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Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides

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INDICE

RESUMEN EJECUTIVO .................................................................................................................................. 5

INTRODUCCIÓN.............................................................................................................................................. 6

1. Antecedentes ............................................................................................................................................. 8

1.1. Carotenoides ..................................................................................................................................... 8

1.2. Métodos de extracción ...................................................................................................................... 9

1.3. Acido ascórbico .............................................................................................................................. 10

1.4. Emulsiones...................................................................................................................................... 11

1.5. Microencapsulación ........................................................................................................................ 12

2. Estudio de mercado ................................................................................................................................ 13

3. Justificación ............................................................................................................................................ 14

4. Objetivos ................................................................................................................................................. 15

4.1. Objetivo general.............................................................................................................................. 15

4.2. Objetivos particulares ..................................................................................................................... 15

5. Metodología Experimental..................................................................................................................... 16

5.1. Preparación de la muestra ............................................................................................................... 16

5.2. Propiedades fisicoquímicas............................................................................................................. 16

5.3. Cuantificación de licopeno, β-caroteno y ácido ascórbico (vitamina C)......................................... 17

5.4. Extracción por solventes (ES)......................................................................................................... 17

5.5. Extracción asistida por ultrasonido (EAU) ..................................................................................... 18

5.6. Extracción asistida por ultrasonido y microondas (EAUM) ........................................................... 18

5.7. Emulsiones...................................................................................................................................... 18

5.7.1. Diámetro de glóbulo de la emulsión primaria (W1/O)................................................................ 19

5.7.2 Diámetro de glóbulo de la emulsión doble (W1/O/W2) .............................................................. 19


5.9. Propiedades reológicas.................................................................................................................... 21


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6. Resultados y Discusión ........................................................................................................................... 22

6.1. Propiedades fisicoquímicas............................................................................................................. 22

6.2. Extracción por solventes ................................................................................................................. 22

6.3. Extracción asistida por ultrasonido (EAU) y extracción asistida por ultrasonido y microondas

(EAUM) ....................................................................................................................................................... 23

6.4. Diámetro de glóbulo de la emulsión primaria (W1/O) .................................................................... 24

6.5. Diámetro de glóbulo de la emulsión doble (W1/O/W2)................................................................... 25

6.6. Propiedades reológicas de la emulsión doble (W1/O/W2)............................................................... 26


7. Diseño de planta...................................................................................................................................... 29

7.1. Diagrama de proceso....................................................................................................................... 29

7.2. Selección de equipo ........................................................................................................................ 30

7.3. Dimensionamiento de equipo.......................................................................................................... 31

7.3.1. Tanques de almacenamiento....................................................................................................... 31

7.3.2. Tanques con agitación ................................................................................................................ 32

7.3.3. Bombas ....................................................................................................................................... 35

7.3.4. Secador ....................................................................................................................................... 38

8. Layout de la planta................................................................................................................................. 41

9. Evaluación económica ............................................................................................................................ 43

10. Análisis de riesgos................................................................................................................................... 47

11. Bibliografía.............................................................................................................................................. 54

ANEXOS ......................................................................................................................................................... 58

Anexo A ........................................................................................................................................................... 58

Anexo B............................................................................................................................................................ 59


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AGRADECIMIENTOS

A nuestros padres por habernos regalado la vida, por su amor, su paciencia y todo el apoyo

que nos han brindado. Jamás podremos pagarles la confianza que han depositado en

nosotros y con quienes viviremos eternamente agradecidos por ayudarnos a cumplir uno de

los anhelos más grandes de nuestras vidas.

A la Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa por las facilidades otorgadas y al

Instituto de Ciencia y Tecnología del Distrito Federal por el financiamiento mediante el

proyecto PICSO11-64 “Proceso para la obtención de emulsiones y microencapsulados de

licopeno extraído de desperdicios de jitomate de la central de abastos de la Ciudad de

México”

Al Dr. Eduardo Jaime Vernon Carter, por habernos dado la oportunidad de trabajar con él,

por la dirección del presente proyecto terminal, le reafirmamos nuestra admiración por ser

excelente persona y por su trayectoria profesional, por su apoyo, sus enseñanzas y su gran

disposición.

Al M. en C.Q. Hector Carrillo Navas, por su apoyo durante la realización de este proyecto

terminal, por crear un ambiente propicio para el trabajo y la convivencia, y gracias por sus

recomendaciones e instrucciones, las cuales nos permitieron llevar acabo nuestro trabajo sin

retrasos.


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RESUMEN EJECUTIVO

El objetivo de este trabajo fue diseñar una planta productora de emulsiones y

microcápsulas de carotenoides extraídos de residuos de jitomate de la central de abastos de

la Ciudad de México. Se evaluaron distintos métodos de extracción y se determinó que el

método de extracción asistida por ultrasonido y microondas (EAUM) tuvo los mejores

rendimientos (97.40 % licopeno y 89.40 % β-caroteno).

Debido a que los carotenoides son compuestos termolábiles, fue necesario

protegerlos mediante la formulación de emulsiones. Estas emulsiones fueron capaces de

entrampar los carotenoides en la fase oleosa y ácido ascórbico en la fase acuosa interna de

una emulsión doble agua-aceite-agua (W1/O/W2), utilizando agentes emulsificantes de bajo

peso molecular y biopolímeros. Asimismo, se determinaron las condiciones más adecuadas

para obtener microcápsulas mediante la técnica de secado por aspersión, estableciendo las

condiciones de almacenamiento óptimas para prolongar la funcionalidad y vida de anaquel.

Se analizó la factibilidad económica del proyecto por medio de la tasa interna de

retorno (TIR), con la tasa de rentabilidad mínima aceptada (TREMA). Dando como

resultado la viabilidad del proyecto.


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INTRODUCCIÓN

El licopeno es un antioxidante que provee al jitomate su color característico. Está

demostrado que la inclusión de carotenoides en la dieta reduce el riesgo de contraer ciertos

tipos de cáncer, especialmente de próstata, pulmón, estómago, riñón y piel; así como la

reducción de enfermedades cardiacas o de degeneración muscular, enfermedades

relacionadas al envejecimiento que guían a la ceguera, oxidación lipídica de moléculas

normales de grasa que conlleva a inflamación.

El jitomate es la fuente alimenticia con mayor contenido de licopeno, siendo la

cáscara donde se encuentra la mayor concentración. Estudios realizados sobre los niveles

de licopeno en la sangre, indican que sus niveles son mayores cuando la gente ha

consumido el jitomate cocido, sugiriendo que la cocción ayuda a liberar el licopeno de las

paredes celulares, facilitando su absorción en el tracto gastrointestinal. Esta absorción

puede ser más eficaz si se acompaña la ingesta de licopeno con un aceite vegetal, debido a

que el licopeno es liposoluble. Además, se ha reportado que la combinación de compuestos

con propiedades antioxidantes puede causar un efecto sinérgico en sus propiedades

funcionales y brindarles una mayor protección contra la degradación.

El calor, luz, oxígeno, metales pesados y diversas matrices alimenticias tienen un

efecto en la isomerización y autooxidación del licopeno, por lo tanto es necesario buscar las

mejores condiciones de extracción en la que el licopeno no se degrade, debido a factores

degradativos ambientales y a establecer las condiciones de almacenamiento más adecuadas


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para lograr preservar las propiedades funcionales del licopeno y prolongar su vida de

anaquel.

Existen varias maneras de proteger a los carotenoides y vitaminas, una de ellas es

mediante la formulación de emulsiones. Recientemente, ha surgido un gran interés en el

desarrollo de emulsiones del tipo doble, es decir, agua en aceite en agua (W1/O/W2) o

aceite agua en aceite (O1/W/O2). Las emulsiones dobles del tipo W1/O/W2 consisten de

gotas de agua dispersas en gotas de aceite (W1/O), las cuales son redispersadas a su vez en

una fase acuosa externa (W2), teniendo una serie de ventajas potenciales, como la reducción

del contenido de grasas, el enmascaramiento del sabor y la protección de ingredientes

lábiles o probióticos sensibles.

