I Evaluación de la eficiencia como coagulante de la ...
88
I Evaluación de la eficiencia como coagulante de la semilla de soja molida, soja deslipidificada y la torta de soja, frente al sulfato de aluminio en procesos de clarificación de aguas Jennifer Viviana Pinilla Caicedo Código 20131085048 . Universidad Distrital Francisco José De Caldas Facultad De Medio Ambiente Y Recursos Naturales Tecnología En Saneamiento Ambiental Bogotá 2017
Transcript of I Evaluación de la eficiencia como coagulante de la ...
I
Evaluación de la eficiencia como coagulante de la semilla de soja molida, soja deslipidificada y
la torta de soja, frente al sulfato de aluminio en procesos de clarificación de aguas
Jennifer Viviana Pinilla Caicedo
Código 20131085048
.
Universidad Distrital Francisco José De Caldas
Facultad De Medio Ambiente Y Recursos Naturales
Tecnología En Saneamiento Ambiental
Bogotá
2017
II
Evaluación de la eficiencia como coagulante de la semilla de soja molida, soja deslipidificada y
la torta de soja, frente al sulfato de aluminio en procesos de clarificación de aguas
Jennifer Viviana Pinilla Caicedo
Código 20131085048
Trabajo de Investigación sobre coagulantes naturales para optar por el título de Tecnóloga en
Saneamiento Ambiental
Director de Investigación Jayerth Guerra Rodríguez
Químico Máster en Química Analítica
Universidad Distrital Francisco José De Caldas
Facultad De Medio Ambiente Y Recursos Naturales
Tecnología En Saneamiento Ambiental
Bogotá
2017
III
Nota de Aceptación
_______________________________
_______________________________
_______________________________
_______________________________
_______________________________
_______________________________
______________________________
Presidente del Jurado
_______________________________
Jurado
______________________________
Jurado
Bogotá, Noviembre 2017
IV
Dedicatoria
Para aquel ser de luz que aun en lo más profundo de las tinieblas titila para
indicarme el camino y aunque no siempre siga el que desearía, brilla con más luz para ayudarme
a cumplir mis sueños, mi madre.
V
Agradecimientos
Al profesor Jayerth Guerra quien me animo a introducirme en el mundo incierto y
asombroso de la investigación y me apoyo durante todo el camino con las preocupaciones y
alegrías.
A mi familia, quienes son las raíces firmes que soportan el crecimiento del árbol
de los sueños, soportan tormentas y dan sombra en los días tranquilos. Especialmente a mi madre
y hermano.
A Laura y Katherine por ayudarme en los laboratorios y por ser mis sinceras y
fieles amigas, como las estrellas.
VI
Contenido
Contenido ............................................................................................................................... VI
Lista de gráficos ..................................................................................................................... XI
Lista de figuras...................................................................................................................... XII
Lista de tablas ..................................................................................................................... XIII
Resumen.............................................................................................................................. XIV
Introducción ............................................................................................................................. 1
Planteamiento del problema..................................................................................................... 4
Justificación ............................................................................................................................. 6
Objetivos .................................................................................................................................. 9
Objetivo General .................................................................................................. 9
Objetivos Específicos ........................................................................................... 9
Marco Conceptual .................................................................................................................. 10
Marco teórico ..................................................................................................... 10
Generalidades. ................................................................................................ 10
VII
Agua. .......................................................................................................... 10
Agua para consumo humano, o agua potable. ............................................ 11
Calidad de Agua. ........................................................................................ 11
Parámetros de la calidad del agua para consumo humano. ............................ 12
Color Aparente. .......................................................................................... 12
Olor y Sabor. .............................................................................................. 12
Turbiedad. .................................................................................................. 13
Potencia de Hidrogeno (pH) y Temperatura del agua. .............................. 14
Procesos y operaciones de clarificación de aguas. ......................................... 17
Clarificación. .............................................................................................. 17
Coloides. ..................................................................................................... 17
Coagulación y floculación. ......................................................................... 19
Sedimentación. ........................................................................................... 21
Coagulantes Sintéticos. .............................................................................. 22
Coagulantes naturales. .................................................................................... 23
VIII
Soja. ............................................................................................................ 24
Torta de soja. .............................................................................................. 28
Operaciones y Procedimientos ....................................................................... 30
Molienda..................................................................................................... 30
Tamizar....................................................................................................... 30
Homogenizar .............................................................................................. 30
Deslipidificar .............................................................................................. 30
Extracción Soxhlet ..................................................................................... 30
Filtración al vacío ....................................................................................... 31
Dilución. ..................................................................................................... 31
Prueba de jarras .......................................................................................... 31
Criterios estadísticos ...................................................................................... 32
Medidas de tendencia central ..................................................................... 32
Medidas de dispersión ................................................................................ 32
Metodología ........................................................................................................................... 34
IX
Preparación de la semilla de soja y la torta de Soja ........................................... 34
Deslidipificación de la semilla de soja ........................................................... 35
Preparación de los extractos ............................................................................... 36
Preparación agua sintética de diferente turbiedad .............................................. 37
Pruebas de Jarras ................................................................................................ 38
Diseño Experimental .......................................................................................... 39
Resultados y discusión ........................................................................................................... 42
Eficiencia como coagulante de soja molida ....................................................... 42
Eficiencia como coagulante de torta de soja ...................................................... 43
Eficiencia como coagulante de soja deslipidificada ........................................... 45
Análisis de eficiencias de extractos .................................................................... 47
Comparación de eficiencia a turbiedad de 520-480 UNT .................................. 48
Eficiencia de los extractos a turbiedad de 270-230 UNT................................... 49
Eficiencia de los extractos en turbiedades de 150-110 UNT ............................. 50
Comparación del Extracto S SM frente a Sulfato De Aluminio ........................ 51
X
Estandarización de prueba de mejor resultado ................................................... 52
Conclusiones .......................................................................................................................... 54
Recomendaciones .................................................................................................................. 56
Bibliografía ............................................................................................................................ 57
Anexos ................................................................................................................................... 63
Anexo 1 Aminoácidos contenidos en la soja y torta de soja .............................. 63
Anexo 2- Materiales, equipos y reactivos .......................................................... 65
Anexo 3 Extracción Soxhlet, cálculos................................................................ 71
Anexo 4 Resultados replicas con extracto S SM................................................ 73
XI
Lista de gráficos
Grafico 1 Eficiencia Extracto A SM. Fuente: Autor. ............................................. 42
Grafico 2 Eficiencia Extracto S SM. Fuente: Autor............................................... 43
Grafico 3 Eficiencia Extracto A TS. Fuente: Autor. .............................................. 44
Grafico 4 Eficiencia Extracto S TS. Fuente: Autor. .............................................. 45
Grafico 5 Eficiencia Extracto A SD. Fuente: Autor.............................................. 46
Grafico 6 Eficiencia Extracto S SD. Fuente: Autor. ............................................. 47
Grafico 7 Eficiencias a turbiedad inicial 520-480 UNT. Fuente: Autor. ............... 49
Grafico 8 Eficiencias a turbiedad inicial 270-230 UNT. Fuente: Autor. ............... 50
Grafico 9 Eficiencias a turbiedad inicial 150-110 UNT. Fuente: Autor. ............... 51
Grafico 10 Comparación (Al2SO4)3 Frente Extracto S SM. Fuente: Autor. ........ 52
XII
Lista de figuras
Figura 1 Productos y aplicaciones de la soja en la alimentación humana. (Ridner,
2006) ............................................................................................................................................. 26
Figura 2 Composición química de torta y semilla de soja (Buitrago et al., 1980) . 29
Figura 3 Preparación de extractos y nomenclatura. Fuente: Autor. ....................... 36
Figura 4 Sedimentación pruebas de jarras replicas, extracto salino SM, 2ml.
Fuente: Autor. ............................................................................................................................... 39
Figura 5 Aminograma tota de soja. Fuente: Premex. ............................................. 64
XIII
Lista de tablas
Tabla 1 Registro fotográfico preparación de semilla y torta de soja. Fuente: Autor.
....................................................................................................................................................... 35
Tabla 2 Registro fotográfico preparación de extractos. Fuente: Autor. ................. 37
Tabla 3 Registro fotográfico pruebas de jarras. Fuente: Autor. ............................. 39
Tabla 4 Diseño Experimental. Fuente: Autor......................................................... 40
Tabla 5 Características prueba de mejor resultado. Fuente: Autor. ....................... 53
Tabla 6 Resultados criterios estadísticas. Fuente: Autor........................................ 53
Tabla 7 Aminoácidos esenciales en 100g de Soja. Fuente: Modificado de (Ridner,
2006) ............................................................................................................................................. 63
Tabla 8 Materiales, Equipos y Reactivos usados. Fuente: Autor. .......................... 71
Tabla 9 Replicas extracto S SM ............................................................................. 73
XIV
Resumen
En procesos de clarificación de aguas, la coagulación es el proceso donde más
inconvenientes pueden presentarse, pues se requiere de la ayuda de compuesto coagulante para
la remoción de la mayoría de las partículas; el uso inadecuado de los coagulantes como el
sulfato de aluminio, de mayor uso en Colombia, implica desventajas como los altos costos de
adquisición que algunos municipios no pueden suplir, además de los problemas
medioambientales y de salud para las poblaciones. Es por esto necesario buscar una alternativa al
uso de coagulantes químicos, para lo cual se propone el uso de coagulantes naturales. En esta
investigación se evaluó la eficiencia como coagulante de la semilla de soja en diferentes
presentaciones, semilla de soja molida, soja deslipidificada y torta de soja comparado con la
eficiencia del sulfato de aluminio. Luego de obtener los extractos salinos y acuoso de cada
presentación de semilla se realizaron pruebas de jarras para medir la eficiencia de cada extracto
en rangos de turbiedad de 520-480; 270-230 y 150-110 UNT y manteniendo un pH aproximado
5 del agua sintética. El mejor resultado fue una eficiencia del 98.27% con el extracto salino de
soja molida a una turbiedad inicial de 503.1UNT, dosis de 2ml y pH del agua sintética de 5.05;
en las mismas condiciones se evalúa el sulfato de aluminio y la eficiencia disminuye 2.06%. A
nivel general en todos los rangos de turbiedad y dosis, fue el extracto salino de soja
deslipidificada el que presento mejores resultados, dando como menor eficiencia 84.98%.
Palabras claves: clarificación, coagulación, coagulantes naturales, soja, eficiencia.
XV
Abstract
In water clarification processes, coagulation is the process where the most
inconveniences can present themselves, since it requires help from coagulant compound for the
removal of the majority of the particles; the inadequate use of the coagulants like aluminum
sulfide, most used in Colombia, implies disadvantages like higher cost of acquisition that some
municipalities can’t cover, as well as environmental and health problems for populations. It’s
because of this that it’s necessary to find an alternative to the use of chemical coagulants, for
which it’s suggested to use natural coagulants. In this research the efficiency was assessed of the
soybean seed as a coagulant in different presentations, ground soybean seed, deslipidified
soybean as well as soy cakes comparing them to the efficiency of aluminum sulfide. After
obtaining the saline and watery extracts of each of the seeds presentations jar test were carried
out to measure the efficiency of each extract in turbidity ranges of 520-480; 270-230 and 150-
110 UNT and maintaining an approximate pH of 5 for the synthetic water. The best result was an
efficiency of 98.27% with the ground soybean saline extract at an initial turbidity of 503.1 UNT,
a 2 ml dose and a synthetic water pH of 5.05; in the same conditions the aluminum sulfide was
assessed and the efficiency decreased 2.06%. At a general level at all ranges of turbidity and
dose, the saline extract for deslipidified soybean presented the best results, generating 84.98% as
the least efficiency.
Keywords: clarification, coagulation, natural coagulants, soja, efficiency.
1
Introducción
El agua es el elemento fundamental para los seres vivos, el agua dulce sustenta la
vida humana; el acceso sostenible al agua potable y a los servicios básicos de saneamiento es una
de las metas establecidas en los Objetivos de Desarrollo del Milenio (Organización de las
Naciones Unidas, 2010). En Colombia en la última década, según datos del Departamento
Nacional de Planeación, la cobertura de acueducto a nivel nacional registró una mejora
sustancial, pasando de 79.7% en 1993 a 86.1% en el 20031. Aunque esta expansión de la
cobertura estuvo concentrada en la zona rural, aún existe una brecha significativa entre la
cobertura urbana y la rural; en 708 municipios del país (65% de los municipios) la cobertura no
alcanza el 75% de la población (UNICEF, 2006).
