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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

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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

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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

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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.

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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.

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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


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


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

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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

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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).

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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

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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.

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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.

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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)









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Anexo 4 (Valoración de variables del tratamiento 4












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Anexo 8 (apariencia física estética de las muestras en forma de placa)

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