concentración del sustrato ES = concentración del complejo enzima - sustrato K +1 = constante de velocidad de combinación entre E y S para formas ES K –1 = constante de velocidad de disociación de ES para dar E y S K +2 = constante de velocidad de conversión de ES a P K –2 = constante de velocidad reversible específica. La ecuación de Michaelis – Menten es la ecuación de velocidad para las reacciones Catalizadas por enzimas que sólo actúan sobre un sustrato.


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Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión El objeto de esta deducción es definir una expresión general para V o que es la velocidad inicial de una reacción catalizada enzimáticamente. La velocidad inicial es igual a la velocidad de ruptura del complejo enzima – sustrato por lo que:

     Sin embargo, ya que k +2, ni [ES] pueden determinarse directamente, se debe encontrar otra expresión para Vo en función de otras variables que puedan medirse con más facilidad. La ecuación de velocidad de segundo orden para la formación de ES a partir de E y de S:

                    Donde: [ET] = concentración de la enzima total. Escribiendo la ecuación de velocidad para la descomposición de ES por suma de dos reacciones; en primer lugar, la reacción que rinde el producto (reacción directa) y después la reacción que produce E + S (la inversa de la ecuación 1) se obtiene:

             

Cuando la velocidad de formación de ES es igual a su velocidad de desaparición, es decir, cuando el sistema ha alcanzado el estado estacionario, que se define como aquel en que la concentración de ES permanece constante.

                      En la Figura 6. se muestra la variación de cada variable a lo largo del tiempo.


25


Figura 6. Transcurso de la formación de un complejo ES en función del tiempo

Reordenando la ecuación (6), se obtiene:

                         

En donde a la constante global k M se le llama constante de Michaelis – Menten. A partir de esta ecuación se puede obtener la concentración del complejo ES en el estado estacionario, despejando dicho término.

 

       

Sustituyendo la ecuación (3) por su valor en la ecuación (8):

  

           

Cuando la concentración del sustrato es tan elevada que prácticamente toda la enzima del sistema está presente en forma de complejo ES, es decir, cuando la enzima se halla saturada, se alcanzará la velocidad máxima,  dada por:

      En la que [E T ] es la concentración total de la enzima. Sustituyendo  [ET] por su valor deducido de la ecuación (10) se obtiene:


26

Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión  

        

Esta es la ecuación de Michaelis – Menten; y es la Ecuación de la velocidad para una reacción de un solo sustrato, catalizada enzimáticamente. Relaciona la velocidad inicial, la velocidad máxima y la concentración inicial del sustrato a través de la constante de Michaelis – Menten. De la ecuación de Michaelis – Menten se deriva una relación numérica importante en el caso especial en que la velocidad inicial de la reacción sea exactamente la mitad de la velocidad máxima (como se muestra en la Figura 5); es decir, cuando     , sustituyendo este valor en la ecuación (11) se obtiene:             Al dividir por  a la ecuación (12) se obtiene:

⁄          Reordenando, se transforma en:

                   La constante de Michaelis – Menten  es igual a la concentración de sustrato en la que la velocidad inicial de la reacción es la mitad de la velocidad máxima. Las dimensiones de  para una reacción de un solo sustrato son moles por litro, y la constante es independiente de la concentración del enzima. El valor aproximado de  se obtiene gráficamente al representar la velocidad inicial frente a la concentración inicial del sustrato (Figura 5). Cabe mencionar que los valores de  y  pueden variar con la estructura del sustrato, con el valor de pH y con la temperatura. Para las enzimas que poseen más de un sustrato, cada uno de ellos exhibe una  característica. En condiciones intracelulares, los enzimas no se hallan necesariamente saturados por los sustratos.


27

Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión EL ORIGEN DE LA SUCIEDAD Existe una gran cantidad de suciedad en la ropa que proviene de: 

Desechos que genera el cuerpo y las bacterias que viven en la piel humana. Cada día una persona genera escamas de piel, sudor, sebo, triglicéridos, ácidos grasos y colesterol, la microflora de la piel humana (hasta 1.5 millones de bacterias viven en 1 cm2) se alimentan de estos desechos orgánicos y produce compuestos adicionales que con frecuencia despiden un fuerte olor.



Sustancias que derivan de productos de higiene personal como lociones, cremas, desodorantes, maquillaje y lacas.



Compuestos del ambiente, por ejemplo del aire.



Agregados de los tejidos (suavizantes, blanqueadores ópticos, fijadores de tintes, etc.) y residuos de detergentes (aromas, suavizantes, etc.)

Las manchas pueden estar constituidas por proteínas, almidón, carbohidratos, lípidos, ácidos grasos, arcillas y pigmentos. Eliminar toda esa suciedad en un lavado sigue siendo un reto para los fabricantes de detergentes y de lavadoras. DETERGENTES En este capítulo se explica los diferentes tensioactivos que existen, la composición de los detergentes, cómo se consigue lavar los objetos, las propiedades físicas y químicas del LAS, y las aplicaciones de los detergentes y del LAS.

1. Clasificación de los tensioactivos El tensioactivo típico es una molécula antipática, es decir, tiene dos partes bien distintas: una hidrófila (extremidad polar que interacciona fuertemente con las moléculas de agua), y otra hidrófoba (cadena apolar de hidrocarburo que interacciona débilmente con las moléculas de agua).


