Tabla de Contenido

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar

Volumen 46 - No. 3 – sept.-dic. - 2012 Metodología para la realización de ensayos de aptitud en el sector azucarero Proficiency test methodology for sugar industry Jesús Mesa-Oramas, Armando Perdomo-Morales, Fernando Fernández-Alvarez, Julián Rodríguez-López, Eduardo Casanova-Cabeza Obtención de biomateriales derivados de ácido láctico emplean-do métodos no convencionales de síntesis Obtainment of biomaterial derived of lactic acid using non-conventional methods of synthesis Adolfo Brown-Gómez, Humberto Vázquez-Torres, Cristian Jacques-Bolner, Liván Alba-Gutiérrez, Jorge L. García-González Organización para la puesta en marcha de una planta para la producción del bionutriente Fitomas –E Start up organization for a bio-nutrient Fitomas- E plant. Tania García-Martínez, José Villar-Delgado, Marlen Ramil-Mesa, Mabel Viñals-Verde, Marlén Lorenzo-Maíquez Producción de biodiesel a partir de microorganismos oleaginosos. Una fuente de energía renovable (Parte II: Microalgas) Production of biodiesel from oleaginous microorganisms. A source for renewable energy (Part II: Microalgae) Evelyn Faife-Pérez, Miguel A. Otero-Rambla, Amaury Álvarez-Delgado Absorción de hidrocarburos en columnas rellenas con bagazo: una solución sostenible Absorption of hydrocarbons in columns packed with bagasse: a sustainable solution Jorge Leiva-Mas, Pastora de la C. Martínez-Nodal, Guillermo Esperanza-Pérez, Iván L. Rodríguez-Rico, Carlos E. Gordiz-García Validación del uso de la levadura forrajera (Candida utilis NRRL Y-660), a partir de vinaza y miel en la fabricación de los sustitutos lecheros Validation of the use of fodder yeast (Candida utilis NRRL Y-660), from vinasses and molasses, in the production of a milk substitute Carmen Amarilys Guevara-Rodríguez, Víctor Rodríguez-Domínguez, Anais Rodríguez-Medina, Laura Rodríguez-Acosta Fitorremediación, una tecnología que involucra a plantas y microorganismos en el saneamiento ambiental Phytoremediation, a technology that involves plants and microoganisms in enviromental remediaton Jeannette Marrero-Coto, Isis Amores-Sánchez, Orquídea Coto-Pérez Implementación de un Sistema de Gestión de la Calidad en la Dirección de Biotecnología del ICIDCA Implementation of a Quality Management System in ICIDCA’s Biotechnology Division Grisel M. Ortega Arias-Carbajal, Grizel Delgado-Arrieta, Julio Santo-Tomas-Valdés, Evelyn Faife-Pérez, Felipe Eng-Sánchez

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Jesús Mesa-Oramas, Armando Perdomo-Morales, Fernando Fernández-Alvarez, Julián Rodríguez-López, Eduardo Casanova-Cabeza

Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de AzúcarVía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, La Habana, Cuba

jesus.mesa@icinaz.minaz.cu

RESUMEN

Se describe la metodología desarrollada para la organización y realización de Ensayosde Aptitud en los laboratorios de la industria azucarera cubana, la cual se basa en elenfoque de procesos, así como en los resultados alcanzados durante la realización deestos, en el periodo 1994 a 2011. Se aprecia un progresivo incremento en la participa-ción de laboratorios a partir de 2008.

Palabras clave: Ensayo de Aptitud, ensayos colaborativos, calidad.

ABSTRACT

This paper describes the developed methodology based on process approach for the orga-nization and execution of proficiency test within the Cuban sugar cane industry as wellas the results obtained for the 1994-2011 period. A sustained increase in participatinglaboratories is appreciated after 2008.

Keywords: Proficiency Test, collaborative test, quality.

