1
COLEGIO DE ESTUDIOS CIENTIFICOS Y
TECNOLOGICOS DEL ESTADO DE MEXICO
PLANTEL ACULCO
FERIA MEXICANA DE CIENCIAS E INGENIERÍAS 2013
ESTADO DE MÉXICO
EL LACTOSUERO ESQUILMO QUESERO ALTERNATIVA
PARA PREVENIR INCENDIOS EN CASAS HABITACIÓN
AVANCE DEL PROYECTO
Área de conocimiento: MANEJO AMBIENTAL
Nombre de los estudiantes: MEJIA BASURTO VICTOR DANIEL
GOMEZ QUINTANA CLARA
BENITEZ SERRANO JESUS
Nombre y firma del asesor:
10 DE JULIO DE 2013
CLAVE: 1080-2013
2
MARCO TEÓRICO
Aculco es un pueblo con denominación quesera; el queso producido en Aculco ha
cautivado el paladar de regiones aledañas al Norte del Estado de México; tal
mercado se fundamenta en la calidad artesanal del queso, con pequeñas
microempresas familiares y cooperativas. La microindustria quesera Aculquense
está procesando alrededor de 100,000 litros de leche diariamente, de los cuales
se obtienen 10,000 kg de queso y 85,000 litros de lacto suero. La parte negativa
de tal actividad, se presenta al separar la cuajada del suero; el 85% del suero va
a parar a las alcantarillas o drenaje público. Cada mililitro de suero genera 35
kilogramos de demanda biológica de oxigeno (DBO), esto es un indicativo de que
el suero lácteo, contiene los nutrientes necesarios para el desarrollo de
microorganismos que contaminan el subsuelo y los afluentes en los que es
desechado. Peña, et. al; (2010).
El suero de leche es un problema muy importante en la industria quesera regional,
este tiene un alto impacto ecológico y económico. El lacto suero es considerado
un desperdicio por la industria quesera del municipio de Aculco. Por lo que
frecuentemente se tira directamente al drenaje, generando una fuerte acidificación
del agua; al ser arrojado al drenaje, la acidez del suero producto de la conversión
de lactosa en ácido láctico ha acidificado las tierras de cultivo encontradas en los
linderos del dren, convirtiéndolas en salitrosas y estériles.
Cuando el lacto suero es arrojado al drenaje sirve también de alimento a la fauna
silvestre (ratas); el ciclo reproductivo de la rata es prolifero, cuando hay
disponibilidad de alimento la eficiencia reproductora e índice de sobrevivencia se
potencializa generando verdaderas plagas de ratas en los alcantarillados,
propiciando focos de infecciones por el arrastre de heces fecales, los olores
desagradables al ambiente, sirven también de vector contaminante para la
industria quesera, generan basura está a la vez taponaduras del drenaje público.
Ante tal problemática se considera pertinente buscar alternativas de uso para el
lacto suero, experimentando la producción de placas caseicas, reaccionado los
componentes caseicos presentes en el lactosuero con el formol y diversos aditivos
para producir placas antiflama, que permitan encontrar alternativas para reducir la
contaminación provocada por la industria quesera; pero sin afectar la actividad
económica de la región. ¿Pueden los componentes químicos del lactosuero
reaccionar con el formol, produciendo una pasta termoplástica manejable,
manipulable y con propiedades mecánicas de maleabilidad, resistente al corte y
fractura, con propiedades anti flama permitiendo diseñar placas optativas para
3
contactos, los cuales impidan la propagación de incendios generados por
descargas eléctricas?.
La propuesta de trabajo, consiste en encontrar una solución al problema del
lactosuero, recopilando el lacto suero, precipitando sus proteínas hasta obtener
una masa pastosa; mezclarla con formol en diferentes concentraciones con el fin
de obtener una placa termoplástica incombustible al fuego directo. La intención es
generar una pasta manipulable, que al desecarse genere una placa similar a la
baquelita (termoplástico) que permita combatir el elevado índice de incendios de
casas habitación por cortos circuitos o sobrecargas de energía eléctrica generados
por deficiencias en el flujo de voltaje provocando pérdidas materiales y
lamentables pérdidas humanas.
