industrializacion del colorante cochinilla e-120 original
TRANSCRIPT
1
“UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO” PROCESOS INDUSTRIALES ORGÁNICOS II
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
Sección de Procesos y Tecnología
PROCESOS INDUSTRIALES ORGÁNICOS II
PROCESO DE
Industrialización del colorante alimentario E-120 (Ácido carmínico –cochinilla)
EQUIPO DE TRABAJO
N APELLIDOS Y NOMBRES CT CE CR NP1 NUÑEZ CAVERO CARMEN
2 BARRETO URBINA KEVIN
3 ULTIMA VERDE LIZBETH
4 NAVARRO SAAVEDRA FRANZ
5 CCARI GUZMAN MARTIN
EVALUADO POR
Dr. PEDRO QUIÑONES PAREEDES
09 – 05 - 2013
2
“UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO” PROCESOS INDUSTRIALES ORGÁNICOS II
Industrialización del colorante alimentario E-120 (Ácido carmínico –cochinilla)
1. RECURSOS NATURALES ORGÁNICOS (RRNNOs) POTENCIALES DE EXPLOTACIÓN
La materia prima para la obtención del ácido carmínico es la cochinilla (Dactylopius coccus) u otros insectos.
La cochinilla
La cochinilla es un insecto pequeño que vive como huésped de la tuna, alimentándose de la savia de la penca; que parasita en los cladodios o pencas del cacto nopal, llegan a su edad adulta a los 3 meses.
El macho no tiene aparato bucal pero posee un par de alas que le sirven para moverse y fecundar a la hembra; éste vive tres días únicamente.
Los insectos que producen esta sustancia son muy pequeños, hasta tal punto que hacen falta unos 100.000 para obtener 1 kg de producto, pero son muy ricos en colorante, alcanzando las hembras adultas hasta el 21% de producto en su peso seco.
Cochinilla en penca de tuna
3
“UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO” PROCESOS INDUSTRIALES ORGÁNICOS II
2. DEFINICIÓN OPERACIONAL DEL PROCESO INDUSTRIAL ORGÁNICO EN ESTUDIO
Definición de la cochinilla. Es un Crustáceo isópodo terrestre, de uno a dos centímetros de largo, de figura aovada, de color ceniciento oscuro con manchas laterales amarillentas, pero con el cuerpo arrugado transversalmente y cubierto de un vello blancuzco, cabeza cónica, antenas cortas y trompa filiforme. Cuando se le toca, se hace una bola. Se cría en lugares húmedos.
Definición del ácido carmínico. El Ácido Carmínico es un polvo pardo rojizo oscuro o rojo brillante, soluble en agua, alcohol, bases y ácidos.
Su coloración en soluciones acuosas varía con los pH:
Naranja: A pH menor a 4.8
Rojo-naranja: Entre pH 4.8 a 6.2
Violeta: A pH mayor a 6.2
Productos en Polvo: Con una pureza de hasta 99%
Producto Líquido: Con una pureza de hasta 5%
4
“UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO” PROCESOS INDUSTRIALES ORGÁNICOS II
3. PROPIEDADES FÍSICAS, QUÍMICAS, TERMODINÁMICAS Y AMBIENTALES DE LOS MATERIALES POTENCIALES DE PROCESAMIENTO INDUSTRIAL ORGANICO, ELEGIDO
Propiedades físicas ácido carmínico
Estado de agregación Sólido
Apariencia rojo
Masa molar 492,39 g/mol
Punto de fusión 409 K (136 °C)
Propiedades químicas ácido carmínico
Soluble en agua
4. DESCRIPCIÓN DE LOS DIFERENTES MÉTODOS O TECNOLOGÍAS RECIENTES DE INDUSTRIALIZACIÓN DEL RR.NN.Os ELEGIDO PARA EXPONER. SELECCIÓN DEL METODO
Métodos de producción actuales de ácido carmínico
Se conocen los siguientes métodos: Alemán, Cenette, Francés, Carre, Inglés, Thorpe, Japonés y otros; todos ellos tienen la misma fase primaria de preparación de la cochinilla para extraer el ácido carmínico y ello incluye: secado de Materia Prima, separación mecánica, molienda, extracción de grasas y ceras; diferenciándose en la extracción de grasas y ceras; y en la extracción del ácido carmínico que es la siguiente etapa y luego su continuación con la precipitación del carmín, reposo, filtración y secado del carmín.
