TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE CHIMALHUACAN Implementación de un proceso enzimático de hongos lignocelulósicos para la degradación, separación y limpieza de los componentes del envase multicapa a través de un elemento mecánico de estructura semiautomática (Mes-AC) CUERPO ACADÉMICO BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA DE PROCESOS AUTORES: M. EN C. GUILLERMINA PÉREZ GÓNZALEZ M. EN C. ANGEL EDUARDO MÁRQUEZ ORTEGA c.DR. LIZZETE RUTH TORRES BARAJAS M. EN C. PABLO MONTES UTRERA Chimalhuacán, Estado de México a 21 de agosto de 2013
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TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE CHIMALHUACAN
Implementación de un proceso enzimático de hongos
lignocelulósicos para la degradación, separación y limpieza de los componentes del envase multicapa a través de un
elemento mecánico de estructura semiautomática (Mes-AC)
CUERPO ACADÉMICO BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA DE PROCESOS
AUTORES:
M. EN C. GUILLERMINA PÉREZ GÓNZALEZ M. EN C. ANGEL EDUARDO MÁRQUEZ ORTEGA
c.DR. LIZZETE RUTH TORRES BARAJAS M. EN C. PABLO MONTES UTRERA
Chimalhuacán, Estado de México a 21 de agosto de 2013
DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA A RESOLVER
En la actualidad en la ciudades se ha generado la acumulación de grandes
cantidades de envases multicapa, debido a que estos son utilizados en la
industria para conservar diversos productos, principalmente los pertenecientes
a la rama de productos perecederos.
La utilización excesiva de esta industria ha ocasionado que este producto al
desecharse no conlleve a su degradación biológica natural inmediata, si no que
se requiere de un tiempo considerable que impacta severamente al medio
ambiente, por tal motivo se necesita de un tratamiento especial que permita la
degradación de sus elementos de composición tal es el caso del cartón,
polietileno y el aluminio, para que pueda ser reindustrializado.
Por otro lado, se ha propuesto en la industria del papel diversos procesos
biológicos que permiten la degradación del cartón mediante enzimas como las
celulosas y las xilanasas, las cuales son producidas por microorganismos, tales
como los hongos lignocelulósicos. Esta tecnología consiste en la conversión de
polímeros naturales presentes en las fibras utilizadas para la elaboración de
papel en monómeros de glucosa; sin embargo pocos estudios se han enfocado
a la separación del cartón de los envases multicapas mediante estos procesos.
Asimismo, se pretende que mediante un proceso semi-atomatizado por una
Maquina de Estructura Semi-Automática Centrifuga, denominada MES-AC
desarrolle el proceso de limpieza final de los componentes del elemento
multicapa; rescatando los polímeros, el aluminio y la celulosa, para su reúso
industrial.
ANTECEDENTES
En los últimos años, la biotecnología ha tenido importantes avances en su
aplicación industrial para la obtención de procesos sustentables que impacten
ambientalmente en beneficio del ecosistema. Esta área del conocimiento se ha
encargado de resolver diversos problemas de sustentabilidad, los cuales
permiten el desarrollo de métodos y técnicas convencionales; cuyos los
resultados han sido poco óptimos en el sistema organizacional de la industria
del reciclado y en la degradación de una gran diversidad de compuestos
contaminantes presentes en la naturaleza. Por lo anterior, se han generado
procesos industriales, que se llevan a cabo mediante el uso de métodos
biológicos, para su remediación de suelos, agua y aire. Algunas de las ventajas
que se pueden encontrar en los procesos biotecnológicos es el bajo costo de
implementación del uso de tecnología biológicas con la implementación
semiautomática de elementos mecánicos/eléctricos que permite la
optimización de los recursos de operación, impactando al medio ambiente a
corto plazo, estos beneficios se ven reflejados cuando se utilizan los métodos
químicos.
Por otro lado, dentro de los métodos biológicos se encuentran los desarrollados
por los seres vivos, tal es el caso de los compuestos que producen las
bacterias, hongos, y plantas que presentan una acción benéfica al ambiente.
Estos organismos muestran una capacidad de producción enzimática que
puede tener aplicación e impacto en el ambiente, debido a que éstas ayudan a
degradar compuestos orgánicos con características contaminantes y que se
generan en diversas industrias. Un claro ejemplo sobre la producción
enzimática son los hongos lignocelulósicos, este tipo de organismos tienen la
capacidad de sintetizar enzimas, tales como: lignoperoxidasas, xilanasa y
celulosas, las cuales son utilizadas en industrias del biopulpeo de la madera,
en la textil para la decoloración de pigmentos y la papelera para el blanqueo del
papel (Martínez-Anaya, alcázar-López, Dantán-González, & Folch-Mallol, 2008;
Márquez-Ortega, 2004). Lo anterior, se debe a que en los vegetales, están
presentes polímeros como la celulosa, hemicelulosa y la lignina; este último,
puede obstaculizar la hidrolisis de las fibras celulósicas, por lo que puede ser
biotransformada mediante hongos de la pudrición blanca, los cuales tienen la
capacidad de degradar a la lignina para dejar expuesta a la celulosa que es el
residuo blanquecino observado después de terminado el proceso (Higuchi,
1990). Una vez expuesta la celulosa, la cual se encuentra en una mayor
proporción en las fibras vegetales que son cadenas poliméricas, se pueden
hidrolizar para liberar unidades de glucosa; asociadas a estas fibras celulósicas
hay hemicelulosas que son polímeros de azúcares distintos a la glucosa, es
decir, básicamente contienen xilosas y manosas (Eyzaguirre, 2000). La
hidrolisis de estos dos polímeros depende de la estructura que forma parte de
los monómeros que las conforman y del tipo de enlace entre estos (Hadar ,
Kerem , Gorodecki , & Ardon , 1992). En la naturaleza, el deterioro (pudrición)
de los materiales celulósicos es causado por la actividad metabólica de un
número limitado de bacterias y hongos. Estos organismos producen enzimas
necesarias para utilizarlas en la degradación de la celulosa es abundante en la
tierra, por ello es considerada una fuente rica de carbono y energía con un bajo
costo (Béguin & Aubert, 1994).