Villada, et. al; (2008) Realizó investigaciones en almidones termoplásticos,
precursores de productos biodegradables. Para reducir la acumulación de
plásticos que son recalcitrantes (inertes al ataque microbiano) en el ambiente se
requiere la fabricación del TPS (almidón termoplástico biodegradable), que son
polímeros biodegradables obtenidos de recursos naturales renovables; el TPS es
un material que se obtiene por la disrupción (modificación) estructural que se da
dentro del grano de almidón cuando éste es procesado con un bajo contenido de
agua y la acción de fuerzas térmicas y mecánicas en presencia de plastificantes
que no se evaporan fácilmente durante el procesamiento de termo-plastificación. A
partir de la investigación permite entender el comportamiento de los almidones
cuando son termo plastificados; sin embargo se requieren más estudios sobre
mezclas de almidón plastificantes en el desarrollo de TPS que se enfoquen en
disminuir la absorción de agua y retardar los diferentes procesos de re
cristalización del material para evitar la fragilidad o rigidez desarrollada durante el
almacenamiento.
Marcos, (2009). Realizó un estudio del procesado de un polímero termoplástico
basado en almidón de patata amigable con el medio ambiente. Realizo 36
muestras experimentales, las cuales contienen: almidón de patata; sustancias
plastificantes: agua destilada, glicerol, sorbitol, urea, polietilenglicol (PEG),
polivinilo de alcohol (PVA); ácido esteárico y aceite de cacahuate. El proceso
experimental, consta de métodos de caracterización que se utilizarán para estudiar
la calidad de las muestras fabricadas en la mezcladora, la caracterización de los
materiales fabricados se realizaron análisis mediante calorimetría diferencial de
4
barrido y análisis termo gravimétrico (DSC y TGA), respectivamente. Por
conclusión se comprobó la importancia de la utilización de algunos constituyentes
como el agua, el glicerol y la urea por su acción protectora contra la degradación
del almidón durante el procesado de estos materiales, también se obtuvo que la
utilización de agua durante la fabricación del TPS es indispensable para conseguir
una correcta gelatinización y desestructuración del almidón, además se comprobó
que la temperatura crítica de gelatinización para el almidón de patata se encuentra
en el intervalo entre 100ºC y 120ºC.
OBJETIVO GENERAL
Disminuir la contaminación ambiental producida por el suero lácteo,
experimentado y valorando la reacción del lacto suero tratado con formol y otros
aditivos sobre el diseño y construcción de termo placas para contactos eléctricos
de una casa habitación; resistentes a la fractura, de buena apariencia física y
estética que impida la propagación del fuego ante una posible descarga eléctrica.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Experimentar la reacción del lactosuero y formol, en diferentes proporciones para
encontrar una pasta manipulable, permitiendo ser moldeada formando laminas al
desecarse no se fracture o absorba humedad del medio ambiente
Valorar la resistencia mecánica de las placas al corte y fractura hasta encontrar la
muestra que sea maleable y manipulable al tacto y buena apariencia física a la
vista, resistencia al corte y fractura e incombustible al fuego directo.
Valorar el comportamiento de la placa al ser sometida al fuego directo y mufla de
laboratorio
HIPOTESIS
Es posible encontrar alternativas ambientales para los desechos de la industria del
queso Aculquense; para canalizar los esquilmos de la industria quesera
aprovechando los componentes del lactosuero en la búsqueda de alternativas
ecológicas que permitan evidenciar la agroindustria de la leche como una empresa
amigable con la ecología y el medio ambiente.
5
Los componentes químicos del lactosuero reaccionan con el formol, produciendo
una pasta plástica manejable, manipulable y con propiedades mecánicas de
maleabilidad, resistente al corte y fractura, con propiedades anti flama permitiendo
diseñar placas optativas para contactos y apagadores, los cuales impidan la
propagación de incendios generados por descargas eléctricas provocando
incendios de hogares, repercutiendo en pérdidas materiales y humanas
Es posible afirmar que las proteínas contenidas en el lactosuero al ser tratadas
con formol, carbonato de calcio, caseinato de sodio, urea y otros aditivos en
diferentes concentraciones reaccionan produciendo una pasta manipulable al
tacto, resistente al corte y fractura, de buena apariencia física e incombustible al
fuego directo permitiendo prevenir incendios en casas habitación
MATERIALES Y MÉTODOS
El proceso experimental se desarrolló en el laboratorio de alimentos del
CECYTEM Plantel Aculco. Los materiales y sustancias empleados se especifican
en cada tratamiento del diseño experimental; los equipos empleados se
especifican en la valoración de cada variable.