De igual forma el Índice de Riesgo de la calidad del agua para consumo humano
(IRCA) es más alto en zonas rurales y pequeños municipios del país. La mayoría de dichos
municipios no cuentan con un sistema de tratamiento de agua potable, porque no hay personal
capacitado en el manejo de los sistemas o porque no se asumen los costos de tratamiento.
Dentro del tratamiento de agua, el proceso de coagulación es el más eficaz para la
remoción de todas las partículas suspendidas y disueltas, pero también es el que representa un
mayor gasto pues se requiere el uso de un agente coagulante normalmente de origen químico. Es
por esto que se propone desde hace algunos años desde diversas investigaciones, el uso de
1 Datos del DNP con base en DANE, Censo 1993 y ECV 2003.
2
coagulantes naturales extraídos de semillas, plantas endémicas o residuos orgánicos como
alternativa al uso de compuestos químicos.
Los agentes naturales son sustancias solubles en agua, procedentes de materiales de
origen vegetal o animal que actúan de modo similar a los coagulantes sintéticos, aglomerando las
partículas en suspensión que contiene el agua cruda, facilitando su sedimentación y reduciendo la
turbidez inicial de esta. (Ramirez & Jaramillo, 2015) Los coagulantes naturales principalmente
polisacáridos, son considerados ambientalmente amigables en comparación con los agentes
orgánicos e inorgánicos debido a su biodegradabilidad. (Diamadopoulos et al. 2009)
Este trabajo de investigación tiene como objetivo evaluar la eficiencia como
coagulante de las semilla de Soja (Glycine max) teniendo como principal antecedente de su
eficiencia el trabajo de Pinilla, 2016 “Comparación del grado de efectividad como coagulante en
tratamiento de aguas potables del extracto acuoso y el extracto acuoso salino de la semilla de
moringa oleífera, frente a los extractos acuoso y extracto acuoso salino de las semillas de soja y
de chachafruto” quien obtuvo eficiencias de coagulación del 99.54% con extracto salino de soja
deslipidificada.
La semilla de soja se evalúa en 3 presentaciones diferentes, semilla molida, semilla
deslipidificada y torta de soja y se compara con el sulfato de aluminio que es el coagulantes
usado en la mayoría de plantas de tratamiento del país; a partir de las tres presentaciones de la
semilla de soja se prepararon seis (6) extracto; uno acuoso (donde el disolvente es agua
desionizada) y uno salino (como disolvente cloruro de sodio 0.5M) para cada una de las
presentaciones de la semilla. Se establece como valor de pH 5, basado en la investigación de
3
(Pinilla ,2016) y como factores variables están la turbiedad inicial del agua sintética en rangos de
520-480 UNT; 270-230 UNT y 150-110 UNT y la dosis de coagulante que para las turbiedades
altas es de 2 y 5 ml y para las turbiedades menores se evalúa 2,1, 0.5, 0.2 ml.
La experimentación realizada se puede dividir en tres partes, inicialmente la
preparación de los extractos, las pruebas de jarras para establecer las eficiencias de los
coagulantes y la estandarización de la prueba con la prueba de mejor resultado el cual fue el
presentado por el extracto salino de soja molida a turbiedad inicial entre 520-480UNT pH 5.3 y
dosis de 2 ml con estos resultados se obtienen los datos estadístico de medidas de tendencia
central y dispersión y se realizan los análisis correspondiente.
Dicha investigación se realiza en la Universidad Distrital Francisco José de Caldas
bajo calidad de Trabajo de investigación sobre coagulantes naturales para optar por el título de
Tecnóloga en Saneamiento Ambiental, bajo la dirección del docente Jayerth Guerra y vinculada
al semillero de investigación BiotecAmbiental.
4
Planteamiento del problema
En Colombia para el año 2015 la cobertura de agua potable se estima en un 88%
(World Health Organization, 2015) pero además de la cobertura las autoridades sanitarias del
país deben velar por la calidad de dicha agua, para lo cual se basan en el Índice de Riesgo de la
Calidad del Agua para consumo humano (IRCA); para el año 2014 solo el 40.66% de la
población del país consumieron agua sin riesgo, el 30.66% consumieron agua en nivel de riesgo
bajo, 12.96% consumieron agua en nivel de riesgo medio, 12.72% consumieron agua en nivel de
riesgo Alto. (Ministerio de Salud y Protección Social, 2014)
La mayoria de los municipios del país no cuenta con un sistema de tratamiento de
agua potable, o si cuentan con este no hay condiciones o insumos suficientes para garantizar un
servicio optimo a la poblacion; las areas rurales son quienes presentan mayor niveles de riesgos.
Uno de los principales problemas en la potabilización de agua se presenta en el
proceso de coagulación puesto que allí se realiza la remoción de la mayor cantidad de partículas
y se requiere de la ayuda de un compuesto coagulante; en Colombia normalmente se usa el
Sulfato de Aluminio por su bajo costo, en comparación con otros compuestos químicos
coagulantes; aun así en los acueductos de pequeños municipios rurales no se realiza
correctamente dicho proceso, bien sea por los costos del coagulante o por un manejo inadecuado
del mismo. El uso de este tipo de coagulantes ha sido estudiada en diversas ocasiones por los
posibles problemas medioambientales y de salud que pueden generar, por ejemplo (Martenson,
Sheetz, & Graham, 1995) cuestionan en su investigación que los coagulantes sintéticos generan
lodos tóxicos que no pueden ser reutilizados en agricultura, son desechos a los cuales no se les
5
realiza en la mayoría de ocasiones un tratamiento y quedan libre ambiente; (Miller, Kopfler,
Kelty, Stober, & Ulmer, 1984) establecen en su estudio The occurrence of aluminium in drinking
wáter, que el aluminio empeora las enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer,
además de relacionarse con el cáncer.
Por ello es necesario busca alternativas de coagulantes de bajo costo que no
generen problemas ambientales ni de salud, como lo son los Coagulantes naturales. Desde los
90´s se encuentran registro de diversos estudios que evalúan productos de origen vegetal como
alternativa sostenible en los procesos de potabilización nombrados como coagulantes naturales,
además de no presentar problemas en la salud de las personas y que su residuo es aprovechable,
los productos naturales presentan una solución a los altos costos que se pueden generar con la
utilización de los productos químicos. Las semillas, plantas o subproductos que se evalúan
suelen ser endémicas de cada región o de fácil obtención, en este proyecto de investigación se
evalúa la eficiencia semilla de soja como coagulante natural.
6
Justificación
El uso de coagulantes naturales extraídos de semillas, plantas endémicas o residuos
orgánicos como alternativa al uso de compuestos químicos, viene documentado en textos
antiguos desde hace más de 2.000 años, es un tratamiento ancestral que está muy extendió en
zonas en las que la escasez de agua viene acompañada de falta de electricidad y de medios
técnicos. (Vazquez, 1994)
Los agentes naturales son sustancias solubles en agua, procedentes de materiales
de origen vegetal o animal que actúan de modo similar a los coagulantes sintéticos, aglomerando
las partículas en suspensión y las partículas disueltas que contiene el agua cruda, facilitando su
sedimentación y reduciendo la turbidez inicial. (Ramírez Arcila & Jaramillo Peralta, 2016)
Trabajos de investigación como los realizados en los últimos años como por
ejemplo el de(Turriago Ríos & Melo Vargas, 2012) estudiaron la efectividad coagulante de la
Moringa Oleífera obteniendo eficiencias de remoción de turbidez del 84.34%; (Caldera,
Mendoza, Briceño, Garcia, & Fuentes, 2007) de igual forma estudiaron la eficiencia de la semilla
de Moringa Oleífera como coagulante alternativo en la potabilización del agua y obtuvieron
resultados de 94,3% . Sandoval & Laines. (2013) quienes evaluaron la Moringa Oleífera en
comparación con coagulantes sintéticos como el Sulfato de Aluminio obteniendo que la
remoción con el sulfato de aluminio fue del 95.60% y la de la Moringa Oleífera del 92.03.% y
esta no cambio las propiedades químicas del agua. Además de dictar guías para la investigación
con otras semillas García Arnal y Sancho plasman en el documento del (Centro de Cooperación
al Desarrollo, 2015) “ Experiencias de investigación para el desarrollo humano” referentes de
7
investigaciones con resultados positivos, como el obtenido al evaluar la actividad coagulante del
extracto de Moringa Oleífera frente a el Policloruro de Aluminio obteniendo con el extracto sin
aceite remociones por encima del 90% de igual forma que con el PAC; (Muthuraman & Sasikala,
2014)) y de referentes en Colombia (Ramírez Arcila & Jaramillo Peralta, 2016) Ramírez y
Jaramillo (2015) dejan reporte en su investigación titulada “Agentes naturales como alternativa
para el tratamiento de agua” que los agentes naturales más estudiados como coagulantes son la
Moringa y diferentes clases de cactus, y que con dichas investigaciones se puede dictar
parámetros para evaluar otros semillas o productos vegetales.
Con estas investigaciones podemos notar que los agentes naturales son
considerados la mejor alternativa para sustituir compuestos químicos en procesos de
potabilización. Los coagulantes naturales pueden garantizar para las pequeñas comunidades una
tratamiento adecuado del agua de bajo costo y fácil utilización, si el proceso de coagulación en
una planta de tratamiento mejora combinado con una finalización de tratamiento acorde, la
calidad de agua para las poblaciones aumenta y de esta forma se lograría disminuir el Índice de
Riesgo de la Calidad del Agua para consumo humano (IRCA).
Además del bajo costo y facilidad de uso es relevante que la alternativa natural de
coagulante sea de fácil acceso, por ello se propone estudiar la semilla de Soja (Glycine max), la
cual cumple con las variables anteriores y se asemejarse en el contenido proteico a la Moringa
Oleífera, lo cual asume como una característica relevante de los coagulantes naturales.
Adicionalmente para la elección de la semilla de soja se toma como referente principal de su
eficiencia como coagulante la investigación realizada por (Pinilla Holguin, 2016) titulada
“Comparación del grado de efectividad como coagulante en tratamiento de aguas potables del
8
extracto acuoso y el extracto acuoso salino de la semilla de Moringa Oleífera, frente a los
extractos acuoso y extracto acuoso salino de las semillas de soja y de chachafruto” donde el
mejor resultado obtenido fue del extracto acuoso salino de la semilla de soja deslipidificada con
un porcentaje de remoción del 99.54% a un pH de 5 y dosis de 2ml. De dicho documento se
sigue la recomendación de:
“Hacer extracción del compuesto activo de la soja a partir de torta de soja
resultante del proceso de fabricación de aceite a nivel industrial, y comprobar la eficiencia frente
a extracto obtenido mediante proceso propuesto en la presente investigación” (Pinilla Holguin,
2016)
Además de tomar el pH de 5 como condición fija y de seguir la metodología
planteada para la preparación de extractos.
9
Objetivos
Objetivo General
Evaluar la eficiencia como coagulante de la semilla de soja molida,
soja deslipidificada y la torta de soja, frente al sulfato de aluminio en procesos de
clarificación de aguas, mediante pruebas experimentales utilizando muestras de
agua sintéticas de diversa turbiedad.
Objetivos Específicos
- Obtener extractos acuosos y acuosos salinos de la semilla (Glycine max) soja
molida, soja deslipidificada y torta de soja industrial, mediante procesos de
laboratorio.
- Evaluar la eficiencia como coagulante de cada extracto obtenido a través del
test de Jarras.
- Comparar la eficiencia del extracto de mejor resultado frente al Sulfato de
Aluminio, usando pruebas de jarras.
- Estandarizar la prueba de mejor resultado aplicando los criterios estadísticos de
media, varianza, desviación estándar, coeficiente de variación y confiabilidad.
.
10
Marco Conceptual
Marco teórico
Generalidades.
Agua.