A partir de la formulación de emulsiones múltiples W1/O/W2 se pueden obtener

microcápsulas, las cuales presentan ciertas ventajas, entre ellas la disminución del volumen

del producto. Facilitando su transporte y alargando la vida del producto.


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1. Antecedentes

El jitomate se considera una fuente interesante de fibra, minerales (potasio y

fósforo), y de vitaminas (C, E), provitamina A y vitaminas del grupo B (B1 y B3), además

presenta un alto contenido de carotenoides como el licopeno, pigmento natural que aporta

al tomate su color rojo característico, convirtiendo al jitomate en una importante fuente de

antioxidantes; debido a esto ha despertado un gran interés en la última década ya que el

consumo de licopeno se asocia inversamente con el riesgo de desarrollar cánceres en varios

sitios anatómicos, incluyendo la glándula de la próstata, estómago y pulmón. (Adalid y col.,

2010).

1.1. Carotenoides

Los carotenoides son una familia de pigmentos naturales responsables de los colores

rojo, naranja y amarillo, sintetizados por algunas hojas, flores, frutas, aves, insectos, peces,

crustáceos, algas, hongos y bacterias. Son moléculas lipofílicas y se acumulan en las

membranas celulares o en las lipoproteínas, este comportamiento hidrofóbico tiene un

fuerte impacto en su absorción, transporte y excreción por el organismo (Egydio y col.,

2010). Se han identificado más de 600 carotenoides en la naturaleza; sin embargo, sólo 40

están presentes en la dieta humana típica (β-caroteno, α-caroteno, licopeno, luteína y la

criptoxantina) y 20 de ellos se han identificado en la sangre y tejidos humanos organismo

(Rao y col., 2007).


9

Los carotenoides son considerados productos nutracéuticos que se definen como

cualquier sustancia que pueda considerarse alimento o parte de un alimento y que tenga

beneficios médicos o sanitarios, incluyendo la prevención y el tratamiento de enfermedades

(Strati y Oreopoulou, 2011). Estudios recientes demuestran que la acción conjunta de

carotenoides y ácido ascórbico, tiene un efecto potencializado (sinérgico) (Olives Barba y

col., 2006).

1.2. Métodos de extracción

Tradicionalmente los carotenoides se han extraído usando disolventes orgánicos o

CO2 supercrítico, pero existe una tendencia mundial a utilizar métodos extractivos más

amigables con el medio ambiente, eficientes y de menor costo. El método de extracción con

solventes (ES) requiere tiempos de extracción muy largos con baja eficiencia, además que

los solventes orgánicos pueden representar un problema para la salud.

Se ha reportado que la extracción asistida por ultrasonido (EAU) puede mejorar el

proceso de extracción mediante el aumento de la transferencia de masa entre el disolvente y

el material, además mejora la penetración del disolvente, tiene una menor dependencia del

disolvente utilizado, una extracción a temperaturas más bajas, mayores velocidades de

extracción y mayores rendimientos de producto (Konwarh y col., 2012). Por el otro lado, la

extracción asistida por microondas (EAM) también presenta ventajas inherentes (reducción

del tiempo de extracción, el volumen del disolvente, la energía y una mejor eficiencia en la

extracción) sobre técnicas de extracción convencionales tales como extracción sólido-

líquido (Li y col., 2012). Hay muy pocos casos en que se han combinado el ultrasonido y la


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tecnología de microondas para mejorar las extracciones, pero es un nuevo campo de

investigación. La EAUM tiene la ventaja de ser un método rápido y sencillo que combina el

efecto mecánico del ultrasonido que permite una mayor penetración del solvente en el

material celular, da lugar a la ruptura de las paredes de los organelos donde se encuentran

los pigmentos, facilitando la liberación de los contenidos celulares, mientras que los tejidos

absorben rápidamente la energía de las microondas logrando una tasa de calentamiento

mucho más rápida, contribuyendo a reducir el tiempo de extracción al favorecer los

procesos difusivos y aumentando el rendimiento en la extracción (Eh y Teoh, 2012).

1.3. Acido ascórbico

El ácido ascórbico es también conocido como vitamina C, trabaja fisiológicamente

como un antioxidante soluble en agua, por su capacidad de enfriamiento o de estabilización

de radicales libres previniendo enfermedades degenerativas, incluido cáncer, enfermedades

cardiovasculares, cataratas entre otras enfermedades (Braverman,1978).

En la industria de los alimentos, el ácido ascórbico es utilizado por dos razones:

como suplemento vitamínico y como antioxidante proporcionando protección en la calidad

nutricional y sensorial de los alimentos (Desai y Park, 2004). Sin embargo, presenta una

alta inestabilidad frente a factores del medio ambiente (luz, oxígeno, temperatura y

humedad); la causa principal de su deterioro es la oxidación, provocando así la pérdida de

su estructura activa y la formación de compuestos sin actividad biológica (Arroqui y col.,

2002).


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1.4. Emulsiones

Las emulsiones son sistemas dispersos formulados con dos líquidos inmiscibles, en

donde uno está disperso en forma de gotas microscópicas en el otro. Los dos tipos de

emulsiones simples más comunes son del tipo agua-en-aceite (W/O) y aceite-en-agua

(O/W). También existen emulsiones del tipo múltiple, es decir, agua en aceite en agua

(W1/O/W2) o aceite agua en aceite (O1/W/O2) (McClements, 2007). Las emulsiones dobles

del tipo W1/O/W2 consisten de gotas de agua dispersas en gotas de aceite (W1/O), las cuales

son redispersadas a su vez en una fase acuosa externa (W2), teniendo una serie de ventajas

potenciales, como la reducción del contenido de grasas, el enmascaramiento del sabor y la

protección de ingredientes lábiles o probióticos sensibles (Pimentel-González y col., 2009).

Figura 1. Emulsión primaria

W1/O.

Figura 2. Emulsión doble

W1/O/W2.

Al formular una emulsión doble W1/O/W2, es posible situar al licopeno en la fase

oleosa de la emulsión primaria, ya que el licopeno es liposoluble, además la emulsión

primaria podrá albergar acido ascórbico en la fase acuosa, considerando de esta manera a la


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emulsión que se formula como un sistema de transferencia del licopeno hacia el tracto

intestinal.

1.5. Microencapsulación

La microencapsulación es un proceso mediante el cual ciertas sustancias bioactivas

(carotenoides, vitaminas, aceites esenciales, etc.) pueden ser cubiertas de manera individual

para protegerlas del ambiente y de reacciones deteriorativas debido a la luz, temperatura y

oxígeno. Una ventaja adicional es que un compuesto encapsulado se libera gradualmente

del compuesto que lo ha recubierto y se obtienen productos alimenticios con mejores

características sensoriales y nutricionales.

El secado por aspersión como método para formar microencapsulados, es

ampliamente usado en la industria de los alimentos debido a que es un método económico,

versátil y efectivo en la protección de materiales termolábiles (Adamiec y Kalemba, 2006).

El principio de operación del secado por aspersión es la producción de un polvo seco por

medio de la atomización de una emulsión o disolución en una corriente de aire caliente en

una cámara de secado. El agua se evapora instantáneamente, permitiendo que el material

activo presente en la emulsión quede atrapado dentro de una película de material

encapsulante, el polvo seco que se obtiene cae al fondo cónico de la cámara y luego es

extraído mediante una corriente de aire hasta un colector de polvos (Gharsalloui y col.,

2007).


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2. Estudio de mercado

El mercado mundial de nutracéuticos, se divide en tres presentaciones, bebidas,

alimentos y suplementos en conjunto se estimó alrededor de $151 billones de dólares en

2011. Este mercado presenta una tasa de crecimiento anual del 6.5%, por lo que las

estadísticas indican que en el año 2016 se presentarán ventas por $207 billones de dólares.

Este crecimiento es mayor en el caso de las bebidas nutracéuticas (BBC Research, 2011).

Figura 1. Mercado global de nutracéuticos de 2009 al 2016.


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3. Justificación

El problema primitivo son los residuos de jitomate que no son aprovechados

racionalmente (10 ton/día), pudiéndose obtener varios subproductos de interés comercial,

además de contribuir a disponer de una fuente de contaminación ambiental. En este

proyecto se busca obtener un producto de gran valor agregado (carotenoides) a partir de los

residuos del jitomate.