Método
El lactosuero, se sometiendo a un tratamiento térmico (100o C) durante 10
minutos, dejando reposar durante 3 horas sedimentando los conglomerados
caseicos, precipitándose por diferencia de densidad, separando los sólidos del
lacto suero por decantación, obteniendo una masa pastosa conocida en la región
con el nombre de requesón. Las proteínas del suero (masa pastosa), se
deshidrato en una estufa de secado a una temperatura de 75 oC, por 24 horas;
para después ser molida en el molino de cereales generando un polvo fino y
tamizado en una coladera de 12 hilos/pulg2.
Diseño experimental
El diseño experimental consiste en valorar 8 tratamientos en 5 repeticiones del
porcentaje de suero pasta al cual se debe de mezclar un determinado porcentaje
de formol y aditivos, concentrándose en baño maría a 45 0C; siendo moldeados en
moldes en forma de mariposa y desecados en una estufa de secado a 350C, los
tratamientos a valorar se muestran en la siguiente tabla.
6
TRATAMIENTOS
Tratamiento 1 69% Suero pasta, 20% formol, 10% de CaCO3 y HCl 1%
Tratamiento 2 30 % de Suero deshidratado, 38% de formol, 8% de CaCO3 y 1%
de HCl y 23% de C0(NH2)2
Tratamiento 3 21% de Suero deshidratado, 43% de formol, 7% de CaCO3 y 1%
de HCl y 7% caseinato de sodio, 21% de C0(NH2)2
Tratamiento 4 29% de Suero pasta, 20% de formol, 10% de CaCO3 y 2% de
HCl, 10% caseinato de sodio y 29% de C0(NH2)2
Tratamiento 5 30% de Suero pasta, 19% de formol, 10% de CaCO3 y 1% de
HCl, 10% caseinato de sodio y 30% de C0(NH2)2
Tratamiento 6 18% de Suero pasta, 27% de formol, 4% de CaCO3 y 1% de HCl,
14% caseinato de sodio y 36% de C0(NH2)2
Tratamiento 7 21% de Suero pasta, 43% de formol, 4% de CaCO3 y 1% de HCl,
10% caseinato de sodio y 21% de C0(NH2)2
Tratamiento 8 21% de Suero pasta, 21% de formol, 28% de CaCO3 y 2% de
HCl, 28% maicena
Valoración de variables e instrumentos de medición
VARIABLES Instrumento Medición
Resistencia a
la fractura
Dinamómetro Fractura de la muestra (mariposa sobre su
eje de simetría) valorando el
desplazamiento de un imán colocado en
la aguja del dinamómetro
Resistencia
al fuego
Encendedor o
mechero
Percepción cualitativa al someter la
muestra a la flama cortante de un
encendedor de gas,
Resistencia a
ser calcinado
Mufla Valorar el grado de calcinación al someter
la muestra por 3 minutos en la mufla a 500
grados centígrados
Apariencia
física –
estética
Evaluación
Sensorial
A través de una escala hedónica, se
valora la estética de una placa en forma
de mariposa
7
RESULTADOS PARCIALES
Tratamiento 1
La pasta mezclada presentaba una consistencia grumosa arenosa, con limitada
adherencia percibida sobre al agitador de vidrio, al ser moldeada permitía ser
manipulada con la mano no se adhería a los guantes. Al colocarse en la estufa
para desecarse en moldes tipo mariposa estos presentan una textura rugosa al
tacto y porosa a la vista, consistencia semi arenosa grumosa, con una coloración
blanco-amarillenta. Dichas propiedades repercutieron en la resistencia al corte, al
ser fracturada y ejercer una fuerza con el dinamómetro resistió una carga inferior a
0.5 kg fuerza. Al exponerse fuego directo de la flama cortante de un mechero, se
observa que es flamable después de 3 minutos de exposición, carbonizándose
después de 5 minutos. Al exponerse a 500 0C a la mufla por un periodo de tres
minutos, se percibe una gran cantidad de uno emitido por la mufla evidenciando la
calcinación del tratamiento, al ser retirada de la misma se percibe una
carbonización total de la muestra expuesta. Tal situación se considera que es por
la alta concentración de suero pasta en la muestra alrededor del 69% en masa, la
materia orgánica (proteínas y grasas) del lactosuero se degradan produciendo