Líquido transparente, incoloro, inodoro e insípido en estado puro, es el
componente más abundante de la superficie terrestre y el mayoritario de todos los
organismos vivos, sus moléculas están formadas por dos moles de hidrógeno y una mol
de oxígeno. (RAE, 2016)
Cada átomo de hidrogeno se encuentra unido covalentemente al oxígeno
por medio de un par de electrones de enlace. El oxígeno es un átomo electronegativo a
diferencia del hidrógeno. El agua es una molécula polar, es decir, existe en ella una
distribución irregular de la densidad electrónica, posee una carga parcial negativa cerca
del átomo de oxígeno y una carga parcial positiva cerca de los átomos de
hidrógeno.(University of Arizona, 2005)
Lo que la convierte en un gran medio disolvente de compuestos iónicos
como sales minerales, compuestos covalentes polares (como los glúcidos) y también
para iones polares(Curtis, 2008)
La estructura de la molécula de agua es angular, y el ángulo de enlace es
de 104.5º. La estructura del agua es un dipolo, donde el oxígeno tiene una densidad de
carga negativa, y asociado a los hidrógenos encontramos una densidad de carga
positiva. La condición de polaridad de las moléculas del agua hace que estas se atraigan
entre sí, generando una interacción molecular entre el polo positivo de una molécula y
11
el polo negativo de otra, mediante una asociación llamada puente de hidrógeno o enlace
puente de hidrógeno. (Concha Valenzuela, 2010).
Agua para consumo humano, o agua potable.
Es aquella que por cumplir las características físicas, químicas y
microbiológicas, en las condiciones señaladas en el presente decreto y demás normas
que la reglamenten, es apta para consumo humano. Se utiliza en bebida directa, en la
preparación de alimentos o en la higiene personal. (Decreto 1575, 2007).
Se considera agua para consumo o potable cuando esta es salubre, es
decir que no contiene microorganismos patógenos a niveles que afecten negativamente
la salud.
Calidad de Agua.
Es el resultado de comparar las características físicas, químicas y
microbiológicas encontradas en el agua, con el contenido de las normas que regulan la
materia. (Decreto 1575, 2007)
El agua potable o agua inocua para consumo se refiere a aquella que no
presenta ningún riesgo para la salud; en las fuertes de agua se realiza de forma natural
procesos de depuración y limpieza, pero dichos procesos no garantizan que esa fuente
de agua esté libre de organismos patógenos y otras sustancias que puedan afectar la
salud humana; la calidad del agua se establece al evaluar las propiedades fisicoquímicas
y biológicas de los cuerpos de agua y comparar los resultados con las normativas
vigentes, además de realizar el tratamiento que requiera para garantizar las
características idóneas, protegiendo así la salud de los consumidores.
12
Parámetros de la calidad del agua para consumo humano.
Los parámetros que la normativa Colombiana dicta para clasificar un agua
como apta para el consumo humano se encuentran especificados en los Decretos 1594 de
1984, 1575 de 2007 y la Resolución 2115 de 2007.
Color Aparente.
Es producto de las partículas en suspensión presentes en el cuerpo de
agua, es aquel que se observa directamente de una muestra sin filtrar. La característica
de color del agua se atribuye comúnmente a la presencia de taninos, lignina, ácidos
húmicos, ácidos grasos, ácidos fúlvicos (Vargas, 2004, pag.26). Se considera que el
color natural del agua, excluyendo el resultado de descargas industriales, puede
originarse por extracción acuosa de sustancias de origen vegetal, descomposición de
materia orgánica del suelo, presencia de hierro, manganeso y otros compuestos
metálicos y una combinación de estos procesos (Arboleda, 2000)
La unidad adoptada a nivel internacional es el equivalente a 1 mg de
cloroplatinato de potasio/L, o las Unidades de de Platino Cobalto (UPC).
Olor y Sabor.
El olor en una muestra de agua sirve para describir de manera cualitativa
su calidad, la falta de olor puede ser para las personas un indicio indirecto de ausencia
de contaminantes. Según Cárdenas (2005) la característica de olor de una muestra de
agua puede utilizarse para describir subjetivamente la calidad, estado, procedencia o
13
contenido, para propósitos de la calidad de aguas existen ciertos aromas característicos
para asociar el tipo de agua con el olor por ejemplo un olor a material vegetal es típico
de aguas poco profundas, humedales y estuarios.
Las sustancias generadoras de olor y sabor en aguas crudas pueden ser
compuestos orgánicos derivados de la actividad de microorganismos y algas o provenir
de descargas de desechos industriales. En el agua se pueden considerar cuatro sabores
básicos: ácido, salado, dulce y amargo. (CEPIS, 2004)
Turbiedad.
Es un efecto óptico generado por la interferencia de los rayos lumínicos
que pasan a través de una muestra de agua. En palabras de Arboleda (2000) es la
propiedad óptica que tiene una sustancia, de diseminar en todas direcciones la luz que
pasa por ella, en donde el término diseminar refiere a la dispersión y/o absorción de los
rayos de luz.
La turbiedad está principalmente formada por arcillas en dispersión. Este
término comprende una gran variedad de compuestos, pero en general se refiere a tierra
fina, a veces coloreada, que al mezclarse con limitadas cantidades de agua adquieren
plasticidad. Químicamente son silicatos de aluminio con fórmulas bastante complejas,
clasificadas segun Houser de la siguiente manera: Caolinita Al4(Si4O10) (OH) Y
(Al2(Si4O6) (OH)16 ; Montmorillonita (Bentonita) Al[Mg] (Si8 O30 ) (OH)4 X H2O; Ilita
k9 Al2 [Fe4 Mg4 Mg16] Si6 y Al21 O30; Moscovita K2 Al4 (Al2Si6O20)(OH)4. (Arboleda,
2000)
14
Como aspecto físico afecta la apariencia transparente del agua, refleja
contener materiales contaminantes, lo cual para el consumidor no es agradable;
adicionalmente elevados niveles de turbidez afectan el proceso de desinfección pues las
partículas coloidales pueden proteger a los microorganismos, aumentando el
crecimiento de estos y la demanda de cloro. (Marcó et al., 2004)
La medición de la turbiedad se realiza mediante un turbidímetro o
nefelómetro, las unidades utilizadas son, por lo general, unidades nefelométricas de
turbiedad (UNT).
Potencia de Hidrogeno (pH) y Temperatura del agua.
Otros de los parámetros relevantes en la calidad del agua son el potencia
de hidrogeno (pH) y la temperatura del agua; el pH es una expresión del carácter ácido o
básico de un sistema acuoso. En un sentido estricto es una medida de la actividad del
ion hidronio, en un sentido práctico, es una medida de la concertación molar del ion
hidronio en un sistema acuoso. El pH es una medida de la intensidad ácida o alcalina de
una muestra de agua. (Cardenas Leon, 2005)
Las mediciones de pH se realizan en una escala de 0 a 14, donde se asume
el valor de 7.0 como neutro, las soluciones con pH inferiores a 7.0 se consideran ácidos
y las soluciones con pH superiores a 7.0 se consideran alcalinos o bases. El valor para
el pH del agua para consumo humano, deberá estar comprendido entre 6.5 y 9.0 según
la normativa colombiana.
El pH influye en algunos fenómenos que ocurren en el agua, como la
corrosión y las incrustaciones en las redes de distribución. Aunque podría decirse que
15
no tiene efectos directos sobre la salud, sí influye en los procesos de tratamiento del
agua, como la coagulación y la desinfección. (CEPIS, 2004)
Son varios los factores que afectan el proceso de coagulación entre ellos,
el pH y la temperatura del agua. Según Andía (2000) y Arboleda (2000), para cada agua
existe un rango de pH óptimo para que el proceso de coagulación se realice
rápidamente, ello depende de la naturaleza de los iones y de la alcalinidad del agua. El
rango de pH esta en función del tipo de coagulante a usar y de la naturaleza del agua a
tratar; si la coagulación se realiza fuera de rango de pH óptimo el proceso reduce su
eficiencia. La dosis que se aplique de coagulante a un agua dependerá del pH de esta y
de la concentración de coloides; las aguas de más difícil coagulación son las que tienen
baja concentración de éstos (turbiedades menores de 20 UNT).
La temperatura es la cantidad de energía calórica contenida en un cuerpo,
es un parámetro que revela que existe un gradiente de energía que provoca la
transferencia de calor. Los cambios de temperatura afectan la energía cinética2 de los
cuerpos, así como la estabilidad de las reacciones químicas como la coagulación; la
temperatura puede cambiar el tiempo de formación del floc, pues entre más fría se
encuentre el agua las reacciones de interacción entre partículas van a ser más lentas y el
tiempo de formación del floc será mayor. (Restrepo, 2009)
2 Energía cinética (k): es la energía que tiene un cuerpo en virtud de su movimiento. (Tippens, 1994)
16
Cahill y Fitz Patrick analizaron la influencia de este factor en un grupo de
plantas de Chicago y establecieron dos regiones de variaciones muy marcadas, una entre
0 y 10 ºC y la segunda entre 10 y 40 ºC. En la primera zona se encontró que los
mecanismos dominantes eran la viscosidad del agua y el pH y que a medida que la
temperatura del agua se acercaba a los 0 ºC, la remoción de turbiedad se dificulta. Se
desconocen las razones específicas de este comportamiento. Al aproximarse el agua a la
temperatura de congelación, se produce un efecto de ordenamiento de su estructura o de
incremento de sus límites de hidrógeno, previo a su solidificación o formación de hielo.
Este fenómeno podría estar impidiendo el acercamiento de las partículas para su
desestabilización, al anularse el movimiento browniano. Adicionalmente, la viscosidad
del agua se incrementa al disminuir la temperatura. En el rango de 10-40 ºC se encontró
que la eficiencia era cada vez mejor al aumentar la temperatura porque se incrementaba
la tasa de colisiones entre las partículas. Dentro de este rango, son importantes la
turbiedad y la alcalinidad. (Barrenechea et al., 2004)
La variación de 1°C en la temperatura del agua conduce a la formación de
corrientes de densidad (variación de la densidad del agua) de diferentes grados que
afectan a la energía cinética de las partículas en suspensión, por lo que la coagulación se
hace más lenta. La viscosidad del agua, resistencia al cambio de forma, disminuye
regularmente con la temperatura lo cual afecta notablemente los procesos de tratamiento
del agua esto explica las dificultades de la sedimentación de un floc. (Andía, 2000)
17
Procesos y operaciones de clarificación de aguas.
Los conceptos relacionados con clarificación de agua son los principalmente
usados en el desarrollo de la investigación por lo cual se describen a continuación.
Clarificación.
Es el conjunto de etapas de tratamiento de agua potable que se realiza
para remover la turbiedad de la misma, consta de cuatro procesos, coagulación,
floculación, sedimentación y filtración. El objetico de estos procesos es remover las
partículas coloidales presentes en el agua.
Coloides.
El termino coloide significa originalmente “gelatinoso” (Arboleda, 2000).
Los coloides o partículas coloidales son los responsables de la turbiedad y del color del
agua, son sólidos que no sedimentan por la simple acción de la gravedad, por
encontrarse finamente divididos, por lo general presentan un diámetro entre 1 y 1.000
nm. (Esparza, Sanabria, & Cely, 2015).
Valeriano Mamani, Matos Chamorro (2013) y Andía Cárdenas (2000)
establecen que los coloides se pueden clasificar en dos grupos principales: los hidrófilos
que tiene afinidad por el agua, se dispersan espontáneamente y son rodeados de
moléculas de agua que previenen todo contacto posterior entre estas partículas, son en
general partículas de materias inorgánicas que no se logran separar por filtración ni por
sedimentación y otorgan el color verdadero al agua, abarcan varios polímeros tanto
sintéticos como naturales y numerosas sustancias biológicas como proteínas, ácidos
18
nucleicos, almidones y otras macromoléculas. Los hidrófobos, que no tiene afinidad con
el agua, pero no la repelen completamente, su dispersión dentro de esta no es
espontanea, las aguas naturales pueden contener varios tipos de ellos incluidas las
arcillas y algunos óxidos metálicos. Adicionalmente Arboleda (2000) nombra seis
agrupaciones más: los coloides moleculares que son sustancias poliméricas; coloides
micelares que pueden formarse por asociación de moléculas más pequeñas de minerales
o compuestos orgánicos; coloides diuturnos que son aquellos que no se modifican o
aglutinan durante mucho tiempo comparado con el periodo de observación; coloides
caducos son por el contrario los que se aglutinan o cambian rápidamente. Además los
coloides pueden ser orgánicos o inorgánicos.