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4. Objetivos

4.1. Objetivo general

Diseñar una planta productora de emulsiones múltiples y microcápsulas de

carotenoides extraídos a partir de los residuos de jitomate saladette (Lycopersicon

esculentum Mill.) recolectados en la central de abastos de la Ciudad de México

4.2. Objetivos particulares

• Evaluar los métodos de extracción ES, EAU, y EAUM de carotenoides.

• Formular y caracterizar la emulsión primaria (W1/O) y doble (W1/O/W2). Evaluar la

protección de la emulsión.

• Obtener microcápsulas mediante secado por aspersión.

• Evaluar la protección de las microcápsulas

• Evaluar rentabilidad del proceso.


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5. Metodología Experimental

5.1. Preparación de la muestra

Los residuos de jitomate Saladette utilizados fueron cosechados en la zona de

producción de Los Mochis, Sinaloa y recolectados en la Central de Abastos de la Ciudad de

México. Los jitomates fueron lavados eliminando todos los defectos visibles, picados en

pequeños trozos y molidos. El puré de jitomate fue centrifugado a 3000 rpm durante 5 min

a 20 °C utilizando una centrífuga de alta velocidad HERMLE Z323K (Hermle,

Labortechnic, Alemania). El sobrenadante fue removido y el sedimento recuperado. Se

ajustó el contenido de humedad mediante secado al vacío a 60 °C y 0.01 MPa de presión en

un intervalo de 8-10 h. La muestra fue refrigerada a una temperatura de 2-8 °C hasta su uso.

5.2. Propiedades fisicoquímicas

Con el sobrenadante que se removió después de centrifugar el puré de jitomate, se

midió el pH con un potenciómetro HANNA HI 2550 (Ann Arbor, Michigan, EUA), el

contenido de sólidos solubles totales se determinó usando un refractómetro Bausch &

Lomb 33.46.10 (Rochester, Nueva York, EUA). Todas las mediciones se realizaron por

triplicado.

Los parámetros de color se obtuvieron utilizando un colorímetro Hunter Lab MS-

4,500 L. (Reston, Virginia, EUA). En los parámetros de color: L0* indica la brillantez, del

blanco hasta llegar al negro. El a0* es de verde a magenta, (para los fines de interés los


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valores de los experimentos arrojaron valores cercanos al magenta en las tres muestras) y el

parámetro b0* indica las tonalidades de azul hacia amarillo.

5.3. Cuantificación de licopeno, β-caroteno y ácido ascórbico (vitamina C)

Para determinar la cantidad de licopeno, β-caroteno y ácido ascórbico contenido en

las tres muestras que se utilizaron (jitomate sin semilla, cáscara y jitomate completo) se

formularon curvas de calibración, las soluciones patrón se realizaron a temperatura

ambiente, y a partir de estándares los cuales se adquirieron en Sigma-Aldrich S.A de C.V,

el primero con una pureza de 90%, el segundo con 95% de pureza y el tercero con 99.8%

de pureza. Los rendimientos de licopeno, β- caroteno y ácido ascórbico se determinaron

utilizando un espectrofotómetro Spectronic Genesys2 (Waltham, Massachusetts, EUA) a

dos longitudes de onda (472 y 451 nm) (Ver Anexo B).

5.4. Extracción por solventes (ES)

La extracción fue realizada utilizando una mezcla ternaria de solventes que resultó

ser la de mayor eficiencia según Olives Barba y col., 2006.

3 g de muestra de puré fueron añadidos a 50 mL de hexano, 25 mL acetona y 25 mL

etanol en un vaso de precipitados. La solución se agitó durante 30 min, posteriormente se

agregaron 15ml de agua para lograr la separación de fases. Se determinó la absorbancia de

la fase acuosa de las tres muestras, con el propósito de establecer donde se encontraba la

mayor cantidad de licopeno.


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5.5. Extracción asistida por ultrasonido (EAU)

La extracción se llevó a cabo en un procesador ultrasónico con potencia máxima de

300 W a una frecuencia de 40 KHz y una potencia de 50W. Durante el funcionamiento se

tomaron 2.0 g de puré de jitomate en un matraz de 250 mL y se agregó etanol, se agitó la

mezcla, se condensó y se sumergió el matraz en baño de agua por ultrasonido. Cuando se

completó la extracción, el matraz se enfrió a temperatura ambiente y se filtró la mezcla.

5.6. Extracción asistida por ultrasonido y microondas (EAUM)

Se utilizó simultáneamente un microondas de 800 W de potencia a una frecuencia

de 2450 MHz y un transductor de ultrasonidos con una potencia fija de 50 W a una

frecuencia de 40 KHz. Se agregó etanol a 2.0 g de puré de jitomate en un matraz de 250 mL

y se conectó a una columna de condensación. Cuando se completó la extracción, la mezcla

fue filtrada.

5.7. Emulsiones

La emulsión múltiple (W1/O/W2) se formuló con una fracción de fase dispersa ϕ =

0.2, la fase acuosa externa (W2) fue preparada con biopolímero y agua, mezclada con un

homogeneizador Ultra-Turrax T50 basic (IKA-WERKE Works Inc., Wilmington, NC,

EUA) a una velocidad de 5200 rpm durante 10 min. Durante el mezclado la emulsión se

mantuvo en un baño de hielo, para mantener la temperatura constante a 25°C.

Posteriormente la emulsión primaria (W1/O) se añadió gota a gota a la fase acuosa externa

(W2) mientras era mezclada con el homogeneizador.


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La emulsión múltiple se formuló como se muestra en la Tabla 1.

Tabla 1. Formulación de la emulsión múltiple W1/O/W2

Fracción de Fase Dispersa (ϕW1/O/W2) = 0.2

Sustancia Cantidad (kg)

Emulsión primaria W1/O 32.47

Fase Acuosa Externa W2

Biopolímero 25.97

Agua 103.89

5.7.1. Diámetro de glóbulo de la emulsión primaria (W1/O)

El diámetro de glóbulo de la emulsión primaria se determinó con un microscopio

óptico Olympus BX 45, se tomaron micrografías y estas se analizaron por medio del

software Motic Images Advanced 3.2.

5.7.2 Diámetro de glóbulo de la emulsión doble (W1/O/W2)

El diámetro de glóbulo de la emulsión múltiple (W1/O/W2) se determinó con con un

analizador de tamaño de partícula serie 2600 (Malvern Instruments, Malvern,

Worcsestershire, U.K.).


Las microcápsulas se obtuvieron haciendo fluir la emulsión múltiple (W1/O/W2) a

través de un secador por aspersión Mobile Minor Niro-Atomizer (Copenhagen, Denmark) a


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una velocidad de 20 ml/min, el aire se mantuvo a una presión de 2.8 bar, una temperatura

de entrada de 170 ± 5 °C, una temperatura de salida de 80 ± 3 °C.

El tamaño de partícula de las microcápsulas se determino con un analizador de

tamaño de partículas serie 2600 Malvern (Malvern Instruments, Malvern, Worcsestershire,

U.K.). La eficiencia de microencapsulación fue calculada con la ecuación (Rodea-González

y col., 2012):

100x

CT

CSCTME

(1)

donde:

CT = Contenido de carotenoides total [=] g

CS = Contenido de carotenoides superficiales [=] g

La concentración total de carotenoides se cuantificó solubilizando 0.05 g de polvo

en 6 ml de una mezcla 1:1 (v/v) de NaCl:metanol en un tubo. El tubo fue sellado y agitado

por 5 min, después se añadieron 30 ml de una mezcla 1:1 (v/v) de hexano:acetona. El

contenido del tubo fue centrifugado a 3000 g por 10 min a 10 °C en una centrifugadora

Hermle Z 323 K (Hermle Labortechnik GmbH, Wehingen, Germany). El sobrenadante fue

medido en un espectofotometro a 460 nm. El contenido de crotenoides superficiales se

determinó mezclando 0.1 g de polvo en 10 ml de una mezcla 1:1 (v/v) hexano:acetona. Se

agitó durante 2 min, posteriormente fue centrifugado a 1000g por 3 min a 10 °C y se


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cuantificó en un espectrofotómetro a 460 nm. Todas las mediciones se realizaron por

triplicado.