La descripción de los métodos antes mencionados referido a laboratorio se hará a partir de la cochinilla exenta de grasas y ceras y en forma sucinta, ya que la fase primaria es semejante para todos los métodos y su descripción se dará cuando se describe en forma integral el método seleccionado.
5
“UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO” PROCESOS INDUSTRIALES ORGÁNICOS II
Método Alemán
La cochinilla (1 Kg) exenta de grasas y ceras es introducida al tanque de extracción de ácido carmínico y se le añade gotita de agua destilada, sometiéndolo a ebullición por 15 minutos y posteriormente se le lleva a reposo por dos horas , luego de la cual se filtra y a la solución obtenida se le agrega alumbre (160 g), llevándolo entonces a ebullición por 15 minutos y posterior reposo de dos horas, luego de lo cual se filtra a 48°C – 50°C, se seca el carmín y se envasa. Este proceso lleva a un rendimiento de 17,73%.
Método Cenette
La cochinilla exenta de grasa y cera se pasa al tanque se extracción del ácido carmínico por lixiviación, se añade 60 litros de agua destilada por cada kilogramo de cochinilla, luego se lleva a ebullición por 15 minutos (mediante serpentín), se añade entonces 25 gramos de nitrato de potasio por kilogramo de cochinilla. Se calienta a ebullición por cinco minutos y se deja en reposo por dos horas, mediante filtración se separa la solución obtenida y se la pasa al tanque de precipitación donde se le añade 50 gramos de tetraoxalato de potasio por kilogramo de cochinilla, se le licúa a ebullición por cinco minutos. Se deja en reposo por dos horas y a la solución se le agrega 160 gramos de alumbre, se vuelve a llevar a ebullición por cinco minutos, se deja en reposos por dos horas, se filtra el carmín a una temperatura de 50 - 60°C. El carmín obtenido pasa a secado a 40°C y posteriormente al envasado. El rendimiento del proceso es de 10,54%.
Método Francés
La cochinilla seca sin grasa y ceras pasa a la operación de extracción del ácido carmínico que se realiza en un tanque de extracción que posee serpentín de calefacción por vapor, aquí es introducida la cochinilla se le añade 60 litros de agua destilada y se lleva a ebullición por quince minutos, luego se hace una filtración en caliente a fin de eliminar los residuos de cochinilla. A la solución obtenida se le añade 40 gramos de tartrato ácido de potasio por cada kilogramo de cochinilla y nuevamente se lleva a ebullición por cinco minutos se enfría y se añade 100 gramos de alumbre por cada kilogramo de cochinilla, se lleva otra vez a ebullición por diez minutos y posteriormente se le deja en reposo por dos horas y se procede a filtrar; el producto obtenido se lleva a secado en oscuridad tipo túnel a temperatura de 40°C. El producto seco es envasado se alcanza un rendimiento de 11,61%.
6
“UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO” PROCESOS INDUSTRIALES ORGÁNICOS II
Método Carré
En el tanque de extracción se añade setecientos cincuenta gramos de carbonato de sodio, trescientos cincuenta gramos de ácido cítrico y veinticinco litros de agua destilada por cada kilogramo de cochinilla, se lleva a ebullición por quince minutos y se le añade la cochinilla en polvo, después de dos horas de reposo, se filtra para eliminar los residuos de la cochinilla y a la solución obtenida en el tanque de clarificación se le añade carbón activado (cuarenta gramos de carbón por kilogramo de cochinilla) se deja en reposo por media hora y se filtra para separar el carbón y la solución pasa al tanque de precipitación donde se le añade cuatrocientos gramos de alumbre por kilogramo de cochinilla y se lleva a ebullición mediante vapor a través de serpentín, se deja en reposo por dos horas y se filtra, el carmín obtenido es lavado con novecientos mililitros de agua y luego se pasa el carmín al secado en secador tipo túnel a 40 °C y en ambiente oscuro.
El carmín luego es envasado. Se alcanza un rendimiento del 9%.
Método Inglés
En este método, en el tanque de extracción se pone cuarenta gramos de carbonato de sodio, sesenta litros de agua por cada kilogramo de cochinilla, se lleva a ebullición por quince minutos y se añade cien gramos de alumbre, se lleva a ebullición por quince minutos y luego de precipitar el carmín se lleva a media hora de reposo, para posteriormente ser secado en la oscuridad a 40 – 50 °C y luego es pesado y envasado. Se obtiene un rendimiento del 6%.