altas concentraciones de dióxido de carbono. Podemos concluir que este
tratamiento no es favorable para cumplir el objetivo propuesto en la presente
investigación, debido a que no es resistente a la fractura, es combustible a la
flama de un mechero y a temperaturas extremas de mufla. (anexo 1)
Tratamiento 2
La mezcla requiere la adición de suero deshidratado, formol, CaCO3 y urea, al
realizar la mezcla sobre el vaso de precipitado, se percibe una consistencia
grumosa, con limitada adherencia al agitador de vidrio permitiendo ser manipulada
con las manos protegidas de guantes de látex, al verterla al molde no presenta
adherencia y facilita del desprendimiento y des moldeado rápido. Una vez
desecada la muestra a 35 0C en la estufa, se procede a valorar la resistencia al
corte, mostrando una media de 3.5 kg fuerza medida con un dinamómetro y una
desviación estándar de 1.6 kg/fuerza. Al ser sometida a la flama cortante del
mechero solo se carbonizo la corteza de la muestra sin llegar al punto flama o
ignición, al incrementar el tiempo de exposición se desprende la parte
carbonizada. Al ser expuesta la muestra al fuego extremo (mufla) se observa una
carbonización de los extremos hacia el centro de la muestra. El tratamiento 2 es
considerado como aceptable presenta mediana resistencia al impacto, mediana
8
resistencia al fuego extremo y directo siendo viable en el logro del objetivo
planteado. (anexo 2)
Tratamiento 3
La pasta presenta una apariencia blanco- amarillenta, se percibe menos grumoso
arenoso a la vista, con aceptable apariencia estética al moldeado; al ser
sometidas las muestras a la prueba de corte sobre el eje de simetría de la
mariposa, evidencia una resistencia al corte de 8.8 kg/fuerza con una desviación
media de 2.6 kg/fuerza. La dureza evidenciada es moderada al no permitir ser
fracturada con la fuerza de la mano.
Al someterse a la prueba de ignición sobre flama cortante del mechero, se percibe
el desprendimiento de humo producto de la combustión de la superficie de la
muestra, se considera que tal situación es debida a la presencia de altas
concentraciones de grasa, debido a que el lactosuero empleado provenía de una
leche no descremada, a donde la grasa tiende a salir al ser expuesta al calor. Tal
situación es evidenciada sobre la prueba de fuego extremo en la mufla adonde se
percibe una ámpula o ampollas sobre la superficie de la muestra al ser
desprendida de esta ampolla la muestra resiste la combustión extrema. Posemos
concluir que el tratamiento 3 debe emplearse con lactosuero descremado para
refutar los resultados evidenciados. (anexo 3).
Tratamiento 4
Al mezclar los ingredientes de la muestra sobre el vaso de precipitado contenido
en el baño maría; se percibe una pasta muy grumosa y arenosa pero muy viscosa
tal percepción se manifiesta al ser moldeada la pasta y desecada sobre la estufa;
presentando una muestra porosa y rugosa con una dureza aceptable, la cual al ser
sometida a la fuerza del dinamómetro arrojo una resistencia media al corte de 11.4
kg/fuerza con una desviación estándar de 2.0 kg fuerza.
Al ser elaborada la muestra con la misma muestra de suero que la muestra 3; la
muestra se comportó mus semejante al tratamiento 3 durante la exposición al
fuego del mechero se observa la misma formación de una ampolla o costra que
es el material que propicia la combustión (grasa), una vez agotada esa costra la
muestra tiende a resistirse a la combustión, observándose una coloración café
claro muy semejante al pan horneado. La dureza de la muestra se incrementa
cuando se somete a la mufla la estética de la muestra se observa un mejor
percepción física. (anexo 4).