Las principales propiedades que definen el comportamiento de los
coloides en el agua y en las que coinciden los autores Gutiérrez (1984), Esparza y
Sanabria (2015), Arboleda (2000) y Vargas (2004), son:
- Cinéticas, que incluyen el movimiento Browniano, la difusión y la presión
osmótica. El movimiento Browniano, es un movimiento constante e irregular de las
partículas coloidales dentro de la fase líquida, las partículas no pueden sedimentar aun
sean más densas que el líquido que las rodea, la teoría cinética explica este fenómeno
como resultado del bombardeo de partículas hecho por la moléculas del líquido en el
que están dispersas, esto aumenta de forma directamente proporcional con la
temperatura del líquido. La Difusión tiene una estrecha relación con el movimiento
browniano pues este movimiento incesante hace que las partículas se difundan, se
distribuyan uniformemente en el solvente, la velocidad de difusión es menor que la
19
velocidad media de las partículas del movimiento browniano. La presión osmótica,
debido al movimiento browniano si la concentración de partículas no es uniforme en
el líquido, se produce un flujo de material desde las zonas de concentración alta hacia
las zonas de concentración bajas, hasta alcanzar un equilibrio.
- Ópticas, la dispersión de la luz, describe el fenómeno de dispersión de la luz al
pasar a través de una suspensión coloidal, la dispersión es directamente proporcional al
tamaño de las partículas. Esta hace parecer las soluciones turbias, la turbiedad
entonces es una forma de medir la concentración de partículas coloidales.
- De superficie, las partículas coloidales se caracterizan por tener una gran
superficie específica, definida como la relación entre el área superficial y la masa de
una partícula, puede definirse como el proceso por el cual cierta cantidad de sustancia
es extractada de una fase (liquido) y acumulada en la superficie de la otra (solido).
Entre menor sea el diámetro de la partícula mayor es el área superficial y el tiempo
requerido de sedimentación.
- Electrocinéticas, se ha observado que al pasar una corriente directa a través de una
dispersión coloidal, las partículas son atraídas a los electrodos positivos o negativos
indicando que las partículas coloidales tienen carga eléctrica y se mueven según esta
hacia el electrodo de su signo opuesto.
Coagulación y floculación.
Se llama coagulación-floculación al proceso por el cual las partículas se
aglutinan en pequeñas masas con peso específico superior al del agua llamadas floc.
(Arboleda, 2000). En la coagulación-floculación se busca convertir las partículas no
20
sedimentables o coloides presentes en un cuerpo de agua en sedimentables,
desestabilizándolas y uniéndolas mediante la aplicación de un coagulante que puede ser
sintético o natural. La coagulación- floculación3 se explica regularmente con un
proceso/operación en conjunto, la coagulación reduce la carga negativa desestabilizando
las partículas al neutralizar las fuerzas que las mantienen separadas, contribuyendo a la
agregación de partículas para formar microfloculos y la floculación es el transporte de
las partículas dentro del líquido para que hagan contacto para formar partículas de floc
más grandes. Algunas de las principales funciones de este proceso son, la remoción de
turbiedad orgánica o inorgánica, remoción de color verdadero y aparente y eliminación
de sustancias productoras de sabor y olor en algunos casos.
En términos de estabilidad termodinámica, la coagulación depende de
varios factores, tales como el pH, temperatura, velocidad de corte y concentraciones
relativas de coagulante, ayuda de coagulante y floculante.(Norde, 2003)
El proceso de coagulación-Floculación involucra los siguientes pasos:
1. Mezclado rápido, o coagulación, en el cual son añadidos al agua los compuestos
coagulantes y las sustancias de ajuste de pH, de ser necesario; se somete a agitación
intensa el agua objeto de estudio a velocidades optimas comprendidas entre 100-200
rpm. El objetivo es dispersar las sustancias coagulantes en el agua, para formar una
solución homogénea reduciendo las fuerzas repulsivas entre las partículas, es decir
neutralizando las cargas.
3 Coagular viene del latín “coagulare” que significa aglutinar. Flocular de “Floculare” que
significa hacer un grumo o coagulo. (Arboleda, 2000)
21
2. Mezclado lento o floculación; es un proceso donde se mantiene una agitación
suave y continúa con velocidades entre 20-40rpm, Esto permite a las partículas o
coágulos suspendidos aglomerarse unos con otros para formar floculos de tamaño y
densidad apropiada para su sedimentación. (Cardenas Leon, 2005)
Los principales mecanismos de coagulación son: el de adsorción-
desestabilización basado en las fuerzas electrostáticas de atracción y repulsión, el puente
químico que establece una relación de dependencia entre las fuerzas químicas y la
superficie de los coloides, y el de sobresaturación de la concentración de coagulantes en
el agua. (Arboleda, 2000).
La coagulación mediante sales inorgánicas se produce
predominantemente por medio de dos mecanismos: Adsorción de las especies
hidrolíticas por el coloide, lo que provoca la neutralización de la carga, y coagulación de
barrido, en la que se producen las interacciones entre el coloide y el hidróxido
precipitado.
Sedimentación.
Se trata de una operación de separación sólidos-líquido, las partículas
sólidas de una suspensión, se separan por acción de la gravedad. Para que la
sedimentación sea viable en la práctica, el tamaño de las partículas y su concentración
en las suspensiones deben tener unos valores mínimos, del orden de 1-10 micas o 0.2%
de sólidos en la suspensión. (Castro Galiano, n.d.)
La sedimentación consiste en promover las condiciones de reposo en el
agua, para remover mediante la fuerza gravitacional, las partículas en suspensión más
22
densas. La sedimentación es en esencia un fenómeno netamente físico, cuando se
produce sedimentación de una suspensión de partículas, el resultado final será siempre
un fluido clarificado y una suspensión más concentrada. Las partículas en suspensión
sedimentan en diferente forma, dependiendo de las características de las partículas, así
como de su concentración se puede referir a la sedimentación de partículas discretas
(aquellas que no cambian sus características durante la caída), sedimentación de
partículas floculentas (partículas que se agregan o floculan durante la caída) y
sedimentación de partículas por caída libre e interferida. (CEPIS, 2004)
Coagulantes Sintéticos.
Son compuestos químicos que al adicionarlos al agua son capaces de producir una
reacción química con los componentes del agua formando floc, constituido generalmente
por el hidróxido metálico del coagulante que se está utilizando. Los coagulantes metálicos
dentro de los cuales encontramos a las sales de aluminio, forman un floc ligeramente
pesado, los principales coagulantes utilizados en el tratamiento de aguas son el Sulfato de
Aluminio Al2 (SO4 )3 y el Cloruro de Aluminio AlCl3 , al adicionar estas sales al agua
produce una serie de reacciones muy complejas donde los productos de hidrolisis son más
eficaces que los iones mismos; estas sales al reaccionar con el agua, producen hidróxidos
de aluminio que son insolubles y forman precipitados. (Andía, 2000)
El sulfato de aluminio es un polvo de color marfil usualmente hidratado. Cuando
está en solución se encuentra hidrolizado, asociado con el agua, como lo indica la reacción
1:
23
Al2 (SO4)3 + 6 H2O [Al (H2O)6]+++ + 3SO4
Reacción 1. Sulfato de Aluminio Hidrolizado. Fuente: (Arboleda, 2000)
Es propiedad común de todos los cationes metálicos, que no pueden
permanecer aislados cuando están rodeados de moléculas de agua. Por tal razón los
iones tales como Al+++ o Fe+++ no existen en solución acuosa. Los iones de aluminio
hidratados [Al(H2O)6]+++ actúan como un ácido, donando un protón (H+). (Arboleda,
2000)
Coagulantes naturales.
Los coagulantes naturales son sustancias solubles en agua, procedentes de
materiales de origen vegetal o animal que actúan de modo similar a los coagulantes
sintéticos, aglomerando las partículas en suspensión que contiene el agua cruda, facilitando
su sedimentación y reduciendo la turbidez inicial de esta. (Kawamura, 1991)
La mayoría de los extractos naturales se deriva de semillas, hojas, cortezas,
raíces y frutas, extractos de árboles y de plantas. Los coagulantes naturales se han usado
por más de 4000 años en India, en África y en China como coagulantes eficientes y como
ayudantes de coagulación de aguas con alta turbidez, para uso doméstico en áreas rurales.
Son una fuente alternativa con gran potencial aún no explotado suficientemente; se
producen de manera espontánea, debido a reacciones bioquímicas que ocurren en animales
y en plantas. Por lo general, presentan una mínima o nula toxicidad y, en muchos casos,
son productos alimenticios con alto contenido de carbohidratos y de proteínas solubles en
agua. (Lee, Lee, Jang, & Lee, 1995)
24
Las principales ventajas del uso de coagulantes naturales son: el ahorro de
coagulantes químico, su disponibilidad local, su procedencia de recursos renovables, su
uso ancestral que es un indicio de inocuidad para el ser humano y la biodegradación de los
lodos producidos que permiten además su utilización en la agricultura. De todos los
coagulantes naturales, el coagulante primario de origen vegetal más conocido y estudiado
en la actualidad es la semilla de Moringa Oleífera. (Garcia, Arnal, & Sancho, 2015)
Dentro de coagulantes naturales vegetales más estudiados encontramos,
Moringa Oleífera, tuna o nopal, semillas de frijol, almidón y taninos. La semilla usada para
esta investigación es la soja (Glycine max), presentada como soja molida, torta de soja y
soja deslipidificada en el laboratorio.
Soja.
Según Melchior (1964) la soja se clasifica dentro de la familia de las
leguminosas, genero Glycine, especie Glycine max. La soja es una legumbre de ciclo
anual, de porte erguido que alcanza entre 0,5 y 1,5 metros de altura. Posee hojas grandes
trifoliadas pubescentes, sus flores se ubican en las axilas de las hojas, son pequeñas de
color blanco amarillento o azul- violáceo y se encuentran agrupadas en inflorescencia,
con vainas cortas en cuyo interior contienen entre uno y cuatro granos oleaginosos de
color amarillo, negro, verde o castaño. (Ridner, 2006)
Se ha consumido en Asia en la alimentación humana desde hace unos
5000 años siendo crucial en la nutrición de estos pueblos; en la India se promociono su
consumo en 1735, en Francia en 1740 y en Londres y en Norte América (Georgia) en
25
1765. A tenido una amplia extensión por todo el mundo, en América el principal
productos es Estados Unidos. (Luna, 2007).
En Colombia, la soja se cultiva desde hace más de 20 años en los Llanos
Orientales, Córdoba, Cesar, el Magdalena Medio, Tolima y Valle del Cauca. Se da en
zonas de trópico bajo en donde la humedad relativa es baja, porque es susceptible de
padecer enfermedades bacteriológicas y virus.(Contexto Ganadero, 2016)
Tanto las proteínas como el aceite que se obtiene de ella, tienen gran
demanda debido a sus diversos usos potenciales, tanto a nivel industrial como para la
alimentación animal y del ser humano, en la Figura 1 se resumen algunos de los
principales usos de la soja en la alimentación humana.
26
La semilla de soja se considera oleaginosa4 contiene fundamentalmente
proteína y aceite. Aunque las condiciones ambientales influyen en la composición
química, las variedades pueden ser calificadas de acuerdo con su utilización en un
4 Oleaginosa, adjetivo que proviene de “oleaginus” latino. Aquellas plantas con un alto contenido de
aceite.
Figura 1 Productos y aplicaciones de la soja en la alimentación humana.
(Ridner, 2006)
27
grupo de alto tenor de proteína y bajo tenor de aceite y viceversa. (Almeida & Minor,
1995).