Método Thorpe
La cochinilla (1kg) sin grasas ni ceras pasa a la operación de extracción del ácido carmínico, el cual se extrae únicamente con agua, para lo cual la cochinilla es tratada en un tanque con circulación de vapor para licuar el agua (60 litros) hasta ebullición por un tiempo de diez minutos, con agitación constante; de esta forma se obtiene el ácido carmínico en solución que se separa de los sólidos mediante filtración con carbón activado, se separa el carbón por filtración y el líquido se recibe en el tanque de precipitación donde se lleva hasta ebullición por quince minutos y con continua agitación se le añade alumbre (160 gramos), obtenido el carmín se separa por filtración y luego se le seca a 40°C en ambiente oscuro.
Posteriormente el carmín es secado y pesado. El rendimiento logrado es del 18,78%.
Método Japonés
7
“UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO” PROCESOS INDUSTRIALES ORGÁNICOS II
En este método se procede primero a la extracción con los siguientes insumos: agua desionizada (1 500 ml), ácido tartárico (1 g), gelatina (0,2 g), cochinilla molida (100 g) previamente pasada por malla N° 20 y 8% de humedad. Luego en autoclave calentar a 150 °C y 16 lb de presión durante 10 minutos. Dejamos reposar. Continuamos con la separación del extracto decantando el líquido y filtrando el remanente. Finalmente la solución obtenida destilamos a presión reducida para obtener un extracto concentrado que contenga un alto porcentaje de ácido carmínico.
5. DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO INDUSTRIAL ORGANICO SELECCIONADO PARA EXPONER E IDENTIFICAR LOS PRINCIPALES EQUIPOS
8
“UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO” PROCESOS INDUSTRIALES ORGÁNICOS II
6. ELABORAR EL DIAGRAMA DE BLOQUES CORRESPONDIENTE AL PROCESO PRODUCTIVO INDUSTRIAL ORGANICO SELECCIONADO
7. MODELOS Y/O REACCIONES QUÍMICAS ESPECÍFICAS QUE IDENTIFICAN AL PIO ELEGIDO
9
“UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO” PROCESOS INDUSTRIALES ORGÁNICOS II
8. OTRAS REACCIONES QUÍMICAS DE INTERES INDUSTRIAL.
El acido carminico en acetonitrilo al ser tratado con difluoruro de zenon y acido trifluoroacetico como catalizador , por calentamiento a reflujo, da los derivaos fluorados II y III.
El acido carminico en acetonitrilo al ser tratado con difluoruro de zenon y acido trifluoroacetico como catalizador , por calentamiento a reflujo, da los derivaos fluorados II y III.
10
“UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO” PROCESOS INDUSTRIALES ORGÁNICOS II
9. CONDICIONES DE PROCESO, CUANTIFICAR LAS VARIABLES DE T, P, S, H, RENDIMIENTOS, CONVERSIÓN, CALIDAD, ETC.
T= 35-40 ºC
P=1 atm
X=0.52
10. MECANISMOS DE REACCIÓN DEL PROCESO QUÍMICO PRINCIPAL.
11
“UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO” PROCESOS INDUSTRIALES ORGÁNICOS II
11. TECNOLOGÍA DE PURIFICACIÓN DEL PRODUCTO PRINCIPAL A OBTENER
La deshidratación de la materia prima se refiere a la deshidratación de los insectos frescos después de la recolección y muerte de los mismos.
El deshidratado se considera una de las etapas más importantes que garantiza la calidad del producto final sobre el contenido del ácido carminico y el rendimiento de la cochinilla.
Siendo el secado con aire caliente uno de los métodos más utilizados para la deshidratación de productos y los equipos más empleados son los secadores tipo plataforma, de bandejas y de túnel.
12. IMPACTO AMBIENTAL DE LOS MATERIALES Y LA PROPUESTA DE MITIGACIÓN.
La intensidad de los impactos ambientales que pueda ocasionar el cultivo de la cochinilla, depende del manejo del suelo durante sus ciclos de siembra y mantenimiento. Las diferentes densidades en una plantación de cochinilla, comparten en un espacio físico y constituyen una comunidad biológica que interactúan entre ellas. El uso de plaguicidas va a alterar estas relaciones y causar impacto ambiental, así podemos ver
12
“UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO” PROCESOS INDUSTRIALES ORGÁNICOS II
-La baja biodegrabilidad hace que su toxicidad, persista largo tiempo en el medio ambiente, especialmente los clorados y los fosforados.