Se han identificado dos grupos de organismo con capacidades celulolíticas. El
primer grupo lo representan microorganismos anaerobios, los cuales son
bacterias y hongos que habitan en las aguas residuales, y rumen y tracto
intestinal de los animales herbívoros (Cazemier, y otros, 2003). En este grupo
se encuentran los géneros Clostridium y Ruminococcus, así como algunos
Dentro del presente trabajo se pretende obtener los siguientes resultados:
Diseño y estandarización de la metodología para la degradación de la
celulosa presente en el envase multicapa por medio de enzimas
celulosas comerciales.
Diseño y construcción de la maquina semiautomática MES-AC
separadora de componentes del envase multicapa. (Prototipo)
Implementación del proceso térmico para la separación del polietileno y
el aluminio.
Implementación de la metodología para la producción de celulosas del
hongo para la degradación de residuo celuloso presente en el cartón del
multicapa.
Proceso semi-automatizado para la separación de los elementos del
producto multicapa para el reúso y reciclaje de estos componentes
Figura 3 Diseño frontal del prototipo de la maquina ms-ac Consta de tolva, aspas, motor de 2 H. , válvula de arranque y control semiautomático , eléctrico, tina con
perforaciones para el centrifugado de la celulosa.
FIGURA NO. 4 modelo conceptual de movimiento en la tolva y tina de lavado del producto a degradar.
INFRAESTRUCTURA DISPONIBLE PARA LA REALIZACIÓN DEL PROYECTO EN LA IES DE ADSCRIPCIÓN DEL O LOS CA
El TESCHI posee dos laboratorios de química equipados para el desarrollo de
los procesos de separación y/o degradación indicados en la metodología por
degradación biológica enzimática de este estudio.
Además se cuenta con tres laboratorios de Informática, que cuenta con
software especializado para el diseño industrial de la Maquina Semiautomática
Centrifuga (MES-AC).
Aunado a ello se cuenta con un laboratorio de Ingeniería industrial, que tiene
en su haber 3 tornos industriales, una fresadora, y un CNC. Para la fabricación
de los elementos del sistema de la maquina MES-AC. Con equipo de
soldadura.
CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES DEL PROYECTO
PRESUPUESTO SOLICITADO PARA LA REALIZACIÓN DEL PROYECTO; DIFERIDO PARA VEINTICUATROS MESES DURACIÓN DEL CICLO DE VIDA DEL PROYECTO.
Gastos de tecnología de punta
Equipamiento Se cuenta con el
Tecnología Informática Se cuenta con el
Tecnología Mecánica Se cuenta con el
Biotecnología Se adquiere por cultivos en IES de otros CA
Gastos directos
Compra de equipamiento menor a) Mecánico/eléctrico
$15,300.00
Compra de equipamiento menor Biotecnología/ comercial
$113,000.00
Compra de Cultivos Biotecnológicos. $22,000.00
Costo de mano de obra interna y externa al TESCHI (Técnico industrial, eléctrico /mecánico) Alumnos.
No aplica
Reactivos de laboratorio $54,500.00
Materiales de Laboratorio $65,000.00
Costo elementos del sistema MS-AC $83,000.00
Investigadores Titulares No aplica
Costo de Investigadores Técnicos colaborativos de otros CA
No aplica
Estancias de investigadores No aplica
Costo de Publicaciones y Asistencia a Congresos resultado de éste Proyecto de Investigación
$63,000.00
Gastos indirectos
Luz, agua, teléfono, No aplica
Maquila de procesos de producción del prototipo
No aplica
Papelería $10,000.00
Costo de alimentos de los colaboradores.
No aplica
Valor total del proyecto $427,800.00
Tabla 1 de presupuesto requerido
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
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fungi. EMS Microbiol Rev., 1574-6976.
Druzhinina, I. S., Schmoll, M., Seiboth, B., & Kubcek, C. P. (2006). Global
carbon utilization profiles of wild-type, mutant, and transformant strains of
Hypocrea jecorina. Appl Environ Microbiol, 126-2133.
Elberson, M., Malekzadeh, F., Yazdi, M., Kameranp, N., Noori-Daloii, M., Matte,
M., . . . Sowers, K. (2000). Cellulomonas persica sp. nov. and