La semilla de soja está compuesta de cutícula, hipocotílo y un embrión
constituido por dos cotiledones conformado por células alargadas llenas de “cuerpos
proteicos” esféricos y numerosas esferosomas de aceite. La composición del grano de
mayoría de las especies que han sido adaptadas a regiones tropicales o subtropicales,
es, en promedio, 36.5 % de proteína y 20% de lípidos, 30% de hidratos, 9% de fibra
alimentario, 8.5% de agua y 5% de cenizas. La concentración proteica de la soja es la
mayor de todas las legumbres, pero no sólo es importante por su cantidad, sino por su
calidad, pues contiene la cantidad de aminoácidos sulfurados (metionina y cisteína)
suficientes para satisfacer los requerimientos nutricionales de un adulto normal (Luna,
2007)
Según el Score de Aminoácidos Corregido por Digestibilidad Proteica
(PDCAAS)5 la soja tiene un perfil igual a 1 que es la calificación más elevada. Como
consecuencia de esto la OMS, concluyo que la soja contiene todos los aminoácidos
esenciales y en cantidades suficientes. La cantidad de aminoácidos aproximados en
100 gr de soja se puede visualizar en el Anexo 1, Tabla 7 Aminoácidos esenciales en
100g de Soja. Fuente: Modificado de (Ridner, 2006)
5 Para evaluar la calidad de la proteína de los alimentos la FAO y la OMS, establecieron en la década
de los 90’s el PDCAAS como el método oficial de evaluación. Se basa en los requerimientos de aminoácidos para
niños de 2 a 5 años. (FAO, 2011)
28
Torta de soja.
La torta de soya es el subproducto que queda del uso del frijol o semilla
de Soja, la Torta de soja también puede nombrarse como pasta de soja, es el remanente
de la obtención de aceite de la semilla, posee un contenido alto de proteína y también un
buen balance de aminoácidos esenciales. Su principal uso es como materia prima para la
elaboración de comida de animales de granja, es una de las principales fuentes proteicas
para los animales monogástricos. La torta de soya aporta aminoácidos como lisina,
metionina y treonina pero es deficiente en minerales como calcio y fósforo. (Contexto
Ganadero, 2016)
Existen varias clasificaciones para los coproductos de la soja; la torta de
soja con o sin cascarilla que se diferencias por su contenido de proteína, torta de soja de
44 % de proteína con cascarilla y de 48 %, que no contiene cascarilla. (Contexto
Ganadero, 2016) Por otro lado está la clasificación según su procesamiento:
- Expeller, al producto obtenido por un proceso mecánico de procesamiento –
prensado- del grano, su forma de presentación es de partículas grandes de tamaño y
forma variables. Según la intensidad del proceso para extraer el aceite, pueden
contener entre 6 % de extracto etéreo6 y 18 % cuando contiene todo el aceite
acompañando la proteína. Esta variable y la humedad del producto determinan las
características de las partículas.
6 Extracto etéreo, representa especialmente el remanente de aceite que no fue extraído.
29
- Expeller extrusado, es un producto obtenido por el proceso mecánico de extrusión,
consistente en hacer pasar el grano por una cámara en la que se incrementa la
temperatura por fricción provocada por un tornillo. El material resultante es luego
desgrasado por prensas resultando un contenido final de 6 a 9 % de extracto etéreo.
El aspecto es de láminas de tamaño variable parecidas a los copos de cereales.
- Cocción Y Solvente Químico, se conoce como harina al producto tratado por calor y
solvente químico para retirar el aceite. Tiene poco aceite remanente (1.5-2 %) junto a
la proteína.
El tipo de proceso industrial determinará cambios en los componentes que
hacen variar el comportamiento digestivo y aprovechamiento de los mismos. (Rivero,
2014) como podemos observar en la Figura 2 la composición química de la torta y
semilla de soja en porcentajes de sus componentes presentan variaciones, en donde los
principales componentes aumentan para la torta de soja.
Figura 2 Composición química de torta y semilla de soja (Buitrago et al., 1980)
30
Operaciones y Procedimientos
Molienda
Mediante la acción de moler el grano de soja, quebrando las semillas
previamente secadas reduciéndolas a pequeñas partes o polvo como base experimental.
Tamizar
Para que las semillas molidas sean homogéneas se depura el polvo usando
un tamiz, que separa las partículas más grandes de las más pequeñas.
Homogenizar
Operación por la cual se unifica el estado de las semillas para que presenten las
mismas características referentes a tiempo de secado, tamaño de las partículas y
almacenamiento.
Deslipidificar
Se refiere al proceso de extraer la fracción lipídica de las semillas a
trabajar, esto se realiza mediante una extracción solido-liquido con el Sistema Soxleth y
usando como disolvente Hexano, mezcla de alcanos.
Extracción Soxhlet
Consiste en el lavado sucesivo de una mezcla solida con un determinado
solvente que va extrayendo de la mezcla, los componentes más solubles en el, mediante
el lavado sucesivo se pueden extraer componente cuya solubilidad en el solvente
extractante es muy baja. Se realiza en el equipo con mismo nombre, el cual tiene como
funcionalidad recircular los vapores condensados con ayuda de un sifón a la fuente de
31
disolvente que se encuentra en evaporación continua, arrastrando los consigo los
principios activos de las semillas, en este caso, contenidas en los cartuchos desechable.
(Caldas, 2012) Este método en caliente se desarrolla utilizando solventes con puntos de
ebullición bajos, para evitar la degradación de la muestra. (Nuñez, 2008)
Filtración al vacío
Método físico de separación de mezclas Solidos- liquido. La mezcla se
introduce en un embudo de fondo plano con un filtro, la parte solida de la mezcla queda
en el filtro poroso y la parte líquida pasa el filtro y cae por acción del vacío en el
recipiente dispuesto.
Dilución.
Reducción de la concentración de los extractos de las semillas en
determinada cantidad de agua (Extracto acuoso) o de Cloruro de sodio NaCl (Extracto
acuoso salino)
Prueba de jarras
Simulaciones en el laboratorio de los procesos y operaciones de
coagulación-floculación y sedimentación, que busca determinar las condiciones óptimas
de realización en campo incluyendo pH, velocidades de mezclado y dosis apropiada de
coagulante que se debe suministrar al agua para optimizar los procesos.
Al igual que para otras pruebas analíticas, le método ha sido
estandarizado para facilitar la comparación y convalidación de los resultados. (Cardenas
Leon, 2005)
32
Criterios estadísticos
Los criterios estadísticos son usados para estandarizar la metodología y
procedimientos experimentales y comprobar su validez a nivel cuantitativo. Dentro de los
parámetros más utilizados se encuentras las medidas de tendencia central y de dispersión.
Medidas de tendencia central
Son medidas estadísticas que pretenden resumir en un solo valor a un
conjunto de valores. Representan un centro entorno al cual se encuentra ubicado el
conjunto de los datos. Las medidas de tendencia central más utilizados son la media,
mediana y moda. La media es la medida de tendencia central más conocida y utilizada
es la media aritmética o promedio aritmético, se expresa en la misma unidad que los
datos originales. (Quevedo, 2011) La ecuación 1 la describe,
Ẋ = X1 + X2 + X3 + X4 + X5 + X6 + X7 + X8 + X9 + X10 + X11 + X12 + Xn
N
Ecuación 1 Media aritmética. Fuente:(Mode, 1990)
Medidas de dispersión
Miden el grado de dispersión de los valores de la variable. Dicho en otros
términos las medidas de dispersión pretende evaluar en que mediad los datos difieren
entre sí. Las más utilizadas son varianza desviación estándar y coeficiente de variación.
La varianza se representa como “s2”; la desviación estándar es la raíz cuadrada de la
varianza, se representa como “s” (Quevedo, 2011). La varianza de una variable X, se
33
define como el valor esperado del cuadrado de la desviación de la media
aritmética.(Mode, 1990). Las ecuaciones de aplicación son las ecuaciones 2 y 3;
El coeficiente de variación es la medida de la dispersión relativa de los
datos, se define como la desviación estándar de la muestra expresada como porcentaje
de la media muestral. La ecuación 4 lo define;
𝐶. 𝑉 =𝑆
𝑋× 100
Ecuación 4 Coeficiente de Variación. Fuente: (Mode,1990).
La confiabilidad por último, garantiza la validez y la precisión del análisis
estadístico. Se relaciona con la capacidad de reproducir los resultados tantas veces como sea
necesario. La ecuación 5 la define;
𝐶 = 100 − 𝐶. 𝑉
Ecuación 5 Confiabilidad. Fuente: (Ross & Valdés, 2007)
Ecuación 2 Varianza. Fuente: (Ross & Valdés, 2007)
Ecuación 3 Desviación Estandar. Fuente: (Ross & Valdés, 2007)
34
Metodología
Los materiales, equipos y reactivos usados durante la experimentación se
encuentran descritos en el Anexo2 Tabla 8 Materiales, Equipos y Reactivos usados. Fuente:
Autor.Tabla 8 Materiales, Equipos y Reactivos usados. Fuente: Autor.
Preparación de la semilla de soja y la torta de Soja
La semilla de soja comercializada se presenta en forma de porotos secos
compactos de color amarillo; la torta de soja es el subproducto de la fabricación de aceite, se
presenta como laminillas sueltas delgadas y de tamaño irregular.
Inicialmente se debe hidratar la semilla de soja sumergiéndola en un recipiente con
agua potable durante 12 horas, luego de lo cual se procede a remover de forma manual la
cascarilla que la cubre para su posterior secado, este se realiza extendiendo las semillas sobre una
superficie absorbente, como papel o cartón, y se deja a temperatura ambiente durante un periodo
de siete (7) días. Una vez secas las semillas se deben triturar, en este estudio se realiza de forma
manual utilizando un molino tradicional y ajustando los tornillos para lograr una harina fina la
cual se tamiza en un colador de malla de 0.05 mm.
La torta de soja se debe triturar y tamizarlo siguiendo las condiciones mencionadas
anteriormente.
Las harinas obtenidas se almacenan en recipientes plásticos, como se sugiere en la
Tabla 1 Registro fotográfico preparación de semilla y torta de soja. Fuente: Autor., para uso
posterior como materia prima de la preparación de extractos.
35
Semilla de Soja antes de
triturar
Torta de soja antes de
triturar
Harina de soja y de torta de soja.
Almacenadas
Tabla 1 Registro fotográfico preparación de semilla y torta de soja. Fuente: Autor.
Deslidipificación de la semilla de soja
Para la deslipidificación de una porción de la semilla molida se realiza una
extracción solido-liquido con Hexano como disolvete en un sistema Soxhlet; se pesan
40g de harina de soja molida los cuales se disponen en un cartucho de material poroso y
se ubica en la cámara del extractor. El sistema Soxhlet debe instalarse como se ve en la
Imagen 1, comprobando que el flujo del agua sea continuo en el sistema. La extracción
se realiza por un periodo aproximado de 5 horas.
Imagen 1 Montaje extracción Soxhlet. Fuente: Autor.
36
Finalmente la harina deslipidificada se deposita en el horno de secado a 100°C
durante 15 minutos se dispone en una mufla durante 24 horas.
Los cálculos de aceite extraído se encuentran en el Anexo 3 Extracción Soxhlet, cálculos.
Preparación de los extractos
Los extractos se dividen inicialmente en acuoso, cuando el disolvente es agua
desionizada; y extracto acuoso salino, para el cual se utiliza como disolvente Cloruro de Sodio
0.5 M. Para la obtención de los extractos acuosos y acuosos salinos de cada presentación de la
soja, se toma como guía los procedimientos realizados por Briceño, Caldera, Garcia, Fuentes y
Mendoza (2007) y como fuente principal se sigue lo expuesto por Pinilla (2016). Se prepararon 6
extractos, indicados en la Figura 3.
Figura 3 Preparación de extractos y nomenclatura. Fuente: Autor.
Extracto Acuoso
Salino SM (S SM)
Soja molida + Cloruro de sodio 0,5 M
Las cantidades usadas en cada extracto son: 2,5 g materia prima de soja como solvente en las diferentes presentaciones y 250 ml de disolvente correspondiente
Extracto Acuoso SM
(A SM)= soja molida +
Agua desionizada
Extracto Acuoso TS
(A TS)= torta de soja
+ Agua Desionizada
Extracto salino TS ( S TS)= torta de
soja + Cloruro de sodio 0,5M
Extracto Acuoso
Salino SD (S SD)= Soja deslipidificada + Cloruro de sodio 0,5
M
Extracto Acuso SD
(A SD)= soja deslipidificad
a + Agua Desionizada
37
Estas mezclas se realizan en un beaker de 500 ml y se dispone sobre una placa de
agitación magnética, como se indica en la Tabla 2 Registro fotográfico preparación de extractos.