-Posibilidad de que percolen hasta los acuíferos que pueden servir como agua de consumo.
-Crean resistencia a las plagas, lo que hace necesario aumentar frecuencias de aplicación.
-Destrucción del control biológico y entomopatogenos.
-Resurgimiento de plagas ya tratadas y de nuevas plagas.
Los impactos ambientales que se han descrito, pueden ser mitigados por medio de control de malezas minimizando el uso de herbicidas y usando fertilizantes para restituir al suelo sus nutrientes.
13. APLICACIÓN INDUSTRIAL DE LOS COLORANTES Y TRATAMIENTO DE DESPERDICIOS:
Si hablamos de colorantes hay diferentes usos y variedad, por lo cual se habla de cada uno y su aplicación, así como su toxicología, por tanto tenemos los siguientes colorantes:
13.1. Colorantes naturales:
-Nombre: Riboflavina
Obtención: Por fermentación de levadura.
Toxicología: no se presenta ningún tipo de reacción secundaria ante la presencia de la riboflavina, aunque algunas veces puede pintar la orina de un color amarillo brillante.
Aplicaciones: cremas corporales, shampoo, acondicionadores, comida de bebe, suplemento alimenticio/vitamínico, jugos y bebidas energéticas.
-Nombre: Betania
Obtención: Se extrae de la remolacha roja.
Toxicología: No tiene efectos secundarios.
Aplicaciones: Repostería, dulces, sopas, etc. (alimentos)
-Nombre: Curcumina
Obtención: Raíz de cúrcuma.
Toxicología: No hay efectos secundarios.
13
“UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO” PROCESOS INDUSTRIALES ORGÁNICOS II
Aplicaciones: Lácteos, helados, pastelería, confitería, etc.
-Nombre: Caramelo.
Obtención: Es el producto que se obtiene a través de un proceso de calentamiento de azucares.
Toxicología: Alteraciones en la presión arterial y riesgo para los diabéticos.
Aplicaciones: Bebidas, caramelos, chocolate, café, helados, etc.
-Nombre: Cochinilla (acidocarminico)
Obtención: Del insecto llamado cochinilla de nopal
Toxicología: No hay efectos secundarios.
Aplicaciones: Cosméticos, bebidas, mermeladas, caramelos, etc
-Nombre: Capsantina.
Obtención: Se extrae del pimiento y se forma un concentrado
Toxicología: No hay efectos secundarios, más se recomienda a lasmujeres embarazadas o en lactancia no consumirlo en grandescantidades.
Aplicaciones: Mermelada, dulces, algunas medicinas, carnes, aderezos, etc.
-Nombre: Clorofila.
Obtención: Estriado del pigmento verde que usan las plantas para llevar acabo la fotosíntesis.
Toxicología: No se registra ningún efecto secundario.
Aplicaciones: Aromaterapia, confitería, té, chicles, mermeladas, etc.
-Nombre: Carbón vegetal.
Obtención: Producido a partir de la combustión de la madera
Aplicaciones: Se procesa y se convierte en carboncillo de arte, también usado en el recubrimiento de queso con ceras
-Nombre: Licopeno.
14
“UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO” PROCESOS INDUSTRIALES ORGÁNICOS II
Obtención: Se extrae de los tomates y se hace un concentrado.
Toxicología: No hay efectos secundarios.
Aplicaciones: Suplementos alimenticios, repostería, golosinas, gelatina, bebidas, etc.
13.2. Colorantes Artificiales:
-Nombre: E-102 Tartracina
Toxicología: Puede tener reacciones toxicas o alérgicas a las personas que tienen problemas con las aspirinas. También se dice que provoca un cambio de conducta en los niños pero esta afirmación es falsa.
Aplicaciones: Es utilizado en productos como en repostería, fabricación de galletas, de derivados cárnicos, sopas preparadas, conservas vegetales helados y caramelos y bebidas.
-Nombre: E-110 Amarillo anaranjado S
Toxicología: Se hicieron teorías que decían que este colorante era cancerígeno, pero nunca se llegó a comprobar tal efecto.
Aplicaciones: Se utiliza para colorear refrescos de naranja, helados, caramelos, productos para aperitivo, postres, etc.