5.9. Propiedades reológicas

Las propiedades reológicas fueron determinadas para una muestra (1ml) de la

emulsión, a 25°C, con un Reómetro Kinexus Pro (Malvern Instruments, Malvern,

Worcestershire, Reino Unido) con una geometría de cono-plato, 40 mm de diámetro y un

ángulo del cono de 4º. La viscosidad de cada emulsión se determinó mediante la aplicación

de una velocidad de cizalla de 0.01 a 100 s-1 y las curvas de viscosidad fueron ajustadas a

diferentes modelos. Se aplicaron barridos de amplitud (0.1-100 % a una frecuencia de 1

KHz con el fin de determinar la región viscoelástica lineal (RVL) y barridos de frecuencia

0.1-100 KHz a una amplitud de 1% para determinar los módulos de almacenamiento (G′) y

pérdida (G″) de las emulsiones.


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6. Resultados y Discusión

6.1. Propiedades fisicoquímicas

En la Tabla 4 se presentan propiedades fisicoquímicas (pH, sólidos solubles totales

y ácido ascórbico) de las tres muestras de jitomate empleadas, así mismo, se presentan los

valores de los parámetros de color (L0*, a0

* y b0*) donde el parámetro L0

* representa la

luminosidad de color, a0* su posición entre rojo y verde (valores negativos indican verde

mientras valores positivos indican rojo) y b0* (valores negativos indican azul y valores

positivos indican amarillo). Los resultados indican que la muestra con mayor valor de a0*

fue la cáscara de jitomate indicando indirectamente un mayor contenido de licopeno.

Tabla 2. Parámetros de color y propiedades fisicoquímicas de las tres muestras de jitomate.

Muestra

Propiedades Fisicoquímicas Parámetros de color

pHSólidos

solubles totales

Ácido ascórbico

(mg/100g)L0* a0* b0*

Jitomate completo 4.33 ± 0.01 3.60 ± 0.01 33.60 ± 0.02 42.41 ± 0.01 12.57 ± 0.03 7.09 ± 0.03

Jitomate sin semilla 4.29 ± 0.02 3.00 ± 0.01 23.57± 0.02 42.67 ± 0.03 13.12 ± 0.05 7.55 ± 0.02

Cáscara de jitomate 4.47 ± 0.01 2.80 ± 0.02 18.67± 0.01 44.27 ± 0.03 20.46 ± 0.04 10.41± 0.02

6.2. Extracción por solventes

En la Tabla 3 se muestra la cantidad de carotenoides (licopeno y β-caroteno)

extraídos utilizando el método de ES de las tres muestras de jitomate y se observó que la

mayor cantidad de carotenoides se encuentra en la cáscara de jitomate como se había

presupuesto mediante los parámetros de color.


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Tabla 3. Carotenoides obtenidos por el método de extracción por solventes (ES).

Muestra µg de licopeno extraído/g muestra µg de β-caroteno extraído/g muestra

Jitomate completo 59.60 ± 0.02 4.20 ± 0.02

Jitomate sin semilla 43.50 ± 0.02 3.10 ± 0.02

Cáscara de jitomate 77.30 ± 0.02 5.30 ± 0.02

6.3. Extracción asistida por ultrasonido (EAU) y extracción asistida por

ultrasonido y microondas (EAUM)

Tabla 4. Carotenoides obtenidos por el método de extracción asistido por ultrasonido y

microondas (EAUM) y extracción asistida por ultrasonido (EAU).

Método

µg de licopeno teórico/g muestra

µg de licopeno extraído/g muestra

Rendimiento

(%)

µg de β-caroteno teórico/g muestra

µg de β-caroteno extraído/g muestra

Rendimiento

(%)

EAUM 91.78± 0.01 89.40 ± 0.02 97.40 6.94± 0.01 6.20 ± 0.02 89.40

EAU 91.78± 0.01 82.78 ± 0.02 90.20 6.94± 0.01 5.66 ± 0.02 81.60

Los resultados indicaron que la EAU mejoró la eficiencia en la extracción de los

carotenoides, disminuyendo el tiempo de extracción y reduciendo el volumen del solvente

empleado, sin embrago la desventaja que presentó fue que no aumentó los rendimientos de

extracción de los carotenoides, la explicación a este hecho se puede suponer a que los

radicales hidroxilo producidos por la cavitación acústica del ultrasonido en los extractos,

generados por la presencia de agua, dieron lugar a la descomposición de los carotenoides

(Eh y Teoh, 2012). Sin embargo, en cuanto a la EAUM, con la ayuda de la cavitación

acústica y el calentamiento rápido seleccionado del microondas, la extracción se mejoró, el


24

tiempo de extracción fue más corto, menor volumen del disolvente y mayor rendimiento de

los carotenoides al ser comparado con la EAU. La explicación razonable de que la

asistencia ultrasónica no disminuye el rendimiento de los carotenoides fue que la extracción

se realiza en un período de tiempo relativamente corto. Se observó que la EAUM es un

método más atractivo cuando se compara con la EAU. Por último, el uso de EAUM

combinada con extracción con etanol, permite obtener rendimientos equiparables al de

procesos que realizan la extracción con la mezcla de solventes orgánicos

(Hexano/Acetona/Etanol), por lo que se utilizó este solvente en lo restante del proyecto.

6.4. Diámetro de glóbulo de la emulsión primaria (W1/O)

En la Figura 2 y 3 se muestra la morfología de la emulsión primaria recién

formulada y después de 3 semanas. En ambas figuras podemos observar que la emulsión

primaria formulada presenta una distribución de tamaño de glóbulo monodispersa, por lo

tanto se considera que entre menor sea el tamaño y más homogéneo la emulsión es más

estable a fenómenos de inestabilidad física como la coalescencia.

Figura 2. Emulsión primaria (W1/O)

recién formulada.

Figura 3. Emulsión primaria (W1/O) 3

semanas después de formulada.

1 µm 1 µm

Tabla 5. Diámetro de glóbulo de la emulsión primaria (W1/O) recién formulada y 3

semanas después de formulada.

Semana Diámetro (µm)

0 0.44 ± 0.02

3 0.52 ± 0.02

El incremento relativo en el tamaño de glóbulo de la emulsión primaria con el

tiempo de almacenamiento nos permite establecer que tiene una buena estabilidad contra la

coalescencia.

6.5. Diámetro de glóbulo de la emulsión doble (W1/O/W2)

Las emulsiones dobles pueden presentar diferente morfología dependiendo del tipo

y tamaño de glóbulo dentro de la emulsión y son comúnmente conocidas como tipo A, B y

C (Garti, 1997a). Las emulsiones tipo A son sistemas compuestos predominantemente por

una gota de la fase interna. Las emulsiones tipo B pueden contener de fase interna una o

más gotas. Las emulsiones tipo C contienen gran número de gotas de fase interna, este tipo

de emulsión presenta la mejor estabilidad y generalmente es considerada como el mejor

vehículo controlador de la liberación de sustituyentes.

En la Figura 4 se muestra la morfología de la emulsión doble W1/O/W2 3 semanas

después de formulada y podemos observar que su morfología es del tipo C, debido a que

contiene un gran número de glóbulos en la fase interna.


26

Figura 4. Emulsión doble W1/O/W2 3 semanas después de formulada.

La emulsión doble W1/O/W2 recién formulada mostró un diámetro de glóbulo de

3.31 ± 0.02 µm y 3 semanas después de formulada 3.53 ± 0.02. Con base a lo anterior

podemos inferir que la emulsión doble es estable a fenómenos de coalescencia, debido a

que la tasa de crecimiento 3 semanas después de formuladas fue de 6.64 %, menor a lo

reportado por Carrillo-Navas y col., 2012.