Fuente: Autor. Se agita durante una hora y posterior a ello se deja sedimentar la mezcla para su
posterior filtrado al vacio, para el cual se usa papel cualitativo. Cada extracto obtenido se
almacena en recipientes ambar y se refrigera (temperatura promedio 3°C) para su posterior uso.
Mezcla con placa de
agitación magnética
Extractos listos para Filtración.
Filtración al vacío
Tabla 2 Registro fotográfico preparación de extractos. Fuente: Autor.
Preparación agua sintética de diferente turbiedad
Para la preparación del agua sintética se siguen las recomendaciones de Okuda
(2001) y Muthuraman (2014), se pesan aproximadamente 150g de Caolín y se disuelven en 10
Litros de agua de la llave mezclando por un periodo de tiempo de por una hora, en esta
investigación la mezcla se realiza de forma manual. Transcurrido el tiempo dejar reposar por 24
horas la mezcla para garantizar la hidratación del caolín. Luego de este tiempo agitar la mezcla y
midir la turbiedad, debe estar por encima de 1100 UNT, esta la mezcla base. Con esta mezcla se
38
procede a hacer las disoluciones para obtener las turbiedades de estudio en rangos de 520-480
UNT; 270-230 UNT; 150-110 UNT, estos rangos se definieron en el momento de
experimentación, buscando que el rango de turbiedad menor, por ejemplo 150-110, incluya la
mitad del rango anterior, es decir la mitad de 270-230 que es 250 y la mitad de este número es
125, valor que está incluido dentro del rango de 150-110; los valores se manejan en rangos para
que sea más fácil su obtención en el laboratorio. Adicionalmente medir el pH de la mezcla base y
de cada disolución, para establecerlo en un promedio de 5,37 ajustándolo con Ácido Acético
CH3CIOOH 2M.
Pruebas de Jarras
El agua sintetica de la turbiedad correspondiente se debe preparar el mismo día de
la realización de la prueba de jarras. En beakers 1000ml disponer según corresponda la dosis de
5ml; 2ml; 1ml; 0,5ml; 0,2ml de extracto y ubicados en el equipo de jarras añadir 600ml del agua
sintética, a la cual se le determina turbiedad inicial y pH. Una vez dispuesto en el equipo de
jarras los beaker iniciar la mezcla rápida a 200rpm durante 1 min y luego se procede a realizar la
mezcla lenta bajando a 40rpm durante 15 min, Tabla 3 Registro fotográfico pruebas de jarras.
Fuente: Autor. Al finalizar el proceso se retiran las paletas de mezclado y se deja sedimentar
durante 30 minutos (figura 4); tomar turbiedad del agua, con el objetivo de calcular el porcentaje
de eficiencia de cada extracto, siguiendo la ecuación 6;
7 Valor obtenido de forma experimental, se propone según la investigación de Pinilla (2016), un pH
de 5.
39
%𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 =𝑇𝑢𝑟𝑏𝑖𝑒𝑑𝑎𝑑 𝐼𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 (𝑈𝑁𝑇) − 𝑇𝑢𝑟𝑏𝑖𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 (𝑈𝑁𝑇)
𝑇𝑢𝑟𝑏𝑖𝑒𝑑𝑎𝑑 𝐼𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 (𝑈𝑁𝑇)× 100
Ecuación 6 Eficiencia.
Montaje Equipo de jarras Mezcla Lenta, Extracto Salino SM,
2ml
Mezcla lenta, Extracto Acuoso TS,
1ml
Tabla 3 Registro fotográfico pruebas de jarras. Fuente: Autor.
Diseño Experimental
Para realizar la evaluación de la eficiencia como coagulante de la soja en las
presentaciones antes mencionadas se define como constante el pH, en un rango de 5,0 - 5,7; las
Figura 4 Sedimentación pruebas de jarras replicas, extracto salino SM, 2ml.
Fuente: Autor.
40
variables son, la presentación de la semilla de soja (molida, deslipidificada y torta), el tipo de
extracto (acuoso y acuoso salino), la turbiedad del agua sintética (520-480 UNT; 270-230 UNT;
150-110 UNT) y la dosis de extracto coagulante (5ml; 2ml; 1ml; 0,5ml; 0,2ml); es de aclarar que
las dosis más altas de coagulante se usaron para las turbiedades de 520-480 UNT y 270-230
UNT y las bajas para 150-110 UNT. Se realizaron 48 ensayos como se indica en la tabla 4;
Extracto
Coagulante
Turbiedad
Inicial
(UNT)
Dosis de
Coagulante
(ml)
Extracto
Coagulante
Turbiedad
Inicial
(UNT)
Dosis de
Coagulante
(ml)
A SM
520-480 2
S SM
520-480 2
5 5
270-230 2
270-230 2
5 5
150-110
1
150-110
1
2 2
0,2 0,2
0,5 0,5
A TS
520-480 2
S TS
520-480 2
5 5
270-230 2
270-230 2
5 5
150-110
1
150-110
1
2 2
0,2 0,2
0,5 0,5
A SD
520-480 2
S SD
520-480 2
5 5
270-230 2
270-230 2
5 5
150-110
1
150-110
1
2 2
0,2 0,2
0,5 0,5
Tabla 4 Diseño Experimental. Fuente: Autor.
41
Adicionalmente se realizan 2 ensayos con Sulfato de aluminio a una
concentración de 1000 ppm, con la dosis de 2 ml que en promedio presento mejor resultado a
una turbiedad de 520-480 UNT. Finalmente se realizan 15 pruebas de réplica con el extracto y
dosis de mejor resultado de eficiencia aplicando los criterios estadísticos de media, varianza,
desviación estándar, coeficiente de variación y porcentaje de dispersión y determinar el
porcentaje de confiabilidad.
42
Resultados y discusión
El resultado de la eficiencia de cada extracto se detalla a continuación,
inicialmente se encuentran los resultados de cada presentación de la semilla de soja y
posteriormente se agrupan los resultados según los rangos de turbiedad estudiados. Se presenta
también la comparación entre el Extracto S SM y el sulfato de aluminio y por último los
resultados de la estandarización de los resultados.
Eficiencia como coagulante de soja molida
El extracto acuoso de soja molida presento eficiencias de coagulación bajas, las
cuales no superaban el 52% como se ve en el grafico 1, la eficiencia más alta fue con una dosis
de 5 ml a una turbiedad inicial promedio de 503.1 UNT y turbiedad final de 246.4 UNT dando
una eficiencia de 51.02%.
Grafico 1 Eficiencia Extracto A SM. Fuente: Autor.
48,05 51,02
34,0626,02
36,87 39,134,5
26,12
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
2ml 5ml 2ml 5ml 1ml 2ml 0,2ml 0,5ml
520-480 UNT 270-230 UNT 150-110 UNT
Efi
cien
cia
(%)
Dosis de extracto
Turbiedad del agua sintetica
Eficiencia Extracto A SM
43
Para el Extracto salino de soja molida los porcentajes de eficiencia mejoran
considerablemente en comparación con el extracto acuoso, superando en las turbiedades iniciales
altas ( 520-230 UNT) el 90% de eficiencia como se puede ver en el grafico 2 ; para las
turbiedades iniciales en promedio de 150-110 UNT la eficiencia de remoción disminuye al
25, 9% , como resultado más bajo en una dosis de 2 ml de extracto coagulante, presentando
mejores resultados cuando se disminuye la dosis de coagulante. El mejor resultado de eficiencia
fue 98.85%, la turbiedad inicial fue 503.1UNT, se aplicaron 2ml de extracto coagulante a un pH
de 5.05 y se obtuvo una turbiedad final de 5.79 UNT.
Grafico 2 Eficiencia Extracto S SM. Fuente: Autor.
Eficiencia como coagulante de torta de soja
La eficiencia del extracto acuoso de torta de soja es baja, pues como se observa en
el gráfico 3 ninguna de las pruebas supera el 50 % de remoción, siendo 46,05% la eficiencia más
alta con una dosis de 2ml, a un pH de 5.05 y con una turbiedad inicial de 503.1 UNT. Con el
extracto acuoso salino se obtienen porcentajes más altos de eficiencia en comparación con el
98,85 98,2793,4 93,09
40
25,9
50,9856,49
0102030405060708090
100
2 5 2 5 1 2 0,2 0,5
520-480 270-230 150-110
Efi
cien
cia
(%)
Dosis de extracto
Turbiedad del agua sintetica
Eficiencia Extracto S SM
44
extracto acuoso, la eficiencia más alta alcanzada por el extracto acuoso salino de torta de soja fue
de 60.47%, con una dosis de 2ml, a un pH de 5.05, turbiedad inicial de 503.1 UNT y final de
198.9 UNT, grafico 4. Podemos destacar que con los dos extractos el mejor resultado se presenta
con dosis de 2 ml y turbiedad inicial en un rango de 520-480 UNT.
Grafico 3 Eficiencia Extracto A TS. Fuente: Autor.
46,05
35,6 37,74 35,36
26,3122,87
44,91
30,82
0
20
40
60
80
100
2ml 5ml 2ml 5ml 1ml 2ml 0,2ml 0,5ml
520-480 UNT 270-230 UNT 150-110 UNT
Efi
cien
cia
(%)
Dosis de extracto
Turbiedad del agua sintetica
Eficiencia Extracto A TS
45
Grafico 4 Eficiencia Extracto S TS. Fuente: Autor.
Eficiencia como coagulante de soja deslipidificada
En el grafico 5 se observan que los resultados de eficiencia del extracto acuoso de
soja deslipidificada son altos, pues la menor eficiencia es de 78.74%, resultado presentado a un
turbiedad inicial de 495.3 UNT, pH de 5.21 y dosis de 5 ml , el mejor resultado de eficiencia fue
de 98.04%, este es el único extracto que presenta su mejor eficiencia con turbiedad entre 270-
230 UNT, la turbiedad inicial fue de 262.3UNT a un pH de 5.0, dosis de 2ml y obtenido una
turbiedad final de 5.15 UNT.
60,05 60,47
41,57
28,0136,23
28,44
45,63 42,48
0
20
40
60
80
100
2ml 5ml 2ml 5ml 1ml 2ml 0,2ml 0,5ml
520-480 UNT 270-230 UNT 150-110 UNT
Efi
cien
cia
(%)
Dosis de extracto
Turbiedad del agua sintetica
Eficiencia Extracto S TS
46
Grafico 5 Eficiencia Extracto A SD. Fuente: Autor.
En sentido general tanto de rango de turbiedad como de dosis de coagulante es el
extracto de soja deslipidificada el que presenta mejore resultados, como se ve en el grafico 6 el
mejor resultado expuesto para el extracto S SD fue de una eficiencia de 98.59% con un turbiedad
inicial de 495.3UNT, pH de 5.21, dosis de 2ml, obteniendo una turbiedad final de 6.9UNT.
93,91
78,74
98,04 96,85
80,8990,29
81,0389,17
0
20
40
60
80
100
2ml 5ml 2ml 5ml 1ml 2ml 0,2ml 0,5ml
520-480 UNT 270-230 UNT 150-110 UNT
Efi
cien
cia
(%)
Dosis de extracto
Turbiedad del agua sintetica
Eficiencia Extracto A SD
47
Grafico 6 Eficiencia Extracto S SD. Fuente: Autor.
Análisis de eficiencias de extractos
- En la mayoría de los extractos se evidencia que al disminuir la turbiedad inicial
del agua sintética, disminuye igualmente la eficiencia del coagulante. Esto puede deberse a
que la concentración coloidal de la muestra sintética es demasiado baja para permitir el
contacto entre partículas, las partículas se encuentran muy dispersas en el medio y
requieren de un mayor tiempo de sedimentación lo cual no favorece el proceso de
floculación, según (Barrenechea et al., 2004)
- Aunque las características a nivel de composición de la torta de soja no
difieren radicalmente de los componente presentados por la semilla de soja o incluso de la
soja deslipidificada por solvente, figura 2 (Buitrago, Portela, & Jimenez, 1980), en un
sentido teórico, las eficiencias presentadas no se asemejan a las de las otras presentación de
la semilla, sino por el contrario son las más bajas encontradas a nivel experimental. Estas
98,59
84,98
96,7193,31 95,43
91,2686,22
95,41
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
2ml 5ml 2ml 5ml 1ml 2ml 0,2ml 0,5ml
520-480 UNT 270-230 UNT 150-110 UNT
Efi
cien
cia
(%)
Dosis de extracto
Turbiedad del agua sintetica
Eficiencia Extracto S SD
48
diferencias se podría relacionar con la forma de procesamiento original de obtención de la
torta de soja a partir de la fabricación de aceite, la cual no es suministrada por el proveedor
de la torta de soja objeto de estudio, por lo cual podríamos establecer la posibilidad de que
al ser el procesamiento usado expeller extrusado, las características proteicas de la torta de
soja puedan sufrir alteración por el aumento de temperatura producto de la fricción
provocada por el tornillo de extruccion, desnaturalizando en cierto grado las proteínas.