9
Tratamiento 5
La pasta presenta una apariencia blanquesina, se percibe no grumoso no arenoso
a la vista, con aceptable apariencia estética al moldeado; al ser sometidas las
muestras a la prueba de corte sobre el eje de simetría de la mariposa, evidencia
una resistencia al corte de 5.5 kg/fuerza con una desviación media de 1..6
kg/fuerza. Al someterse a la prueba de ignición sobre flama cortante del
mechero, se percibe la liberación de humo blanco sobre la superficie de la
muestra, esto se considera debido a la frescura de las muestras apenas un día de
elaboración, observándose que la dureza también varía en función del tiempo de
oreado. La prueba de resistencia al fuego extremo a 500 oC empleando la mufla,
se observa la formación de apoyas en el primer minuto con la consecuente
liberación de humo, una vez degradado esta corteza la muestra ya no se quema,
resiste hasta los 5 minutos tiempo necesario para valorar la combustión extrema.
El tratamiento 5 es que se considera que hasta el momento cumple nuestros
objetivos ya que resiste la fractura y tolera el fuego directo y la temperatura
extrema de una mufla, es necesario repetir el tratamiento si eliminamos la grasa
presente en el lactosuero y posteriormente volver a valorar el tratamiento. (anexo
5)
Tratamiento 6
La pasta producto del mezclado presenta una consistencia arenosa, grumos y
viscosa, permitiendo ser compactada con mayor presión, proporcionándole una
adherencia al molde superior la inicial no puede ser separada del mismo hasta 24
horas después de haber sido moldeada, una vez desecada la muestra se
repercuten estas propiedades debido a evidencia una resistencia al corte de 14.6
kg/fuerza y una desviación estándar de 2.4 kg/fuerza. Muy dura pudiendo ser
arrojada al piso sin quebrarse pero si despostillarse de las paredes. La prueba de
fuego cortante del mechero nos evidencia un ahumado sin la liberación de flama 3
minutos después de retirar el mechero y sin la formación de braza. La prueba de
fuego extremo a la mufla evidencia una ligera cocción de la muestra tornándose
café. Se considera que el tratamiento fue hasta el momento el mejor posee una
dureza extrema y una resistencia a la mufla. (anexo6)
Tratamiento 7
10
La pasta se presentaba viscosa propiedad que proporciona el caseinato, grumosa
por el lacto suero con conglomerados caseicos de tamaño mayor a 5 mm de
diámetro, el color de la pasta en la reacción final fue beige, al moldearse poseía
demasiada adherencia, moldearse se dificultaba realizar presión sobre el molde al
retirar la fuerza se regresaba la masa, para desmoldear había que esperar 24
horas y en el desmoldeo presentaba oquedades la muestra. La adherencia
presentada por la muestra favoreció la resistencia al corte generando una
intensidad media de 13.6 kg/fuerza medido con el dinamómetro; con una
desviación estándar de 2.3 kg/fuerza. La resistencia la fuego directo se mantuvo
obscura debido al ahumado después de 3 minutos se separó del fuego sin
evidenciar presencia de flama ni braza carbonizada el olor de la muestra no
irritaba o picaba los ojos, con muy baja presencia de humo. El comportamiento
ante la mufla humo limitada presencia de humo, el olor desprendido fue suave el
color fue café pálido.
DISCUSIONES PARCIALES
El tratamiento 1 no es recomendable seguir trabajando con el debido a que ayuda
a cubrir nuestro propósito de investigación debido a que presenta una muestra
muy quebradiza, flamable al fuego directo desarrollando flama una vez retirado el
mechero, al fuego extremo se carboniza por completo. (Anexo 1).
El tratamiento 2 y 3 son muy manipulables por la presencia del lacto suero
deshidratado, presenta limitada adherencia repercutiendo en el desmolde y así
como en la dureza al no haber cohesión entre las moléculas afecta la adherencia y
por consecuencia la resistencia al corte. El tratamiento 3 presenta caseinato
favoreciendo la adherencia y viscosidad repercutiendo en la resistencia al corte de
la muestra con una media de 8.8 kg fuerza.