6.6. Propiedades reológicas de la emulsión doble (W1/O/W2)

La Figura 5 muestra que la emulsión primaria presentó un comportamiento

reoadelgazante. Cuando la velocidad de cizalla fue mayor, las gotas de las emulsiones

comenzaron a alargarse en mayor medida en dirección del flujo, lo que indica una

disminución de la viscosidad de la emulsión (reoadelgazamiento).

Por otro lado la Figura 6 muestra que G′ y G″ aumentaron cuando la frecuencia se

incrementó, siendo valores de G″ mayores que los de G′ en todo el intervalo de frecuencias,

indicando que la emulsión se comportó como fluido predominante líquido (Murillo-

Martínez y col., 2011).


27

0.1 1 10 1001E-3

0.01

0.1

1

10

W1/O

Vis

cosi

dad

(P

a s)

Velocidad de Cizalla (s-1)

Figura 5. Viscosidad aparente en función de la velocidad de cizalla de las emulsiones.

0.1 1 10 1001E-3

0.01

0.1

1

10

100

1000

10000

G' W1/O

G'' W1/O

G',

G''

(P

a)

Frecuencia (Hz)

Figura 6. Módulos de almacenamiento (G′) y pérdida (G″) de las emulsiones.

Los datos obtenidos mediante las pruebas reológicas fueron de importancia para

determinar las dimensiones del equipo, ya que al conocer el comportamiento de la emulsión


28

primaria, se tendrá noción de cómo será su comportamiento al ser transportada y bajo qué

condiciones podrá ser bombeada a los tanques, sin que se separen las fases y se conserve la

estabilidad del sistema.


En la Figura 7 podemos observar que las microcápsulas exhibieron una morfología

externa de formas esféricas, características de aquellas elaboradas con goma de mezquite

mediante secado por aspersión, con superficies abolladas y un alto grado de integridad, es

decir, no se observaron grietas o poros en la superficie externa y mostraron un diámetro de

partícula de 27.91 ± 0.02 µm (Murrieta-Pazos y col., 2012).

La eficiencia de microencapsulación fue de 85.3 % con una retención total de

carotenoides de 82.4 %, esto indica que las membranas formadas con los tensoactivos y la

goma de mezquite permitieron proteger de buena forma los carotenoides y ayudaron a

evitar su degradación (Guadarrama-Lezama y col., 2012).

Figura 7. Morfología de las microcápsulas de carotenoides.


29

7. Diseño de planta

7.1. Diagrama de proceso

Figura 8. Diagrama de proceso.

Deca

nta

dor

DC

-1

Molin

oM

-1

EA

UM

Ext

racc

ión

T-1

Aire +

Agu

a

SD

-1

En

vasa

do

Alm

acé

n p

rodu

cto

term

inado

Seca

dor

Ace

ite +

em

uls

ific

ante

en

atm

ósf

era

in

erte (N

2)

Caro

ten

oid

es

Mate

ria

Prim

aAco

ndic

ionam

iento

M

. P

Solv

en

te

Fase

ole

osa

Em

uls

ión

mú

ltiple

W1/O

/W2

T-6

Aci

do a

scórb

ico +

agu

a

Aire

Mic

rocá

psu

las

Agu

a +

bio

polím

ero

Em

uls

ión p

rim

aria

W1/0

Desa

ireador

D-1

Alm

ace

nam

iento

Radia

ción

UV

L-1

Agu

a T-2

T-3

T-4

B-1

0

B-1

Sólid

os

Cen

trifu

gad

ora

C-1

B-3

B-2

B-4

B-5

B-7

B-8

B-9

B-6

Ban

da

tran

sportadora


30

7.2. Selección de equipo

En lo pertinente al diseño de equipo, este se describirá de manera concreta,

puntualizando las dimensiones y el costo.

Tabla 6. Lista de equipos de proceso.

Equipo Cantidad Características

Bandas transportadoras 1Material: PVC, espesor = 0.02 m, L = 1.50 m, m = 2.4

kg/m2, capacidad de transporte = 2.83 m3/h

Mezcladora con cuchillos 1

Material: acero inoxidable, capacidad = 1.50 m3/h, No.

de cuchillas rotativas = 3, No. de cuchillas fijas = 2,

Largo de cuchillas = 1.20 m, embudo de alimentación

= 1.20 x 6.00 m, cámara de molienda = 1.20 x 6.00 m

Lámpara de radiación UV 4 L = 2.00 m y P = 40 W, λ = 130 - 300 nm

Ultrasonicador y Microondas 1 T = 50 °C, P = 98 W, F = 40 KHz, t = 0.10 h

Centrifugadora 1Material: acero inoxidable, capacidad = 0.50 m3/h, ө =

3500 rpm

Decantador 1Material: acero inoxidable ,capacidad = 1.49 m3/h, H =

1.82 m, D = 1.25 m.

Desaireador al vacío 1Material: acero inoxidable, capacidad = 2.00 m3/h, L =

1.10 m, W = 1.20 m, H = 2.80 m, P = 5.5 Kw

D= diámetro, H= altura, L= longitud, w= ancho.


31

7.3. Dimensionamiento de equipo

7.3.1. Tanques de almacenamiento

Figura 9. Tanque No. 1.

Tabla 7. Tanque No. 1.

Clave M – 1

Diámetro (m) 0.75

Altura (m) 0.50

Volumen (m3) 0.22



Clave DC – 1

Diámetro (m) 1.50

Altura (m) 0.84

Volumen (m3) 1.89


32



Clave T – 2

Diámetro (m) 0.300

Altura (m) 0.198

Volumen (m3) 0.014

7.3.2. Tanques con agitación

Figura 12. Tanque con agitación para extracción.

Tabla 10. Tanque con agitación para extracción.

Clave T – 1

Diámetro (m) 1.45

Altura de tanque (m) 1.45

Volumen (m3) 2.41

Diámetro de agitador (m) 0.50


33

Altura del agitador al fondo del tanque (m) 0.50

Ancho deflectores (m) 0.15

Viscosidad aparente (kg/m s) 1.64

Reynolds Generalizado 7384

Potencia (J/s) 3.85 x 10-4

Figura 13. Tanque con agitación No. 1.

Tabla 11. Tanque con agitación No. 1.

Clave T – 3

Diámetro (m) 0.27


Volumen (m3) 0.02






Potencia (J/s) 9.53


34



Clave T – 4

Diámetro (m) 0.34


Volumen (m3) 0.03






Potencia (J/s) 3.00



35


Clave T - 6

Diámetro (m) 0.59


Volumen (m3) 0.16




Viscosidad aparente (kg/m s) 3 x 10-3



7.3.3. Bombas

Tabla 14. Bomba No. 1.

Transporta Puré

Eficiencia 60 %

Reynolds Generalizado 43.21

Potencia (J/s) 171.55


Transporta Etanol

Eficiencia 60 %

Reynolds 193705.57




36

Transporta Etanol

Eficiencia 60 %

Reynolds 176920.77



Transporta Etanol

Eficiencia 60 %

Reynolds 16841.50



Transporta Carotenoides

Eficiencia 60 %

Reynolds Generalizado 3.66E-02



Transporta Agua

Eficiencia 60 %

Reynolds 2284.77




37

Transporta Carotenoides

Eficiencia 60 %

Reynolds Generalizado 9.16 x 10-1



Transporta Emulsión

Eficiencia 60 %





Eficiencia 60 %



Tabla 23. Bomba No. 10


Eficiencia 60 %




38

7.3.4. Secador

Figura 16. Diagrama del secador por aspersión.

Salida de aire + H2O80°C

Calentador

Microcápsulas(Producto seco)

X2 = 0.06T = 60°C

170°C

Entrada de aire25 °C

5 % Humedad

Flujo de aire

Atomizador


39

Balance de materia y energía

Cálculo de entalpía de aire a la entrada del secador

Cálculo de entalpía para el aire saliente

Capacidad calorífica de la Emulsión


40

Las entalpías del sólido

Balance de humedad

Balance de entalpía

Resolviendo balance de humedad y balance de entalpía


41

8. Layout de la planta

-Ó

K+

-P

´+Á

rea

de

Pro

ceso

Área de Venta

Áre

a de

M

ante

nim

ient

o

Alm

acén

de

prod

ucto

fina

l

EstacionamientoRecepción de materia prima

Con

tene

dor

19m

9m

7.5m 7.5m 5m

20m

20m

15m

2m3m

Figura 17. Layout general de la planta.