28

Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Esta cadena alquílica (parte hidrófoba) tiene entre 12 y 20 átomos de carbono, pudiendo ser hidrogenada o fluorada, lineal o ramificada, teniendo o no doble enlace. Los grupos hidrófilos, pueden diferir bastante en su naturaleza química, pudiendo ser no iónicos, catiónicos, aniónicos o anfóteros.

1.1.

Tensioacti vos aniónicos

El tensoactivo aniónico es aquél que tiene un extremo polar con carga negativa. El catión normalmente es amonio, potasio o sodio que ejerce una escasa influencia sobre las propiedades superficiales de estas sustancias. Antiguamente, el tensioactivo principal con grupo polar negativo era un grupo carboxilato que se encuentra presente en los jabones que se sintetizaban a partir de sebo de animales, pero hoy en día, el grupo polar negativo suele ser un grupo sulfato o sulfonato, como en el caso del LAS. Dentro de los tensioactivos aniónicos se puede encontrar: jabones, sulfonatos de alquilbenceno lineal (LAS), alcholes etoxisulfatos (AES) y alcoholes sulfatos (AS). A continuación, se muestran algunos tensioactivos aniónicos.

. Diferentes tipos de tensioactivos aniónicos Figur a 07


29

Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Donde: a) Sulfonato de alquilbenceno lineal (LAS). b) Sulfonato de alquibenceno ramificado. c) Sulfonato de 1-n-alquilo. d) Sulfonato de alquilo secundario. e) Difeniléterdisulfonato de hexadecano lineal. f) Sulfonato de 4-(1-n-octil)-benceno. g) Sulfonato de metiléster. h) Taurato de alquilmetil. i) Sulfato de n-alquilo. j) Carboxilato de alquilo (jabón).

Los detergentes usados tradicionalmente tienen una serie de ventajas: 

Son muy biodegradables cuando se encuentra en disolución.



Poseen cierta acción bactericida.



No necesitan la adición de agentes que mantengan la suciedad en suspensión.

Los inconvenientes de los detergentes son: 

Forman compuestos insolubles con las sales de calcio y magnesio debidas a la dureza del agua, lo que dificulta la acción detersiva, provocando incrustaciones e impidiendo su biodegrabilidad.



Entre los tensioactivos aniónicos, el sulfonato de alquilbenceno lineal es el más utilizado. Hace unos 10 años aproximadamente que las industrias petroquímicas pueden sintetizar el LAS. Su comportamiento tensioactivo se debe a su carácter antipático, es decir, a la diferente solubilidad que poseen las dos partes: la parte hidrólifa que es un grupo sulfónico polar (-SO3-) unido al benceno en posición “para”. La parte hidrófoba es una cadena alquílica lineal de la longitud variable y se

une al beceno en diferentes posiciones. 

Los tensioactivos aniónico se usan a nivel doméstico. El tensioactivo aniónico más eficaz para lavar ropa con detergente en polvo es LAS. Las ventajas del LAS son: ·

Excelentes propiedades como tensioactivo.

·

Buen comportamiento ambiental, ya que su biodegradabilidad muy alta biodegrabilidad y muy baja toxicidad.


30

Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión ·

Compatibilidad con todo tipo de fórmulas e ingredientes.

·

Muy baja relación coste/rendimiento.

·

Facilidad de procesado.

·

Estabilidad del producto sulfonado y neutralizado sin alterar el pH con el tiempo.

· 

Fácil transporte, manipulación y almacenaje, ya que su forma ácida

(HLAS) es químicamente estable, lo que no ocurre con otros tensioactivos como los AS o AES.



Por estos motivos y por las siguientes propiedades físicas y químicas la base de nuestro detergente será el LAS.



Las propiedades físicas y químicas del LAS son: 

Peso molecular: 348 g/mol.



Presión de vapor a 25ºC: Este valor varía entre (3 y 7).10-13 Pa.



Punto de fusión: La mezcla comercial funde a 277ºC.



Punto de ebullición: 637ºC.



Densidad: 1,229 kg/m3



Viscosidad: El valor de este parámetro es similar para todos los ácidos sulfónicos que componen el LAS, oscilando sobre los 1000 centipoises a 25ºC.



Solubilidad en agua: 250 g/l. Esta propiedad varía dependiendo de la longitud de la cadena alquílica y del proceso de fabricación. A medida que aumenta la longitud de la cadena de carbono unida al anillo bencénico disminuye la solubilidad en agua.

Figura 08 Comparación de la solubilidad del LAS


31

Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión 

Concentración micelar crítica (CMC): Esta es una propiedad característica de sustancias con carácter antipático como es el caso de LAS. Cuando el LAS se encuentra en disolución, los extremos lipofilicos se agrupan entre sí, al igual que los grupos hidrofilicos, formándose a una determinada concentración un conglomerado de estructura definida denominada micela.



La formación de micelas proporcionan un alto poder solubilizante de sustancias insolubles en fase acuosa.