Los tratamientos del 4 al 7 el comportamiento de la pasta es viscoso dificultando el
moldeado, pero favoreciendo la resistencia la corte, esta propiedad se atribuye a
la presencia de caseinato, repercutiendo en la dureza percibida al realizar la
prueba de corte adonde se observa un incremento notable en unidades de kg
fuerza. La resistencia al fuego extremo optima, no se carboniza, una vez que se
consume la capa alta de la muestra se considera que es debido a que el suero no
fue descremado. Recomendamos repetir las pruebas con lactosueso que proceda
de leche descremada, pedir al productos quesero nos facilite el descremado del
mismo suero obtener nuestra muestra para corroborar nuestras hipótesis.
11
La presencia de grumos en las muestras propician muestras porosas y
quebradizas con baja resistencia al corte y deficiente apariencia física,
recomendamos semi deshidratar la lacto pasta a punto semejante de una levadura
para pan, para que pueda ser hidratada por el formol propiciando una reacción
más homogénea siendo concentrada para por el baño maría.
Las muestras de los tratamientos 5,6 y 7 cumplen nuestro objetivo de forma
parcial, presentan dureza y resistencia al corte, son tolerantes a la flama directa
del mechero, son tolerantes a la mufla (500 oC), solo se percibe la formación de
ampollas, presentan estética, pudiendo favorecer el desarrollo de nuestro objetivo
de trabajo
La apariencia física de las muestras en forma de placa para enchufes y
apagadores presentan buena estetica física, pueden servir para decorar un hogar
y al mismo tiempo dar una condición dual, los molden se pueden adaptar a
cualquier forma que se desee (anexo 8)
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Guerrero; (2010). Congreso Nacional de Ciencia y Tecnología de los Alimentos
12°. 2010. Guanajuato, (2010). Caracterización fisicoquímica del lactosuero en
el Valle de Tulancingo. Hidalgo.
Marcos, Meré Javier (2009). Estudio del procesado de un polímero
termoplástico basado en almidón de patata amigable con el medio ambiente.
Tesis de Ingeniería, Universidad Carlos III de Madrid.
Muños Pinto Fidel. (2002). Procesamiento y propiedades de algunas poli
olefinas Grupo de Polímeros. Departamento de Química. Facultad de Ciencias.
Universidad de Los Andes. Mérida. Venezuela.
Peña, G. Grethel; Berrones, H. Roberto; Coronel, A. Claudia; González, F.
Adriana. (2010). Desarrollo de Tecnología para el suero en Chiapas. Programa
Académico de Ingeniería Agroindustrial Universidad Politécnica de Chiapas.
Santos Moreno Armando. (1995). Química y Bioquímica de los alimentos.
Editorial. Universidad Autónoma de Chapingo. México.
Villada S. Héctor; Acosta A. Harold; Velasco J. Reinaldo. (2008). Investigación de
almidones termoplásticos, precursores de productos biodegradables, 19(2),
p.3-14.
12
ANEXOS
Anexo 1 (Valoración de variables del tratamiento 1)
Resistencia al corte (kg /fuerza)
Resistencia a la flama cortante mechero
Resistencia al fuego extremo (mufla)
Anexo 2 (Valoración de variables del tratamiento 2)
Resistencia al corte (kg /fuerza)
Resistencia a la flama cortante mechero
Resistencia al fuego extremo (mufla)
Anexo 3 (Valoración de variables del tratamiento 3)
Resistencia al corte (kg /fuerza)
Resistencia a la flama cortante mechero
Resistencia al fuego extremo (mufla)
13
Anexo 4 (Valoración de variables del tratamiento 4
Resistencia al corte (kg /fuerza)
Resistencia a la flama cortante mechero
Resistencia al fuego extremo (mufla)
Anexo 5 (Valoración de variables del tratamiento 5)
Resistencia al corte (kg /fuerza)
Resistencia a la flama cortante mechero
Resistencia al fuego extremo (mufla)
Anexo 6 (Valoración de variables del tratamiento 6)
Resistencia al corte (kg /fuerza)
Resistencia a la flama cortante mechero
Resistencia al fuego extremo (mufla)
14
Anexo 7 (Valoración de variables del tratamiento 7)
Resistencia al corte (kg /fuerza)
Resistencia a la flama cortante mechero
Resistencia al fuego extremo (mufla)
Anexo 8 (apariencia física estética de las muestras en forma de placa)