42

9m

Molin

o

Áre

a de

prepa

raci

ón d

e m

ate

ria

prim

a

Áre

a de

ext

racc

ión

U-M

U-M

Lic

openo

Áre

a d

e fo

rmula

ción

de

emuls

iones

Em

uls

ión

doble

.E

muls

ión

prim

aria

Áre

a de

enva

sado

y a

lmac

én

Alm

acé

nS

eca

dor

Alm

acé

n

Enva

sado

19m

12m

6m

5m

5m 3m

3m

Figura 17. Layout del área de proceso.


43

9. Evaluación económica

A continuación se muestra el análisis económico con el que se determinó la

factibilidad de la planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides

extraídos de residuos de jitomate de la Central de Abastos del la Ciudad de México.

En este apartado se analizó la factibilidad de la empresa, esto fue calculado por

medio del valor presente neto (VPN). Tomando 10 años (10 periodos de tiempo) para

recuperar la inversión.

Los datos con los que se cuenta para la elaboración del proyecto son los siguientes:

Tabla 24. Inversión de la planta.

Terreno y Edificio $148,200

Maquinaria $14,005,461

Activo circulante $1,000,000

Inversión total inicial $15,153,661

Tabla 25. Ganancias anuales de la panta.

Ventas emulsiones y microcápsulas $5,010,509

Ventas puré de tomate $360,000

Ventas netas $5,370,509


44

Tabla 26. Costos fijos por proceso.

Administración $ 180,000

Producción $ 144,000

Renta anual $ 148,200

Energía eléctrica $ 10,000

Teléfono $ 5,000

Agua $ 20,000

Mantenimiento $ 10,000

Varios $ 10,000

Tabla 27. Impuestos e inflación anual.

Impuestos 13 % 0.15

Inflación anual 20 % 0.2

Con los datos anteriores realizó el cálculo del valor presente neto (VPN), para

analizar sí es conveniente poner en marcha la planta productora de emulsiones y

microcápsulas de carotenoides extraídos de residuos de jitomate de la Central de Abastos

del la Ciudad de México.

Tabla 28. Datos para calcular el valor presente neto (VPN).

NVentas

anuales

FAI

sin inflación

FAI

con inflaciónDepreciación

Ingreso

GravableImpuesto Estímulos

FDI

corrientes

FDI

constantes

0 0 $15153661 0 0 0 0 0 0 0

1 $3909110 $3326910 3992292 $-1400546 $2591746 $-336927 $200000 $2454819 $2045683


45

2 $3909110 $3326910 4790751 $-1400546 $3390205 $-440727 $200000 $3149478 $2187138

3 $3909110 $3326910 $5748901 $-1400546 $4348355 $-565286 $200000 $3983069 $2305017

4 $3909110 $3326910 $6898681 $-1400546 $5498135 $-714758 $200000 $4983378 $2403249

5 $3909110 $3326910 $8278418 $-1400546 $6877872 $-894123 $200000 $6183748 $2485110

6 $3909110 $3326910 $9934101 $-1400546 $8533555 $-1109362 $200000 $7624193 $2553327

7 $3909110 $3326910 $11920921 $-1400546 $10520375 $-1367649 $200000 $9352727 $2610174

8 $3909110 $3326910 $14305106 $-1400546 $12904560 $-1677593 $200000 $11426967 $2657547

9 $3909110 $3326910 $17166127 $-1400546 $15765581 $-2049526 $200000 $13916055 $2697025

10 $3909110 $3326910 $20599352 $-1400546 $19198806 $-2495845 $200000 $16902961 $2729923

11 $3909110 $3326910 $24719223 $-1400546 $23318677 $-3031428 0 $20287249 $2730420

12 $3909110 $3326910 $29663067 $-1400546 $28262521 $-3674128 0 $24588393 $2757752

13 $3909110 $3326910 $35595681 $-1400546 $34195135 $-4445368 0 $29749767 $2780529

14 $3909110 $3326910 $42714817 $-1400546 $41314271 $-5370855 0 $35943416 $2799509

15 $3909110 $3326910 $51257780 $-1400546 $49857234 $-6481440 0 $43375794 $2815326

16 $3909110 $3326910 $61509336 $-1400546 $60108790 $-7814143 0 $52294648 $2828507

17 $3909110 $3326910 $73811204 $-1400546 $72410658 $-9413385 0 $62997272 $2839491

18 $3909110 $3326910 $88573444 $-1400546 $87172898 $-11332477 0 $75840421 $2848645

19 $3909110 $3326910 $106288133 $-1400546 $104887587 $-13635386 0 $91252201 $2856273

20 $3909110 $3326910 $127545760 $-1400546 $126145214 $-16398878 0 $109746336 $2862629

Calculando el VPN:

VPN = $ 267,324.00

El resultado de VPN positivo indica que el proyecto es económicamente factible.

Por lo que se recomienda poner en marcha la planta productora de emulsiones y

microcápsulas de carotenoides extraídos de residuos de jitomate de la Central de Abastos

del la Ciudad de México. Una vez calculado del VPN se iguala a cero y se obtiene la tasa

interna de retorno (TIR):

TIR = 15 %


46

Comparando el TIR con el TREMA:

TREMA = 13.5 %

Se tiene que el TIR> TREMA.

Con base a que el resultado de VPN es positivo y el TIR es mayor al TREMA, se

toma la decisión de que el proyecto es económicamente factible.


47

10.Análisis de riesgos

Tabla 29. Análisis de riesgos HAZOP.

C.P C BF-MAP. P P BF- MAE MR PMR BF- MAMR P MR BF- MA

1 Alumbramientos de aguas No - - - - - - - - - -

2 Aluviones No - - - - - - - - - -

3Asentamiento de terreno- Falla geomecánica

No - - - - - - - - - -

4 Avalancha No - - - - - - - - - -

5Contaminación ambiental de fuentes externas que afecten el proyecto

No - - - - - - - - - -

6 Crecida pluvial No - - - - - - - - - -

7 Derrumbes No - - - - - - - - - -

8Humedad. Neblina ambiental

No - - - - - - - - - -

9

Incendios de bosques pastizales, construcciones externas que afecten al proyecto

No - - - - - - - - - -

10 Inundación No - - - - - - - - - -

11 Lluvias extremas No - - - - - - - - - -

12 Maremoto No - - - - - - - - - -

13 Nevazones extremas No - - - - - - - - - -

14 Sequía Si O 0 1 2 4 1 0 11

15 Sismo Si P,C,BF 1 2 2 4 1 2 8Sistema de alerta sísmica en el local de trabajo, zona de seguridad.

16Temperatura ambiental baja /alta

No - - - - - - - - - -

17 Tormenta eléctrica No - - - - - - - - - -

18 Viento blanco No - - - - - - - - - -

19Viento sobre los límites aceptados como normales

No - - - - - - - - - -

NIVEL DE CRITICIDAD

MAGNITUD DEL RIESGON° RIESGO-EVENTO I A P

NIVEL A QUE

AFECTAMEDIDAS DE CONTROL APLICADA


48

20

Falla o menor cantidad en el suministro de productos para el proceso (proveedor externo)

Si O 0 1 2 4 0 0 4 0 LeveBuscar materia prima alterna ( sandia, guayaba, pimiento verte, etc)

21Falta de combustibles en Planta. Cero stock

No - - - - - - - - - -

22Falta de agua para procesos en Planta

Si O 0 1 3 6 0 0 6 0 SerioUso de sisterna, utilizar pipas (camiones de suministro de agua)

23Falta/falla total de energia

eléctrica. Suministro externo.

Si O 0 1 2 6 0 0 6 0 SerioTener una planta de generadora de energía eléctrica

24Material entregado no cumple estandares

No - - - - - - - - - -

25Producto entregado por el proveedor está contaminado

No - - - - - - - - - -

26 Virus computacional No - - - - - - - - - -

27Caída de personas a distinto nivel

No - - - - - - - - - -

28Caída de personas a mismo nivel

Si P 2 1 2 6 4 16 6 Serio SerioColocar barandales, Mantener limpio el local de trabajo

29 Cargas dinámicas. Si P,BF,O 2 1 2 6 4 16 6 Serio SerioAvisos en zonas de riesgo, protecciones adecuadas en zonas de riesgos.