1.2. Tensioactivos catiónicos Están constituidos por un extremo polar hidrófilo cargado positivamente, habitualmente una sal de amonio cuaternaria, amina o sal de fosfonio, unida a uno extremo hidrofóba que puede tener diferente naturaleza. Se usa como suavizante, antibactericidas, inhhibidor de la corrosión. Ejemplos de los catiónicos:

Figura 09. Tensioactivo catiónico

1.3. Tensioactivos anfóteros Poseen grupos funcionales que pueden ionizarse con carga negativa o positiva dependiendo de las condiciones del medio, por tanto pueden actuar como tensioactivo aniónicos o catiónicos. Se clasifican en anfolitos o botainas. · Anfolitos: son compuestos que poseen al menos un protón activo. · Betainas: no poseen protones hidrolizables, adquieren naturaleza catiónica en medios fuertemente ácidos.


32


Figura 10. Ejemplo de betaina

Se usan para champús y cremas para la piel.

1.4. Tensioactivos no iónicos Son sustancias que no están ionizadas en disolución. Los más conocidos son los alcoholes grasos polietoxilados, alquil fenoles polietoxilados y ácidos grasos polietoxilados.

Figura 11. Alcohol etoxilato

2. Capacidad detersiv a Si se añade un tensioactivo a una disolución acuosa, el tensioactivo romperá la tensión superficial del agua, provocando la entrada del tensioactivo y del aire en el seno del agua, ya que la función de los tensioactivos es romper la barrera de la tensión superficial. Primero se explica el fenómeno del tensioactivo con la solución acuosa, que es el proceso de lavado de cualquier objeto y luego el aire con la solución acuosa. El surfactante en solución acuosa interacciona por un extremo con la parte no soluble del surfactante que interacciona con la suciedad adherida al tejido o suspendida en el agua, rodeándola para reducir las fuerzas atractivas de Van der Waals propias de los hidrocarburos y el otro extremo que es soluble en agua, se orienta de tal forma que pueda ser solvatada por el agua o bien formar pares iónicos con un catión. Finalmente, el tensioactivo se une con una afinidad más elevada a la suciedad que la suciedad al objeto, ocasionando la liberaración y eliminación de la suciedad.


33

Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión A continuación, se muestra un esquema del proceso de lavado con los tensioactivos.

Figura 12. Proceso detersivo

Si la solución acuosa está a una temperatura, pH y concentración de tensioactivos determinados, se favorece la formación de micelas, es decir, una estructura esférica del tensioactivo, alredor de la suciedad. A la izquierda de la siguiente figura se observa una micela y a la derecha una tensioactivo con los extremos bien diferenciados, hidrólifo y hidrófobo.


34

Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Figura 13. Estructura de un tensioactivo

El otro fenómeno que se produce por la ruptura de la capa de la solución acuosa, es la formación de las burbujas y/o espuma. Esta formación se consigue con la mezcla de agua y aire. 3. Constitución de los detergentes La formulación comercial de productos de limpieza, tanto líquidas como sólidas, están constituidas generalmente por una mezcla de uno o varios tensioactivos que actúan mejorando la acción detersiva y una serie de componentes complementarios: los aditivos, los coadyuvantes y los auxiliares de presentación (como los blanqueantes, enzimas, etc.), que conforman un producto no sólo con mejores características de limpieza sino con mayor seguridad tanto para el consumidor, como para los equipos y el medio ambiente. Como un detergente esta compuesto de varios componentes esto proporciona un efecto sinérgico aumentado el poder detersivo. Los detergentes de hoy en día, tanto líquido como en polvo, contienen entre un 5 y un 20% en peso de tensioactivos. De esta manera, una concentración de detergente doméstico de 5 g/l, originará una agua de lavado con 1 gramo de tensioactivo por cada litro, es decir, un 0,1% en peso.

Figura 14. Componentes de un detergente


35

Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Como en el apartado 3.1 se ha explicado la clasificación de los tensioactivos, ahora, se explicará los componentes complementarios que se clasifican en coadyuvantes, aditivos y auxiliares de presentación.

3.1. Coadyuvantes Los coadyuvantes también se pueden denominar builders o constructores. Los constructores dan soporte a los surfactantes secuestrando las partículas que dan dureza al agua (magnesio y calcio) para evitar la interacción de estos iones con los surfactantes. La eliminación de las manchas se hace mediante la quelación (solubles), precipitación (insolubles) o intercambio iónico (insolubles). Se destacan los siguientes constructores: 1. Ácido etilendiaminotetraacético (EDTA). Son sustancias que atrapan las partículas

metálicas en las manchas en medio acuoso, evitando que éstas se depositen sobre la tela, por lo tanto, elimina las manchas mediante quelación.

Figura 15. Ácido etilendiaminotetraacético

2. Tripolifostatos de sodio. La fórmula de este coadyuvante es Na5P3O10 que se utiliza en lavandería y lavaplatos. Sus características son:


36

Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión 

Ablandan el agua por precipitación de los iones que causan la dureza del agua con lo que permiten lavar en aguas duras. Asimismo, saponifica los ácidos grasos que han podido quedar libres, disolviéndolos en el medio acuoso.



Actúa como emulsionante de la grasa y dispersante de las partículas sólidas de la suciedad impidiendo que se redepositen.



Mantiene la alcalinidad del medio.