También se puede asociar a la contaminación cruzada por el almacenamiento dado a la
torta de soja en el lugar de procedencia o a errores en la experimentación.
- Los ensayos de mejor resultado fueron los extractos en donde se usó la
disolución de cloruro de sodio 0.5M como disolvente, debido a la presencia de iones que
promueven una mayor separación de proteínas solubles responsables de la coagulación; la
fracción proteínica que está en mayor proporción en la soja es la de las globulinas, las
cuales pueden ser solubilizadas con NaCl (Robles Ramírez & Mora Escobedo, 2007).
Comparación de eficiencia a turbiedad de 520-480 UNT
Al comparar las eficiencias de los diferentes extractos al mismo rango de turbiedad
podemos notar, grafica 7, que las mejores eficiencias las presentan los extractos salinos, soja
molida y soja deslipidificada con porcentajes de 98.85% y 98.59 %, respectivamente.
Adicionalmente podemos observar que para esta turbiedad la dosis de 2 ml de extracto
coagulante fue la que presento mejores resultados.
49
Grafico 7 Eficiencias a turbiedad inicial 520-480 UNT. Fuente: Autor.
La eficiencia más alta obtenida fue de 98.85%, con extracto salino soja molida, a
una turbiedad inicial de 503.1 UNT, dosis de 2ml y pH de 5,05 obteniendo una turbiedad final de
5.79 UNT.
Eficiencia de los extractos a turbiedad de 270-230 UNT
Para el conjunto de pruebas con turbiedad inicial de 270-230 UNT, se evidencia
que la eficiencia de todos los extractos en general presenta una baja en comparación los
resultados de los mismos extractos y dosis, pero turbiedad de 520-480UNT, gráfica 7.
Aunque con esta disminución porcentual, los resultados obtenidos para los
extractos salino de soja molida y de soja deslipidificada y acuoso de soja deslipidificada,
presentaron resultados por encima del 93% de eficiencia, grafico 8. El mejor resultado a este
rango de turbiedad es de 98.04% presentado por el extracto Acuoso de Soja Deslipidificada; con
cada extracto coagulante la dosis optima fue de 2 ml, para 600ml de agua sintética.
48,05 51,02
98,85 98,27
46,05
35,6
60,05 60,47
93,91
78,74
98,59
84,98
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5
A SM S SM A TS S TS A SD S SD
Efi
cien
cia
(%)
Dosis de coagulante(ml)
Extracto
Eficiencia en Turbiedades de 520-480 UNT
50
Grafico 8 Eficiencias a turbiedad inicial 270-230 UNT. Fuente: Autor.
Eficiencia de los extractos en turbiedades de 150-110 UNT
La disminución general de las eficiencias al bajar la turbiedad se mantiene para
este grupo de pruebas, El mejor resultado obtenido se puede ver en la gráfica 9, para el extracto
de soja deslipidificada a una dosis de 1 ml con una eficiencia de 95.4%. En este grupo de pruebas
la dosis optima cambia para cada tipo de extracto estudiado, pero podemos observar que para los
extractos de naturaleza salina al disminuir la dosis utilizada la eficiencia aumenta.
34,0626,12
93,4 93,09
37,74 35,3641,57
28,01
98,04 96,85 96,7193,31
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5
A SM S SM A TS S TS A SD S SD
Efi
cien
cia
(%)
Dosis de coagulante (ml)
Extracto
Eficiencia en Turbiedades de 270-230 UNT
51
Grafico 9 Eficiencias a turbiedad inicial 150-110 UNT. Fuente: Autor.
Comparación del Extracto S SM frente a Sulfato De Aluminio
Como se puede ver en el grafico 10 se comparar la eficiencia de coagulación del
extracto salino soja molida frente al sulfato de aluminio (Al2SO4)3 las condiciones de cada
ensayo son, pH de 5.05 y 5.12, turbiedad inicial de 503.1UNT y 501.7 UNT respectivamente y
una dosis de 2 ml; la turbiedad final para el extracto salino de soja molida fue de 5.79 UNT y
para el sulfato de aluminio 16.09 UNT. La eficiencia del sulfato de aluminio es 2.06% más baja
que la presentada por el extracto salino de soja molida en dichas condiciones.
36,8739,1
34,5
26,1
40,0
25,9
51,0
56,5
26,322,9
44,9
30,836,2
28,4
45,642,5
80,9
90,3
81,0
89,2
95,491,3
86,2
95,4
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1 2 0.2 0.5 1 2 0.2 0.5 1 2 0.2 0.5 1 2 0.2 0.5 1 2 0.2 0.5 1 2 0.2 0.5
A SM S SM A TS S TS A SD S SD
Efi
cien
cia
(%)
Dosis de coagulante (ml)
Extracto
Eficiencia en Turbiedades de 150-110 UNT
52
Grafico 10 Comparación (Al2SO4)3 Frente Extracto S SM. Fuente: Autor.
Estandarización de prueba de mejor resultado
Realizando el análisis de los resultados se establece que la prueba de mejor
resultado fue la realizada con el extracto acuoso salino de soja molida (A SM), en las
condiciones descritas en la tabla 5; con base en dichas variables se realizan 15 réplicas de la
prueba con el fin de estandarizar la metodología y comprobar cualitativamente su validez. En el
98,85 96,79
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
2ml 2ml
S SM (Al2SO4)3
Efi
cien
cia
(%)
Dosis de Coagulante
Coagulante
Comparación Al2(SO4)3 Frente Extracto S SM
53
Anexo 4 Resultados replicas con extracto S SM, se encuentran los resultados de
eficiencia para cada replica y se identifican el total de datos (15) y los datos descartados (4)
según los criterios estadísticos descritos en la metodología del presente trabajo y aplicando las
ecuaciones de la Ecuación 1 Media aritmética. Fuente:(Mode, 1990) a la Ecuación 5
Confiabilidad. Fuente: (Ross & Valdés, 2007), por medio del programa Microsoft Excel. Los
resultados se recopilan en la tabla 6.
CONDICIONES RESULTADOS
Extracto coagulante Extracto Acuoso Salino Soja Molida
Turbiedad inicial promedio agua sintética 505.35 UNT
Turbiedad final promedio agua sintética 6.05 UNT
pH 5.3 Tabla 5 Características prueba de mejor resultado. Fuente: Autor.
Variable Resultado
Media 99.03
Varianza 0.0236
Desviación estándar 0.1536
Coeficiente de variación 0.1551
Confiabilidad 99.84% Tabla 6 Resultados criterios estadísticas. Fuente: Autor.
Como podemos evidencia la confiabilidad de los datos se establece en 99.84% dato que
comprueba la validez y precisión del análisis estadístico. El porcentaje de eficiencia del extracto
salino de soja molida (S SM) está en 99.03% eficiencia mayor que la presentada por el sulfato de
aluminio en las mismas condiciones.
54
Conclusiones
- La prueba de mejor resultado, mayor eficiencia en el primer ensayo, fue la
obtenida con el extracto salino de soja molida (S SM), aunque este fue el mejor resultado, el
extracto tanto acuoso como salino de soja deslipidificada (SD) presenta las eficiencias más altas
en cualquiera de los rangos de turbiedad y dosis evaluadas.
-El porcentaje de grasa presente en la semilla de soja no dificulta en gran medida
(en comparación con el extracto salino de soja deslipidificada, a dosis de 2 ml, menos de 1%) la
coagulación de agua sintética a turbiedades entre 520-480 UNT; dicho extracto presentando
eficiencias por encima del 98%.
-Los extractos tanto acuoso como salino de la torta de soja fueron los de menor
eficiencia con solo un máximo de 60.47% del extracto S TS.
-Los extractos salino de soja molida (S SM), salino de soja deslipidificada (S SD)
y acuoso de soja deslipidificada (A SD) presenta eficiencias como coagulante mayores que las
alcanzadas por el sulfato de aluminio en esta y otras investigaciones como la realizada por
(Pinilla Holguin, 2016).
55
-Se ratifica la eficiencia de los extractos acuosos y acuosos salinos de semilla de
soja deslipidificada pH de 5 y turbiedad inicial alta (rango de 520-480 UTN) y con las diferentes
dosis con porcentajes de remoción entre 80.89%, el más bajo, y de 98.59% el mayor.
- La filtración de los extracto de soja molida se dificulta más, frente a los otros
exactos.
- Los extractos obtenidos a partir de semilla de soja deben almacenar en
refrigeración mientras no estén un uso y utilizarlos a temperatura ambiente, para que la
diferencia de temperatura no disminuya la interacción entre las partículas.
-El extracto acuoso salino de soja molida (S SM) a dosis de 2ml, turbiedad inicial
de 520-480 UNT y pH 5 fue más eficiente que el sulfato de aluminio a 1000 ppm en esa misma
dosis y pH.
-La estandarización de la prueba de mejor resultado por medio del tratamiento
estadístico hecho con los resultados obtenidos al replicar 15 veces la prueba con extracto
acuoso salino de soja molida con dosis de 2 ml a pH 5, dio un resultado de confiabilidad del
99,84%. Lo cual confirma que el procedimiento por medio del cual se obtuvieron los
extractos se puede replicar para otros estudios.
56
Recomendaciones
- Realizar pruebas de jarras con el extracto salino de soja deslipidificada en aguas
superficiales de turbiedad por encima de 50 UNT.
- Evaluar la eficiencia del extracto salino de soja molida y deslipidificada con
valores de pH mayores de 5, más cercanos a la neutralidad.
- Evaluar la eficiencia de torta de soja de otro proveedor, para descartar la
posibilidad que sea el tipo de extracción usada la causante de las eficiencias bajas, y para
tener la posibilidad de evitar la deslipidificación de la semilla en el laboratorio.
- Analizar la cantidad los desechos o lodos generados por el extracto de soja
deslipidificada al hacer prueba de jarras a un agua superficial y comparar la cantidad de
desechos generados por el coagulante natural con lo generado por el sulfato de aluminio.
- Hacer pruebas con extracto salino de soja molida y soja deslipidificada con agua
sintética en turbiedades de 280-100 UNT, estableciendo como variable la dosis de coagulante,
con el fin de evaluar el rango entre 2 y 10 ml.
57
Bibliografía
Almeida, A. M. R., & Minor, H. C. (1995). El cultivo de la soja en los tropicos : mejoramiento y
produccion. Organización de la Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación.
Andía, Y. (2000). Tratamiento de agua coagulación y floculación. Sedapal, 1–44. Retrieved from
http://www.sedapal.com.pe/c/document_library/get_file?uuid=2792d3e3-59b7-4b9e-ae55-
56209841d9b8&groupId=10154
Arboleda, J. (2000). Teoría y práctica de la purificación del agua. Colombia: Ed. Mc Graw Hill.
Retrieved from http://fing.uncu.edu.ar/catedras/sanitaria/archivos/libros-arboleda-
valencia/Teoria y Practica de la Purificacion del H2O - Tomo 1 - Arboleda Valencia.pdf
Barrenechea, A., Lidia, D. vargas, Cánepa de Vargas, L., Maldonado Yactayo, V., Barrenechea
Martel, A., Aurazo de Zumaeta, M., … OPS, O. P. de la S.-. (2004). Tratamiento de agua
para consumo humano. mezcla rapida. Tratamiento de Agua Para Consumo Humano, 153–
224. Retrieved from
http://www.bvsde.paho.org/bvsatr/fulltext/tratamiento/MANUALI/TOMOI/seis.pdf%5Cnht
tp://cdam.minam.gob.pe:8080/bitstream/123456789/109/5/CDAM0000012-5.pdf
Buitrago, J., Portela, R., & Jimenez, I. (1980). Semilla y torta ( harina ) de soya en alimentación
58
de cerdos.