30Cargas estáticas (cargas suspendidas)

No - - - - - - - - - -

31 Claim(reclamo) No - - - - - - - - - -

32 Colapso estructural No - - - - - - - - - -

33Comunicación deficicente entre personas.

Si P,O 2 1 2 6 4 16 6 Serio SerioComunicación visual (escrita o por medio de pictogramas)

34

Conocimiento deficiente de la operación, por parte del personal.

Si P,O 2 2 2 6 4 16 12 Serio Serio Capacitación adecuada

35Consumo de alcohol o drogas.

Si P,O 3 2 2 6 4 24 12 Grave SerioSupervisión constante. Estudios antidrogas (antidoping)

36Congelamiento de sistemas, equipos, tuberias, otros.

No - - - - - - - - - -

37Contacto con elementos agresores que afecten a personas.

No - - - - - - - - - -

38 Corrosión. No - - - - - - - - - -

39Cortes de correas- cables - piolas

No - - - - - - - - - -

40Choques- Volcamientos (accidentes de tránsito)

No - - - - - - - - - -


49

41Deficiencia en la vigilancia de los paramentros del proceso.

Si O 0 1 2 6 4 0 6 0 Serio

42Deficiencia en los sistemas de puesta en marcha y parada

Si O 4 2 2 3 4 32 6 Grave SerioBotones de encendido centrlizados y a la mano de los operarios

43Derrames de líquidos/ sólidos internos en la planta

Si O 4 2 2 3 4 32 6 Grave SerioSistemas de contención de líquidos ( albercas de contención)

44Derrumbes por excavaciones- demoliciones

No - - - - - - - - - -

45 Detención de equipo crítico Si O 4 2 2 3 4 32 6 Grave SerioBotones de encendido centrlizados y a la mano de los operarios

46 Enllampe- obstrucción Si O 0 1 2 2 0 0 2 0 Leve Programa de mantenimiento adecuado

47Exceso de fluido para un equipo o sistema.

Si BF,O 0 2 2 2 0 0 0 0 LeveEquipo de contención (tanques) para disminir la afectación.

48

Explosión por presencia de vapores, polvos o sobrepresiónes, en recipientes o redes.

Si P,C,BF,O, MA4 4 2 1 4 32 4 Grave Leve Sistema de enfriamiento de emergencia.

49

Exposición de las personas a agentes nocivos. Físicos Biológicos

Si P 1 1 2 3 4 8 3 Serio Leve Equipo de protección adecuado al proceso

50Falta de combustible para un proceso determinado (reservas en el área)

No - - - - - - - - - -

51Falta de destreza/habilidades por parte del operador

No - - - - - - - - - -

52Falta de energía electrica para un determinado proceso

Si O 0 1 2 6 0 0 6 0 SerioTener una planta de generadora de energía eléctrica

53Falta de iluminación o bajo estandar

No - - - - - - - - - -

54Falta de espacio para operar.

No - - - - - - - - - -

55Falta de espacio para mantención

No - - - - - - - - - -

56Falta de herramientas- dispositivos para intervenir los equipos o sistemas

Si BF,O 0 2 2 3 0 0 6 0 SerioAnalisis de herramienta necesaria y adquisición de herramienta adeuada.

57Falta de presión de aire comprimido para un proceso determinado

No - - - - - - - - - -

58Falta de protección a elementos moviles

No - - - - - - - - - -

59 Falta de repuestos críticos. No - - - - - - - - - -

60Falla en un componente o equipo

Si BF,O 0 2 2 4 0 0 8 0 Serio Asesoria de técnico especializado.


50

61Falla en los sistemas de control general del proceso.

No - - - - - - - - - -

62

Falla en los sistemas de seguridad del sistema o equipo.

Si P,BF,O 4 5 2 2 4 36 10 Grave Serio Mantenimiento preventivo

63 Falla en soldaduras. Si P,BF 4 5 2 2 4 36 10 Grave Serio Mantenimiento preventivo

64 Fallas topograficas. No - - - - - - - - - -

65Formación de atmósferas inflamables/ explosivas.

SiP,BF,C,O

4 5 2 2 4 36 10 Grave Serio Enfriamiento de emergencia.

66Fuga por uniones y empaquetaduras.

SiP,BF,C,O

4 5 2 2 4 36 10 Grave Serio Mantenimiento preventivo

67Golpear contra un objeto fijo o en movimiento.

Si P.O 2 1 2 5 4 16 5 Serio Serio Capacitación adecuada, equipo de protección.

68 Incendio. Si P,O 4 5 2 2 4 36 10 Grave SerioSensores de humo, sistema de rocio de sustancia contraincendios. Equipo

69Inestabilidad de equipos, estructuras, almacenamientos.

No - - - - - - - - - -

70 Ignición espontánea. SiP,C,BF,O

4 5 2 2 4 36 10 Grave Serio

Válvula de alivio de presión, sistema de enfriamiento de emergencia, paro automático de proceso.

71Ingreso a espacio confinado.

No - - - - - - - - - -

72Insuficiencia de fluídos de lubricación.

No - - - - - - - - - -

73Insuficiencia en fluídos refrigerantes.

No - - - - - - - - - -

74Lectura equivocada de instrumentos.

Si P,C,CF 4 5 2 2 4 36 10 Grave Serio

Tablero con digitos adecuados (tamaño de números o letras legibles), idioma adeacuado.

75 Liberación de energía. Si P,C,CF 4 5 2 2 4 36 10 Grave Serio Mantenimiento Adecuado76 Mantención deficiente. Si P,C,CF 4 5 2 2 4 36 10 Grave Serio Personal adecuado y técnicos adecuados.

77Mezcla de productos no deseados en procesos.

No - - - - - - - - - -

78 Neblina ácida. NO - - - - - - - - - -

79Prendimiento en un objeto.

SiP,C,BF,MA

4 5 2 2 4 34 10 Grave SerioEquipo contraincendios, mantenimiento adecuado.

80Proyección de partículas de polvo o líquidas (aerosoles).

No - - - - - - - - - -


51

81 Quedar atrapado en. si P,O 4 2 2 2 4 36 4 GraveLeve Capacitación de personal, ropa adecuada, paro de emergencia de proceso.

82 Resplandor. No - - - - - - - - - -83 Saturación. Si O 0 1 2 5 0 0 5 0 Serio Recipiente de contención.84 Ser golpeado por. Si P,O 2 1 2 5 4 16 10 Serio serio Capacitación y equipo de protección.

85Sobre presión en recipiente/red.

SiP,C,BF, O

4 5 2 2 4 36 10 Grave Válvulas de alivo

86 Sobreesfuerzo. No - - - - - - - - - -87 Stress físico/mental. Si P 2 1 2 6 4 36 10 GraveSerio Descanso entre la jornada laboral

88Temperaturas fuera de los estándares en sistemas, equipos o instalaciones.

SiP,C,BF,O

4 5 2 2 4 36 10 GraveSerio Válvulas de alivio

89 Ventilación bajo estándar. No - - - - - - - - - -

90 Visibilidad baja. No - - - - - - - - - -

91Contaminación Ambiental por RIL.

No - - - - - - - - - -

92Contaminación Ambiental por RIS.

No - - - - - - - - - -

93Contaminación del aire por gases-vapores-humos-aerosoles.

No - - - - - - - - - -

94 Despachos equivocados. No - - - - - - - - - -

95Manejo de Residuos Sólidos.

No - - - - - - - - - -

96Formación de productos secundarios, residuos o impurezas.

No - - - - - - - - - -

97Mezcla de productos desechados.

No - - - - - - - - - -

98Producto final contaminante-tóxico-agresivo.

No - - - - - - - - - -

99Producto final no cumple estándares.

No - - - - - - - - - -

100Ruido que afecte a la comunidad.