Neutraliza la suciedad ácida.



Ejerce un comportamiento sinérgico con los tensioactivos para lavar mejor.



No nocivos.



Pueden eliminarse en plantas depuradoras.



Eficacia muy alta.



Soluble.

Los inconvenientes son: Tanto ellos como los productos resultantes de su hidrólisis contienen fósforo, interviene negativamente en el proceso de la eutrofización de lagos y embalses y en la permeabilidad del suelo, ya que el fósforo son nutrientes para los vegetales (para más información ver anexo de medio ambiente). 

Los sustitutos de este coadyuvante son: carbonato de sodio, silicatos, zeolitas, sales sódicas de ácidos hidrocarboxilicos.

3. Carbonatos de sodio. Su fórmula es Na2CO3. Las ventajas son: 

Son muy baratos



Ablandan el agua por precipitación.



Aportan alcalinidad al medio



Son buffers

Las desventajas son: 

Los precipitados pueden incrustarse en los tejidos y sobre alguna parte de la lavadora.



Alto poder corrosivo

4. Silicatos de sodio. El silicato de sodio es Na2SiO3. 

Son solubles



Ablanda el agua formando precipitados que se enjugan fácilmente


37

Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión 

Inhiben la redeposición de las partículas indeseasen los tejidos lavados.



Son anticorrosivos, dificultan la oxidación del acero inoxidable o del aluminio.



Son disoluciones tampones o reguladores o buffers, es decir, mantienen el pH adecuado durante todo el lavado, proporcionando las condiciones de trabajo óptimas para que así el resto de los componentes del detergente sean capaces de funcionar al máximo rendimiento.

5. Zeolitas sódica. Es un aluminosilicato sódico con una estructura cristalina formando poros en su interior cuya fórmula es Na2Al2Si3O10.2H2O. En comparación, con el TPP presenta una serie de inconvenientes y ventajas. Los inconvenientes: 

Poca capacidad de intercambio para el ión magnesio (intercambio iónico).



Para que se produzca intercambio, los iones metálicos deber de estar en disolución.



Insoluble en agua.



Menos eficacia.



Neutro



Capacidad de intercambio para los iones calcio, esta capacidad en

Las Ventajas: muchos casos es superior, al TPP, especialmente a temperaturas altas. 

Proporciona una fase heterogénea en el mismo sistema de lavado, lo que impide que se produzcan incrustaciones sobre las prendas.

6. Sales sódicas de ácidos hidrocarboxilicos. Se utilizaban estos agentes por su poder secuestrante, pero su elevado precio provocó su rápida sustitución por otros coadyuvantes ionorgánicos. Actualmente, se aceptan las siguientes sales: 

Sales sódicas del ácido nitrilo acético, NTA. Es el mejor complejante de los iones calcio que el TPP. Pero, solubiliza los iones cationes metálicos pesados, aumentando la toxicidad de aguas residuales.


38

Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión 

Sales sódicas del ácido cítrico, CT-Na. Es un complejante de iones calcio y magnesio.

Estas sales presentan las siguientes ventajas: 

Es altamente soluble en agua.



Es químicamente compatible con cualquier otro ingrediente.



No es tóxico y resulta altamente biodegradable.

Los incovenientes son: 

Al aumentar la temperatura disminuye el poder secuestrante.



Resulta caro y no abunda en los mercados.

Las funciones resumidas de los principales coadyuvantes son: Agentes coadyuvantes

Funciones

Polifosfatos

Ablandar el agua

Silicatos solubles

Ablandar el agua

Carbonatos

Ablandar el agua

perboratos

Blanquear Tabla 4. Funciones de los coadyuvantes

La vida de los coadyuvantes más importantes en la industria química de detergentes es:

SIGLO XX

SIGLO XX

SIGLO XX

TPP

ZEOLITA MÀS CARBONATO

CARBONATOS MAS SILICATOS

Figura 16. Evolución de los builders en la industria

Los tripolifosfatos tienen una eficacia más elevada que los demás coadyuvantes pero afectan negativamente al medio ambiente, en algunos países europeos se prohibieron su utilización, por eso motivo, fueron sustituidos poco a poco por las zeolitas y los carbonatos. Pero, los científicos de las industrias de este campo, observaron que no eran tan eficaces como los TPP, además del coste elevado de las zeolitas, por ello, a lo largo de los años se introdujeron la mezcla de los carbonatos y los silicatos.


39

Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión 3.2. Aditivos Este componente aporta características ajenas al poder detersivo. Los agentes aditivos más comunes son: enzimas, carboximetilcelulosa, estabilizadores de espuma, colorantes y perfumes. A continuación, se explican cada uno de estos aditivos: 1. Blanqueantes. Los tejidos se blanquean por la liberación del oxígeno (oxígeno inestable). Las burbujas que se forman por la liberación de oxígeno van degradando las manchas indeseadas y el color de la ropa dejándola blanca. Casi todos los blanqueantes son componentes “per”, es decir, tiene un oxígeno adicional y son

oxidantes en comparación a su fórmula estable. Además, inhiben la formación de bacterias y fungicidas. Los blanqueantes más utilizados son: a) Peróxido de hidrógeno. El peróxido de hidrógeno o agua oxigenada (H2O2). La inestabilidad del peróxido de hidrógeno: 2 H2O2 (l)