Caldas, A. (2012). Optimización escalamiento y diseño de una planta piloto de extracción sólido
líquido, 1–48.
Caldera, Y., Mendoza, I., Briceño, L., Garcia, J., & Fuentes, L. (2007). Eficiencia De Las
Semillas De Moringa Oleifera Como Coagulante Alternativo En La Potabilización Del
Agua. Planta, 41(2), 244–254. Retrieved from
http://revistas.luz.edu.ve/index.php/bcib/article/view/3316
Cardenas Leon, J. A. (2005). Calidad de aguas para estudiantes de ciencias ambientales.
Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas. Retrieved from
http://biblos.uamerica.edu.co/cgi-bin/koha/opac-detail.pl?biblionumber=171676
Castro Galiano, E. (n.d.). Guía de Operaciones, Procesos e Instalaciones Industriales. Retrieved
July 25, 2017, from
http://www4.ujaen.es/~ecastro/proyecto/operaciones/movimiento/sedimentacion.html
Centro de Cooperación al Desarrollo. (2015). ADSIDEO-COOPERACIÓN: Experiencias en
investigación para el desarrollo humano.
CEPIS. (2004). Plantas de filtración rápida Manual I: Teoría Tomo I. Tratamiento de Agua Para
Consumo Humano Plantas de Filtración Rápida, 597. Retrieved from
http://www.cepis.ops-oms.org
Concha Valenzuela, L. (2010). La Química Del agua, 5(8), 15. https://doi.org/8451695
59
Contexto Ganadero. (2016). La torta de soya. Retrieved from
http://www.contextoganadero.com/ganaderia-sostenible/la-torta-de-soya-una-gran-fuente-
de-proteina-para-el-ganado
Curtis, H. (2008). Curtis Biologia. Médica Panamericana.
Decreto 1575, 2007. Decreto 1575 de 2007, Diario Oficial 46623 § (2007). Colombia. Retrieved
from http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=30007
Esparza, R., Sanabria, J., & Cely, K. (2015). TEORÍA DE LA COAGULACIÓN. Retrieved July
24, 2017, from https://rauljudykaren.wikispaces.com/TEORÍA+DE+LA+COAGULACIÓN
FAO. (2011). Dietary protein quality evaluation in human nutrition. Food and Agriculrure
Organization of the United Nations. Retrieved from
http://www.nutrinfo.com/biblioteca/libros_digitales/fao_protein_quality.pdf
Garcia, B., Arnal, J. M., & Sancho, M. (2015). Uso de Coagulantes Naturales para la
Potabilización del Agua en Países en vía de desarrollo, 199.
Kawamura, S. (1991). Effectiveness of Natural Polyelectrolytes in Water Treatment. Journal
(American Water Works Association), 83, 88–91. https://doi.org/10.2307/41293388
Lee, S. H., Lee, S. O., Jang, K. L., & Lee, T. H. (1995). Microbial flocculant from Arcuadendron
sp. TS-49. Biotechnology Letters, 17(1), 95–100. https://doi.org/10.1007/BF00134203
Luna, A. (2007). Composicion y Procesamiento de la Soya para Consumo Humano.
Investigacion Y Ciencia, 37, 38–39. https://doi.org/10.3305/nh.2014.29.6.7047
60
Marcó, L., Azario, R., Metzler, C., Garcia, M. C., Marcó, L., Azario, R., … Garcia, C. (2004).
La turbidez como indicador básico de calidad de aguas potabilizadas a partir de fuentes
superficiales. Propuestas a propósito del estudio del sistema de potabilización y distribución
en la ciudad de Concepción del Uruguay (Entre Ríos, Argentina). Higiene Y Sanidad
Ambiental, 4, 72–82.
Martenson, C. H., Sheetz, M. P., & Graham, D. G. (1995, March). In vitro acrylamide exposure
alters growth cone morphology. Toxicology and Applied Pharmacology.
https://doi.org/10.1006/taap.1995.1053
Miller, R. G., Kopfler, F. C., Kelty, K. C., Stober, J. A., & Ulmer, N. S. (1984). The Occurrence
of Aluminum in Drinking Water. Journal (American Water Works Association). American
Water Works Association. https://doi.org/10.2307/41271822
Ministerio de Salud y Protección Social. (2014). Informe Nacional de la Calidad del Agua para
Consumo Humano con Base en el Irca. Subdirección de Salud Ambiental, 193.
Mode, E. B. (1990). Elementos de probabilidad y estadistica. Reverté.
Muthuraman, G., & Sasikala, S. (2014). Removal of turbidity from drinking water using natural
coagulants. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 20(4), 1727–1731.
https://doi.org/10.1016/j.jiec.2013.08.023
Norde, W. (2003). Colloids and interfaces in life sciences. Marcel Dekker.
Nuñez, C. (2008). Extraccion con Equipo Soxhlet. Bioquímica Y Biología Molecular, 2(3), 5.
61
Retrieved from http://www.cenunez.com.ar/archivos/39-extraccinconequiposoxhlet.pdf
Pinilla Holguin, A. (2016). Comparacion Del Grdo De Efectividad De Extracto Acuoso Y
Extracto Acuoso Salino De Moringa (1).
Quevedo, F. (2011). Medidas de tendencia central y dispersión. Medwave, 11(3).
https://doi.org/10.5867/medwave.2011.03.4934
RAE. (2016). DLE: agua - Diccionario de la lengua española - Edición del Tricentenario.
Retrieved July 20, 2017, from http://dle.rae.es/?id=1BKpQj3
Ramírez Arcila, H., & Jaramillo Peralta, J. (2016). Agentes Naturales como Alternativa para el
Tratamiento del Agua. Revista Facultad de Ciencias Básicas, 11(2), 136.
https://doi.org/10.18359/rfcb.1303
Restrepo, H. A. (2009). Evaluación del Proceso de Coagulación-Floculación de una Planta de
Tratamiento de Agua Potable. Universidad Nacional de Colombia, (Tratamiento de Aguas),
1–107.
Ridner, E. (2006). Soja, propiedades nutricionales y su impacto en la salud. Chemistry & ….
Rivero, F. (2014). Conociendo los coproductos de la soja. Retrieved July 30, 2017, from
http://www.todoelcampo.com.uy/espanol/conociendo-los-coproductos-de-la-soja-expeller-
pellet-torta-harina-son-lo-mismo-15?nid=23511
Ross, S. M., & Valdés, T. (2007). Introduccion a la estadistica. Reverté.
62
Tippens, P. E. (1994). Fisica: conceptos y aplicaciones. Retrieved from
https://books.google.com.co/books?id=mVydjgEACAAJ&dq=tippens+fisica+conceptos+y
+aplicaciones&hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwjl4rCU0KLVAhWFNiYKHVRADdYQ6AEIJ
TAA
Turriago Ríos, F. A., & Melo Vargas, G. R. (2012). Evaluación de la eficiencia de la utilización
de semillas de moringa oleífera como una alternativa de biorremediacion en la purificación
de aguas superficiales del caño cola de pato ubicado en el sector rural del municipio de
acacias. Retrieved from http://repository.unad.edu.co/handle/10596/1428
University of Arizona. (2005). Tutorial de Química. Retrieved July 20, 2017, from
http://www.biologia.arizona.edu/biochemistry/tutorials/chemistry/page3.html
Vazquez, O. (1994). Extracción de coagulantes naturales del nopal y aplicacion en la
clarificación de aguas superficiales, 104.
World Health Organization. (2015). WHO - unicef jmp.
63
Anexos
Anexo 1 Aminoácidos contenidos en la soja y torta de soja
En la tabla 7 se nombran los mg/g de aminoácidos esenciales contenidos en 100g
de soja. Al evaluar la concentración de aminoácidos de la semilla de soja superan las
concentraciones de los aminoácidos requeridos y establecidos en la proteína patrón por
IOM/FNB 2002 (Institute of Medicine, Food and Nutrition Board). Los alimentos de soja
presentan un excelente perfil de aminoácidos. La semilla de soja utilizada en este estudio se
obtuvo en almacén local.
Aminoácidos esenciales Soja
mg/g proteína
Histidina 27
Isoleucina 48
Leucina 67
Lisina 81
Meteonina y cisteína 30
Fenilalanian y tirosina 65
Treonina 43
Triptofano 15
Valina 50
Total proteínas 36.5 Tabla 7 Aminoácidos esenciales en 100g de Soja. Fuente: Modificado de (Ridner, 2006)
64
La torta de soja utilizada en este estudio se obtuvo como muestra por parte del
proveedor italcol s.a, quien además suministro el Aminograma de la torta de soja que se puede
ver en la figura 5.
Figura 5 Aminograma tota de soja. Fuente: Premex.
65
Anexo 2- Materiales, equipos y reactivos M
ate
riale
s
Agitadores de vidrio
Balones Aforados de 500 ml y 1000 ml
Embudo Porcerlana
Frascos de Ambar 1000 ml
Papel Filtro Quaility BOECO Germany
66
Pipeta graduada 2 y 5 ml
Pipeteador
Probeta 100 y 200 ml
Vasos precipitados 1000 ml
67
Vidrio Reloj
Eq
uip
os
Agitadores magnéticos heidolph MR Hei-standard
Balanza Scout Pro, hasta 2000g
68
Balanza analítica, AND, GR-200
Barras de agitación magnética
Bomba de vacío
Cámara de secado, marca BINDER ref: FD 23
69
Montaje de filtración al vacío
Equipo de jarras portátil marca VELP SCIENTIFICA ref. FP4
PHmetro portátil marca SCHOTT SI ANALYTICS ref. 28.520.298
Rotaevaporador, referencia laborota rotary evaporators, marca Heidolph.
70
Equipo de Sxholet
Turbidimentro portátil marca MICROTPW/TPI CAT 20000 INSTRUMENT –
HF SCIENTIFIC
Manta de calentamiento eléctrica, marca Kasai
Rea
ctiv
os
Ácido acético
Cloruro de Sodio
Etanol
Hexano, mezcla de alcanos. Laboratorio Chemi
71
Sulfato de aluminio , Merk
Tabla 8 Materiales, Equipos y Reactivos usados. Fuente: Autor.
Anexo 3 Extracción Soxhlet, cálculos.
Para la obtención de la semilla de soja deslipidificada se realiza la extracción
solido-liquido con solvente orgánico hexano en equipo soxhlet, para lo cual se pesa
40.2736g de semilla de soja molida, en un vidrio de reloj; al finalizar el proceso se
vuelve a pesar la semilla sin la parte lipidica y se calcula según los datos;
Datos: Peso inicial de la soja, Pi= 40.2736g
Peso de final de la soja, Pf= 26.73.61
72
𝑆𝑜𝑗𝑎 =26.7361𝑔 𝑆𝑓
40.2736𝑔 𝑆𝑖× 100 = 66.3861%
Ecuación 7 Porcentaje de masa de la semilla de soja. Fuente: Autor.
Como proceso adicional de la obtención de la soja deslipidificada, se somete el
aceite producto a una extracción liquido-liquido por medio de un rotaevaporador con el fin de
retirar el solvente que pudiera quedar como residuo del proceso, obteniendo finalmente que el
aceite extraido fueron 11.3056g, con lo cual podemos decir que el porcentaje de aceite contendio
en la semilla es del 28%, como se ven en la ecuación 13
%𝐴𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑆𝑒𝑚𝑖𝑙𝑙𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑗𝑎 =𝐴𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 𝑒𝑥𝑡𝑟𝑎𝑖𝑑𝑜
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑆𝑜𝑗𝑎=
11.3056𝑔
40.2736𝑔× 100 = 28.0719%
Ecuación 8 Porcentaje de Aceite en la soja. Fuente= Autor.
Según la bibliografía el porcentaje de lípidos contenidos en los granos puede varias
dependiendo de su adaptación en la región de cultivo, para regiones tropicales y subtropicales se
estima un 20% de lípidos en el grano.
73
Anexo 4 Resultados replicas con extracto S SM
Numero Eficiencia
1 96,07
2 97,08
3 97,77
4 98,2
5 98,80
6 98,85
7 98,92
8 98,92
9 99,04
10 99,06
11 99,08
12 99,1
13 99,14
14 99,18
15 99,32
Tabla 9 Replicas extracto S SM
Datos totales, n= 15
Datos Eliminados= 96,07; 97.08; 97,77; 98.2