No - - - - - - - - - -

101 Actos de sabote. No - - - - - - - - - -

102Intromisión de personas ajenas al personas.

No - - - - - - - - - -

103 Robo de valores. No - - - - - - - - - -104 Vandalismo. Si O,BF 0 2 2 4 0 0 8 0 serio Sistema de seguridad (camaras)


52

Tabla 30. Análisis de riesgos por área de proceso y equipo.

ÁREA NODO VARIABLES CAUSAS CONSECUENCIAS COMENTARIOSACCIONES POSIBLES

ACCIONES FINALES

1Área de

preparación de Mp

Banda transporta-

doraCarga y velocidad

Exceso de carga de materia prima,

exceso de velocidad, falta de

mantenimiento

Variaciones en producción

(retrasos, sobre saturacion de

equipo).

Supervisión contante de

velocidad, control de peso de materia prima por unidad

de tiempo, programa de

mantenimiento adecuado.

Control de ingreso de materia prima.

2Área de

preparación de Mp

MolinoVelocidad de

corte (cuchillas)

Variacion de energia electrica, exceso de carga

Daño molino, ret raso de de producción

La variacion de energia electrica pude quemar el

motor del molino

Supervisón constante del

proceso, reportar variaciones al supervisor en

turno

Supervisión del encrgado en curso.

3Área de

preparación de Mp

UVVelocida del

fluido, diametro de la tuberia

Fallas en cálculo de tuberia,

taponamiento en tubería

La materia prima no es inocua, el

licopeno se degrada.

El licpeno es sensible a la

iluminacion y a la temperatura

Realizar cuidadosamente

los cálculos, mantenimiento a

la tubería para evitar

acumulación de materia prima.

Progama de mantenimiento adecuado.

4Área de

extracciónExtractor

Temperatura, velocidad de

agitación (velocidad de

giro de propelas) , flujo adecuado

de solvente.

Aumento en la temperaturara

(exceso de temperatura),

falla en control de temperatura, falta

de control en velocida de giro de

propelas.

Al elevarse la temperatura el

solvente se volat ilza, la

agitación no es la adecuada.

Co ntro l de tempera tura

(s ens o res en e l extrac to r), Sitema de

enfriamiento de emergenc ia ,

Supervis ió n de giro en revo luc io nes de

las pro pe la s .

Control de temperatura y de velocidad de giro de propelas.

Tabla de Nodos


53

5Área de

extracciónCentrifuga-dora

Carga de material,

residuos en centrifugadoras y velocidad de

giro de centrifugadoras.

Falta de control de entrada de

materia prima, adherencia de

material, control de

velocidad de giro.

Alteración en el proceso de

producción. Daño en equipo.

Sistema de control

adecuado (peso y desolojo de

material), sistema de control de velocidad.

Supervisión en residuos y control de velocidad.

6Área de

extracciónDesaerador

Flujo de entrada,

concentraciones a la entrada (exceso de

componente), presión de entrada al

desaerador.

Falta de control de entrada de

los componentes, Variación de la

presión.

Daño en el equipo,

variacion en calidad del producto.

Variaciones en la producción.

Control adecuado en los componentes.

Co ntro l adecuado en lo s

co mpo nentes , s upervis ió n de

pres ió n, revis ió n co ns tante de l

equipo , repo rte en variac ió n de

pres ió n.

Sensor de presión, reporte de variación al

supervisor.

7Área de

extracciónDecantador

Capacidad del decantador.

Tiempo de residencia del

equipo.

Derrame del producto, daño

en el equipo, variaciones en la producción.

El derrame puede causar

daños en equipos

aledaños.

Sensor de cantidad de

líquido, válvula automátizada de

paro del proceso.

Implementar válvula

automatizada de paro del proceso.

8Área de

extracción

Tanque con atmosfera

controlada de N2.

Presión (N2), tiempo de

residencia, flujo de carotenoides

Variación de la presión del gas,

variación de suministro de

licopeno

Explosión del tanque,

degradación de los

carotenoides.

El licopeno se degrada cuando

se expone al O2.

Válvulas adecuadas para

el sensor de presión, válvula

en el flujo del gas, revisión de

empaques.

Sistema de válvulas

9Área de

formulación de emulsiones

Tanque agitado.

Velocidad de la propela,

velocidad de flujo.

Falla mecánica en las propelas,

exceso de potencia en

bombas.

Mala agitación de la emulsión, baja calidad del

producto terminal, daño en bombas y

propelas

Producto fuera de estandáres.

Limpieza adecuada y programa

continuo de mantenimiento

a equipos.

Mantenimiento a equipos.

10

Área de envasado de envasado y

almacén

Secador por aspersión.

Flujos, temperatura.

Variación de la temperatura y de los flujos.

Baja calidad en el producto,

daño al equipo.

Pérdidas económicas.

Sensor de temperatura y

supervisión constante del

equipo.

Supervisión constante del

equipo.


54

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58

ANEXOS

Anexo A

PROPIEDADES DEL LICOPENO

El licopeno es un compuesto lipofílico soluble en cloroformo, hexano, benceno,

disulfuro de carbono, acetona y éter de petróleo e insoluble en agua, etanol y metanol. Es

un hidrocarburo de cadena abierta que contiene 11 dobles enlaces conjugados y dos no

conjugados con un arreglo lineal, tiene dos grupos metilo en la posición 1,6. Es un

antioxidante muy sensible a la luz, alta temperatura y oxígeno, causando su degradación. El

licopeno en forma de polvo es de color café-rojizo (Shi y Le Maguer y col., 2004). Sus

propiedades son:

Punto de fusión de 172-175°C

Fórmula molecular C40H56

Peso molecular: 536.85 g/mol

PROPIEDADES DEL β-CAROTENO

El β-caroteno es uno de los principales nutrientes que se encuentran en frutas y

verduras, es el principal precursor de la vitamina A, es un excelente antioxidante y estimula

al sistema inmune.


59

Anexo B

CUANTIFICACIÓN DE ÁCIDO ASCÓRBICO, LICOPENO Y β - CAROTENO

Ácido ascórbico (vitamina C)

El ácido ascórbico se preparó en un matraz Erlenmeyer en el cuál se colocaron

0.02g de ácido ascórbico, se diluyó con agua desionizada y se aforó a 100ml, a partir de

esta solución patrón se realizaron disoluciones y se determinó su absorbancia.

Tabla 31. Valores de la concentración de ácido ascórbico (vitamina C) y absorbancia.

Concentración (µg/mL) Absorbancia Promedio

2 0.130

4 0.232

6 0.327

8 0.435

10 0.551

12 0.645

14 0.745

16 0.863

18 0.963

Con base a los resultados en la Tabla 31 se determinó la curva de calibración del

ácido ascórbico (vitamina C).


60

Figura 19. Curva de calibración para Ácido Ascórbico (vitamina C).

β-Caroteno

Para el β- caroteno se realizó una muestra patrón con una cantidad de 5.10 x 10-4 g

de β-caroteno y se aforó a 100mL con hexano, a partir de esta solución se realizaron

diluciones y se determinó la absorbancia.

Tabla 32. Valores de la concentración de β-caroteno y absorbancia.

Concentración (µM) Absorbancia Promedio

1.881 0.096

6.860 0.232

11.875 0.376

16.854 0.514

21.870 0.655

26.886 0.789

31.901 0.944


61

Con base a los resultados que se muestran en la tabla 2 se determinó la curva de

calibración de β- caroteno.

Figura 20. Curva de calibración de β-caroteno.

Licopeno

Para el licopeno se pesaron 5.10 x 10-4 g de licopeno y se agregaron a un matraz,

que se aforó con hexano a 100 mL. A partir de esta solución patrón se realizaron diluciones

para después obtener la curva de calibración.

Tabla 33. Valores de la concentración de licopeno y absorbancia.

Concentración (µM) Absorbancia Promedio

1.881 0.096

6.860 0.232

11.875 0.376

16.854 0.514

21.870 0.655

26.886 0.789

31.901 0.944

Con base a los resultados se determinó la curva de calibración de licopeno.


62

Figura 21. Curva de calibración de licopeno.

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