2 H2O (l) + O2 (g) ↑

Tambíen, es capaz de actuar como agente oxidante o reductor. Las ecuaciones que se muestran a continuación presentan las semireacciones para la reacción en solución ácida. 2H+(ac) +H2O2 (ac) + 2eH2O2 (ac)

O2 (g) + 2H+(ac) + 2e

b) Hipoclorito de sodio. La fórmula del hipoclorito es NaClO, también es conocido como lejía. Sólo es estable en solución acuosa a pH básico. El peróxido de hidrógeno y el hipoclorito de sodio son incompatibles con la gran mayoría de los componentes de los detergentes en polvo porque son líquidos y porque la descomposición de peróxido de hidrógeno se acelera en medio ácido, que ocasionaría la formación del LAS, y porque la descomposición del hipoclorito de sodio se relantiza en medio básico provocando la no liberación del oxígeno, es decir, en ninguno de los casos se tendría un detergente efectivo y blanqueante. En cambio, el perborato, percarbonato y persulfato son menos agresivos que el hipoclorito de sodio, se encuentran en estado sólido, son compatibles con todos los componentes del detergente y la descomposición se acelera en medio básico. Por eso, se elegirá el mejor de los tres para blanquear la ropa.


40

Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión c) Peroxoborato de sodio. Su fórmula es Na3BO4. El boro afecta negativamente al medio ambiente, por eso se descarta como componente del detergente. d) Peroxocarbonato de sodio. La fórmula es Na2CO4. e) Peroxosulfato de sodio. El persulfato/peroxosulfato de sodio es Na2SO5 que es menos utilizado que el percarbonato de sodio. Al elevar la temperatura de lavado aumenta la descomposición de los compuestos “per”, pero

éstos no blanquean a temperaturas bajas, ya que, necesitan un activador para acelerar su descomposición y blanquear a temperatura ambiente. El activador que se utiliza es el TAED, normalmente se añade menor del uno porciento al detergente. Un ejemplo del TAED con el peróxido de hidrógeno.

Figura 17. Reacción del TAED con el H2O2

f) Blanqueante óptico. Son compuestos blancos o incoloros que absorben luz en la región violeta y ultravioleta del espectro electromagnético (entre 340 y 400nm) y la reflejan en la zona azulada del espectro visible (entre 400 y 470nm), lo que da a la prenda una apariencia más blanca. Estos no cambian las características de absorción de la prenda, pero al reflejar más luz, hacen que el ojo crea que esta viendo un color más blanco y brillante. Si se incide luz ultravioleta, rayos del sol, en la prenda se verán las manchas de un color amarillento y si se hace en el detergente que contega blanqueante óptico se podrá apreciar donde está por el brillo que resplandece. Los blanqueadores ópticos tienen un 0,0001 porciento de titanio.En la formulación del detergente se utilizará la curamina como activador de los “per”.


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Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión g) Blauet. Los “blauets” son agentes ópticos, granos de color azul, que tiene un 0,00001 por

ciento de titanio. También, pueden ser utilizados en las pinturas y tintes para dar un brillo al color blanco. Con respecto a los blanqueantes, se formulará un detergente que contega el peroxocarbonato de sodio, el TAED y la curamina para blanquear y dar brillo a la ropa blanca. Si se formulase un detergente para ropa de color no se añadiría ningún blanqueante, porque destiñería la ropa. 2. Enzimas. Las enzimas rompen las moléculas orgánicas adheridas en los tejidos facilitando la interacción del tensioactivo en porciones más pequeñas de suciedad para eliminarla. Las moléculas orgánicas pueden ser restos de leche, sangre, tomate... En el siguiente esquema se muestra la reacción de una enzima y tensioactivo con una partícula indeseada.

Figura 18. Interacción de una enzima y tensioactivo con la suciedad

Dependiendo del compuesto orgánico adherido a la ropa tenemos su correspondiente enzima para hidrolizarlo: Proteína

Proteasas

Celulosa

Celulosas

Almidón

Amilasas

Lípidos

Lipasas

En la industria de detergentes se compra una mezcla de las anteriores enzimas para asegurarse de que no quedan sustancias indeseadas en los tejidos. Los enzimas son termolábiles. 3. Carboximetilcelulosa (CMC). Modifica la viscosidad de la pasta y estabiliza las dispersiones. Retiene humedad, modifica las propiedades de consistencia, absorbe minerales de la superficie y precipita las particulas en suspensión formando coloides en el fondo.


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Figura 19. Fórmula de la carboximetilcelulosa

4. Estabilizadores de espuma. Controlan la espuma para evitar la formación excesiva espuma. La producción de espuma no tiene nada que ver con el poder detergente. Sin embargo, el consumidor tiene siempre la impresión de que si no hay espuma no hay buena detergencia. Este malentendido está a menudo mantenido y acentuado por la publicidad de los propios fabricantes de detergentes. Para el lavado a máquina tanto de ropa es un inconveniente la formación de espuma por la eficacia del detergente y el daño de la máquina, por eso, se han desarrollado las formulaciones baja-espuma. Como por ejemplo, la silicona.