-Nombre: E-122 Azorrubina ocarmoisina
Toxicología: El único daño que causa dentro del organismo del ser humano es que no se absorbe en el intestino.
Aplicaciones: Este colorante se utiliza para conseguir el color frambuesa en caramelos, helados, postres, etc.
-Nombre: E-123 Amaranto
Toxicología: Pruebas rusas indican que este colorante puede producir cáncer e incluso tener efectos negativos en los embriones (experimentos tratados en animales) y también puede empeorar el asma.
Aplicaciones: Se utiliza para colorear diferentes alimentos como los helados o las salsas. Pero debido a su toxicidad no se puede utilizarse en conservas vegetales, mermeladas o conservas de pescado.
-Nombre: E-151 Negro brillante BN
Toxicología: No se permite su uso en los Países Nórdicos, Estados Unidos, Canadá y Japón ya que por su nivel de toxicidad es muy peligroso, esto incluye cáncer, defectos en los fetos y sus cromosomas, etc.
15
“UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO” PROCESOS INDUSTRIALES ORGÁNICOS II
Aplicaciones: Se utiliza casi exclusivamente para colorear sucedáneos del caviar
-Nombre: E-104 Amarillo de quinoleína
Toxicología: El aparato digestivo tiene dificultades para absorber este colorante lo cual impide que se eliminen rápidamente.
Aplicaciones: Se utiliza en bebidas refrescantes con color de "naranja", en bebidas alcohólicas, y en la elaboración de productos de repostería, conservas vegetales, derivados cárnicos, helados, etc.
-Nombre: E-127 Eritrosina
Toxicología: Debido a su alto contenido de yodo se le considera toxico para la tiroides además de poseer algunos compuestos cancerígenos
Aplicaciones: Se utiliza en yogures aromatizados, en mermeladas, especialmente en la de fresa, en caramelos, derivados cárnicos, patés de atún o de salmón
-Nombre: E-131 Azul patentado V
Toxicología: Es excretado por vía biliar y tiene un impacto leve en la flora intestinal. En casos muy raros pude producir alergia.
Aplicaciones: Se utiliza en conservas vegetales y mermeladas (guindas verdes y mermelada de ciruela, por ejemplo), en pastelería, caramelos y bebidas.
-Nombre: E-132 Indigotina, índigo carmín
Toxicología: Se absorbe muy poco en el intestino, eliminándose el absorbido en la orina. No es muta génico.
Aplicaciones: está autorizado en bebidas, caramelos, confitería y helados, con los límites generales para los colorantes artificiales.
14. CASOS PROBLEMÁTICOS DE INTERÉS INDUSTRIAL
Críticas y riesgos para la salud
Aunque las investigaciones pasadas no han detectado correlación entre el trastorno por déficit de atención con hiperactividad (TDAH) y los colorantes alimentarios, nuevos estudios señalan que los conservantes sintéticos y los colorantes artificiales son agravantes de los síntomas del TDAH, tanto en los afectados del trastorno como en la población general.
Los estudios más antiguos probablemente resultasen no concluyentes debido a métodos clínicos inadecuados para medir el comportamiento alterado; los informes parentales fueron indicadores más precisos de la presencia de aditivos que las pruebas clínicas.
16
“UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO” PROCESOS INDUSTRIALES ORGÁNICOS II
Varios estudios importantes muestran que el rendimiento académico se incrementó y los problemas de comportamiento decrecieron en grandes poblaciones de estudiantes no afectados por TDAH cuando los aditivos artificiales, incluyendo los colorantes, fueron eliminados de las dietas de las escuelas.
Noruega prohibió todos los productos conteniendo alquitrán de hulla y productos derivados de éste en 1978. Nuevas leyes levantaron esta prohibición en 2001 siguiendo las directrices europeas.
La tartracina provoca urticaria en menos del 0,01% de la población expuesta a ella.
La eritrosina está relacionada con tumores de tiroides en ratas.
La cochinilla se obtiene de insectos y por tanto no es vegano ni vegetariano. También se sabe que provoca reacciones alérgicas graves, incluso potencialmente fatales, en casos raros.
El azul de Coomassie fue citado en un estudio reciente en el que ratas que había sufrido una lesión espinal recibían una inyección del tinte justo después de la herida, logrando recuperar o retener el control motor. El tinte ayuda a proteger la médula del adenosín trifosfato que el cuerpo envía a la zona tras una herida y que daña más el tejido nervioso al matar neuronas motoras.