Figura 20. Estructura de la silicona

5. Colorantes: El color de las prendas se va perdiendo con el lavado, por ello, se añaden unas partículas de color al detergente para mantener el color de la prenda. Los colorantes son compuestos orgánicos con dobles y simples enlaces alternados, es decir, sistemas conjugados. Si se hace reaccionar un oxidante con un colorante, el agente oxidante reaccionará con los dobles enlaces del colorante transformandolos a enlaces simples. Esta pérdida de conjugación provoca que la mólecula deje de aborver en la región ultravioleta-visible y por lo tanto deja de ser coloreada. Por eso, no se debe utilizar ningún tipo de oxidante para lavar ropa de color.


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Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión 6. Perfumes. Dan aroma a los tejidos.

3.3. Auxiliares de presentación Los auxiliares de presentación son compuestos minerales u orgánicos que sirven para dar un acabado al producto final y conseguir la concentración adecuada. Los más usados son el sulfato de sodio y el agua. 7. Sulfato de sodio. La fórmula de sulfato de sodio es Na2SO4 y evita que el polvo se apelmace facilitando su manejo y disolución en el agua. A parte, da volumen al detergente en polvo. 8. Agua. Los detergentes en polvo tienen una cierta humedad, que son moléculas de agua adheridas al detergente. Las funciones resumidas de los aditivos y auxiliares se muestran en la siguiente tabla: ADITIVOS Y AUXILIARES

FUNCIONES

SULFATO DE SODIO

evitar endurecimiento del polvo

SUSTANCIAS FLUORESCENTES

absorver la luz ultravioleta

ENZIMAS

romper moléculas

CARBOXIMETILCELULOSA

impedir la adhesión del polvo

ESTABILIZADORES DE ESPUMA

estabilizar la espuma

COLORANTES

evitar perdida de colores

PERFUMES

perfumar Tabla 05. Funciones de los aditivos y los auxiliares

3.4. Formulación Los componentes de un detergente en polvo para ropa blanca y para ropa de color son: ROPA BLANCA

ROPA DE COLOR

Tensioactivo anionico

Tensioactivo anionico

Carbonato de sodio y silicato de sodio

Carbonato de sodio y silicato de sodio

Percabonato de sodio y activador

Enzimas

Blanqueante óptico

Silicona

Enzima

Carboximetilcelulosa

Silicona

colorante

Carboximetilcelulosa

Perfume


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Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión Total

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Tabla 07 formulas del detergentes En la industria de detergentes se produce detergentes en polvo, líquidos, cremosos o compactos. Los ingredientes que componen el detergente en polvo son: materia activa (dodecilbencenosulfonato de sodio) y componentes complementarios (coadyuvantes, aditivos y auxiliares). El detergente en polvo contiene entre un 8% y un 10 % máximo de humedad.

3.5. Aplicaciones Los campos de aplicación de la industria de detergentes son: Detergentes en polvo para la colada, detergentes líquidos y concentrados, estabilizadores de espuma en detergentes líquidos, productos para la limpieza de superficies duras, sanitarios, productos lavavajillas, limpiadores de alfombras y tapicerías. En la actualidad son pocos los procesos industriales que no utilizan detergentes en alguno o varios de sus procesos: 

Industria textil: Utiliza ampliamente detergentes para el lavado, blanqueo, tintes, aprestos cueros,...



Industria agrícola: Empleo como humectantes, que forman parte de la descomposición de insecticidas, herbicidas, germicidas,...



Industria de la construcción: Hace uso de los detergentes para mejorar la resistencia y humectabilidad del cemento y hormigón, aumentar la manejabilidad de polvos decorativos en cerámicas, aumento de la fluidez del hormigón, agentes espumantes para la fabricación de materiales aislantes, adición a arcillas para crear estructuras porosas en la fabricación de refractarios,...

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Industria minera: Se usan como preventivos del polvo durante la excavación, carga y transporte de carbón y minerales,...

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Industria metalúrgica: Para limpiar los metales: desengrasado, enjuagado,etc.

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Industria del transporte: Lava el material móvil, accesorios de ferrocarriles, automóviles, cisternas para transporte de aceites, depósitos de lubricantes, etc.



Industria química: Los emplea como dispersantes, emulsificantes, fabricación de colorantes, lacas, pinturas, pigmentos, productos fitosanitarios, lavado de equipo, edificios, envases, etc.


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Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión degradar

al

detergente.

El aditivo de fosfato (tripolifosfato de sodio) se le conoce como formador, estos formadores tienen tres funciones básicas: primero, actuando como bases, hacen que el agua de lavado sea básica ésto es, un pH alto necesario para la acción del detergente; en segundo lugar, los fosfatos reaccionan con los iones del agua dura, como los iones calcio y magnesio, en tal forma que éstos no llegan a interactuar con el detergente, no limitando así su acción limpiadora, y en tercer lugar, ayudan a mantener las grasas y el polvo en suspensión para que se puedan eliminar

durante

el

lavado.

El inconveniente empieza cuando ya se ha desechado el detergente fosfatado, los fosfatos son arrastrados por el drenaje y la mayoría de las plantas de tratamiento de aguas negras no están diseñadas para eliminar fosfatos y por lo tanto, éstos pasan al medio ambiente acuático a través del efluente de las agua negras. Se calcula que alrededor del 50% de los fosfatos de las aguas negras provienen de los detergentes. El problema de los fosfatos, es que actúa como elemento nutritivo para algas y plantas acuáticas, lo que a su vez provoca la degradación de las aguas naturales. Entre otros aditivos importantes se encuentran los enzimas, los cuales por lo general son sustancias de naturaleza proteínica, que se encargan de catalizar las reacciones en los seres vivos. La tecnología de enzimas en los detergentes se desarrolló como una herramienta más de éstos para atacar ciertos sustratos (generalmente protéicos) específicos.Los detergentes que contienen enzimas se les llama detergentes biológicos.


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Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión *Cuatro vasos de vidrio de 250 ml de capacidad. *Un detergente en polvo que no sea biológico. *Tres detergentes que sí sean biológicos, pero de marcas diferentes. *Dos huevos duros o cocidos.

Procedimiento 1.- Agregar a cada vaso 25 mililitros de agua caliente y disolver en cada uno 15 gramos de detergente. 2.- Etiquetar cada vaso de manera que no se olvide el detergente que se coloco en cada uno: *Vaso 1: Detergente no biológico *Vaso 2: Detergente biológico marca "A" *Vaso 3: Detergente biológico marca "B" *Vaso 4: Detergente biológico marca "C" 3.- En cada recipiente, colocar la mitad de la clara de un huevo cocido. 4.- Poner los recipientes, durante dos días, cerca de una tubería de agua caliente, para que estén a una temperatura de aproximadamente 30 grados centígrados. Resultados Luego de los dos días se observo lo siguiente: *La clara de huevo que se puso en el recipiente con detergente no biológico estaba casi intacta (es decir, no sufrió cambios drásticos). *Los trozos de clara que se agregaron en los recipientes con marcas distintas de detergentes biológicos se despedazaron considerablemente. En uno de ellos casi desapareció:


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Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión *Las enzimas que contienen los detergentes biológicos ayudan a eliminar con mayor rapidez los restos de las claras de huevo (y, por extensión, de otras sustancias parecidas que caen a la ropa). *Las diferentes marcas de detergentes biológicos tienen distintos efectos en la eliminación de los restos de las claras de huevo, según sea la cantidad o proporción de enzimas que usen. *Una enzima actúa sobre muchas moléculas de sustrato (leche, sangre, barro) en una cantidad pequeña agregada a un detergente de lavado y proporcionando un gran beneficio en la limpieza.

En teoría las enzimas facilitan la eliminación de las proteínas. La marca más efectiva de detergente, en esta prueba, resultó ser la B.

ETAPAS DEL PROCESO DE OBTENCION DE DETERGENTES El proceso de elaboración de detergente en polvo se divide en cuatro etapas principales: preadición, torre de secado, post-adición y envasado. El siguiente esquema queda representado el proceso.


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Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión la mezcla, para mantener la temperatura se emplea un intercambiador alrededor del reactor, el conjunto del reactor y del intercambiador de calor se denomina reactor con camisa. La sulfonación produce una conversión del 96% en menos de un minuto. Pero, para facilitar los cálculos y los diseños del proceso se ha supuesto una conversión del 100%. Las variables a controlar son: · · · · · · ·

Efectividad del agente sulfonante. Relación de agente activo y agente sulfonante. Temperatura. Técnica y tiempo de agregado del agente sulfonante. Grado de agitación en la sulfonación. Temperatura y tiempo de agitación de la mezcla reaccionante. Pureza del agente sulfonante.

Actualmente la mayoría de las industrias eliminan la etapa de sulfonación y adquiren por parte de otras industrias químicas el ácido Sulfónico de Dodecilbenceno como materia prima para la producción de los detergentes, como por ejemplo, Henkel, debido a que el coste del LAS es mucho más bajo que dodecilbenceno. En el anexo se hace un estudio económico de esto último. .Reacción de neutr alización

El LAS formado se neutraliza con una solución de sosa cáustica, para formar el tensoactivo aniónico, dodecilbencensulfonato de sodio. La reacción es la reacción La neutralización se efectúa de la siguiente manera: se deposita la solución de NaOH (20%) en el neutralizador, después se agrega el LAS y se agita a una velocidad tal que su temperatura en el neutralizador se mantenga en un rango de 50-55 ºC (el cual debe tener una capacidad mínima igual al doble de la capacidad del sulfonador). Durante la neutralización es necesario controlar la temperatura para mantener la fluidez de la pasta. Esta reacción es altamente exotérmica, generando de 6 a 8veces más calor que en la reacción de sulfonación . Los equipos empleados para controlar la temperatura en las etapas de sulfonación y neutralización son intercambiadores de calor de flujo circulante. La masa formada en la reacción (2), se mezcla con los insumos elegidos para elaborar el detergente. La operación se realiza en tanques de mezcla denominados crouthers (recipientes cilíndricos de base cónica y dispuesta de una chaqueta de calentamiento y un agitador), en donde se forma un lodo pastoso denominado slurry con un contenido del 40 al 60% de sólidos. Es necesario mantener un control estricto de la composición del producto resultante, la temperatura y el pH. Parámetros de la formación de la pasta slurry: · Temperatura de mezcla: 60º C. · pH de la mezcla: 10 (básico). - Comprobación de un pH básico cualitativamente: La mezcla contiene agua y dodecilbencenosulfonato de sodio. El agua es neutra y la sal del LAS es básica porque la sal se descompone en catión sodio y en el anión


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Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión dodecilbenecenosulfonato, reacción (4). El catión sodio no reacciona con el agua por lo tanto, el pH del medio es neutro, pero el anión de la sal del LAS si que reacciona con el agua, formando LAS y hidroxilos, reacción (5) CH3(CH2)9(CH)2C6H5SO3Na _ CH3(CH2)9(CH)2C6H5SO3 - + Na+ (4) H2O + CH3(CH2)9(CH)2C6H5SO3 - _ CH3(CH2)9(CH)2C6H5SO3H + OH- (5) Finalizada la mezcla, el slurry se bombea a la torre de secado. El detergente desechado del tamiz y los detergente devueltos por el consumidor se vierten en el mezclador de la pasta slurry, para que no haya residuos. Ver el anexo de cálculos para conocer más información del dimensionado. TORRE DE SECADO La pasta slurry contiene entre un 30 y el 40 % de humedad (los cálculos se han realizado con un valor del 36% de agua, ver anexo de cálculos) hasta un producto terminado del 10 % máximo de humedad. El secado se efectúa en la torre de aspersión o dispersión. La masa pastosa o slurry es bombeada a la torre de dispersión a una presión de 75 a 150 Psi., las partículas dispersas son puestas en contracorriente con aire caliente (400 ºC). En ésta sección se realizan las siguientes operaciones: · · ·

Generación de aire caliente. Secado del producto. Separación de polvo de arrastre

La producción de aire caliente necesaria para el secado del producto se obtiene mediante el horno generador de combustión de gas natural (el gas natural contiene entre un 90% y un 95% de metano y el resto es nitrógeno, sulfuro de hidrógeno y helio, pero los cálculos se han realizado con el porcentaje máximo de metano, es decir, 100%). El generador está dotado de los dispositivos para el control de la combustión y la regulación automática de la temperatura del aire caliente a 400 ºC. Cerca del generador está situado el ventilador que ha de enviar el aire caliente a la torre, provisto de válvulas de regulación de caudal y enfriamiento. El aire de secado entra por la parte inferior de la torre y sale por arriba, en sentido contrario al descenso de las partículas atomizadas por los inyectores. El distribuidor está provisto de numerosas bocas de entrada de aire para garantizar una inyección uniforme y regular del aire al interior de la torre. En cambio, la pasta slurry sale atomizada por la parte de arriba de la torre. Mientras el producto seco sale por la parte inferior de la torre, el aire (húmedo) lo hace por la parte superior, pasando a través del conducto a la batería de ciclones.

TORRE DE ASPERSIÓN O DISPERSIÓN Se alimenta de un gran volumen de aire caliente suficiente para abastecer el calor necesario para completar la evaporación del agua. La transferencia de masa y energía se logra mediante el contacto directo del gas caliente con las gotitas dispersas. Después de concluir la desecación el gas saliente por la parte superior es enfriado (por el calentamiento global) y las partículas finas se separan del gas por medio de un filtro (para que las partículas finas no pasen a la


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Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión atmosfera contaminándola).La torre de aspersión generalmente está construida con chapa de acero común, está provista de mirillas o puntos de observación, e inyectores de pulverización. Tienen forma y dimensiones estudiadas para obtener valores óptimos de la velocidad y temperatura del aire además del tiempo de contacto. Normalmente la altura promedio es 24 metros (la torre que se instalará será de 20,4m) BATERÍA DE CICLONES La recolección de finos y nieblas en la parte superior de la torre de aspersión son atrapados por medio de filtros que atrapan más del 90 % de los sólidos. Los ciclones están ajustados con mangas de alta resistencia a la temperatura. Los finos son continuamente recogidos y reciclados dentro de la torre de dispersión, así se asegura una aspersión libre de niebla y se evita la operación manual. El aire sale a la atmósfera con un contenido de finos y material particulado por debajo de 5 mg/m3. · Sistema de enfriamiento El producto caliente que sale de la descarga de la torre es transportado por el conducto en donde sufre un enfriamiento. En el paso por el conducto de enfriamiento, los grumos más pesados se descargan en la parte inferior del conducto. PO ST-A DICIÓN

La mezcla es seca porque el porcentaje de agua es de un 10%, esto se considera un polvo seco. En esta última etapa se realiza la operación de tamizado, en que las partículas de 0,5 a 1 micras pasan como producto deseado (se recogen en la parte inferior del tamizado) y el resto se desecha en el mezclador de la pasta slurry. Después de realizar una granulometría se añaden los insumos que no se han añadido en la pasta slurry, porque las altas temperaturas de la torre se secado supondría una desactivación de las de las propiedades de las sustancias, como por ejemplo, el perfume y enzimas mediante dosificadoras. Las tres etapas anteriores (pre-adición, torre de secado y post-adición) se pueden esquematizar en un diagrama de flujo como es el siguiente.


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Uso de Enzimas en Detergentes

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