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2012, vol. 46, no. 3 (sept.-dic.), pp. 3 - 11

INTRODUCCIÓN

Los ensayos interlaboratorios son verifi-caciones que se realizan en varios laborato-rios a la vez sobre una misma muestra,según lo establecido por la Oficina Nacionalde Acreditación de la República de Cuba(ONARC) (1) y la OrganizaciónInternacional de Normalización (ISO) (2).Así, es posible evaluar su aptitud (compe-

tencia) para realizar determinados análisisy, de obtener resultados satisfactorios,incrementar la confianza de sus clientes enla confiabilidad de los resultados emitidospor estos.

Por otra parte, la participación en estetipo de comprobación facilita la identifica-ción de problemas existentes en los labora-torios, ya sea con el instrumental o con losanalistas, a fin de darles solución.

En la práctica, existen varios tipos deensayos interlaboratorios, entre los quefiguran los siguientes:• Ensayo Colaborativo: Son ejercicios de

comparación de resultados analíticosentre laboratorios, en el que cada unoutiliza el método definido para analizaridénticas porciones de materiales homo-géneos, para evaluar las característicasde un método de análisis.

• Ensayo de Aptitud (EA): Es un ensayointerlaboratorio consistente de uno o másensayos realizados por un grupo de labo-ratorios sobre uno o más materiales idén-ticos, mediante cualquier método en usoen cada uno, con el objetivo de compararsus resultados con los de los demás paraevaluar o mejorar su funcionamiento.

• Ensayo de Certificación: Es un ensayointerlaboratorio en el cual un gruposelecto de ellos analizan a un presuntomaterial de referencia, mediante méto-dos considerados los más prometedorespara estimar los menores sesgos (diferen-cia entre los resultados esperados delensayo y un valor de referencia), encuanto a concentración o a alguna otrapropiedad y con las menores incertidum-bres asociadas, con el propósito de mejo-rar un valor de referencia de la concen-tración (o de alguna otra propiedad delanalito en el material).Tomando en cuenta los aspectos antes

mencionados, se describe la metodologíadesarrollada para la organización y realiza-ción del EA en el sector azucarero cubano,formulada inicialmente en el año 1994 ymejorada sucesivamente hasta el presente,con la discreta participación de laboratoriosextranjeros, así como con los resultadosalcanzados durante la realización de estos,en el período 1994 a 2011, donde se apreciaun sostenido incremento en la participación.

DESARROLLO

Requisitos para el desarrollo de un Ensayode AptitudAspectos generales

De acuerdo con las regulaciones interna-cionales establecidas (3), el Coordinador deun EA debe disponer de un Sistema deGestión de Calidad que garantice el cumpli-miento de un conjunto de requisitos, los

cuales pueden resumirse en los siguientesaspectos:• Avalar, en el proceso de preparación de

las muestras, su homogeneidad y estabi-lidad.

• Asegurar el adecuado procesamiento yconfidencialidad de los resultados.

Preparación de las muestrasPara realizar un ensayo interlaboratorio,

el centro coordinador deberá preparar ungrupo de muestras homogéneas del materialbase de análisis, las cuales se enviarán debi-damente codificadas a los laboratorios parti-cipantes.

Igualmente, las muestras (ítems) debendisponer de cantidades suficientes delmaterial base (en este caso azúcar crudo)para que en una determinada fecha, comúna todos los laboratorios, se les realicen losanálisis seleccionados por duplicado, en loque se conoce como réplicas.

Un segundo aspecto relacionado con losítems es que la cantidad de material basedisponible permita la realización de los ensa-yos previstos, pero no posibilite a los analis-tas participantes efectuar pruebas adiciona-les para validar los resultados obtenidos.

Este aspecto se garantiza, por ejemplo,en el caso de los EA donde se realizansimultáneamente a las técnicas analíticas dePol y humedad (4, 5) en azúcar crudo, alcolocar en cada ítem 190 g del materialbase, que como se ilustra en la tabla 1, pro-porciona un margen de cuatro gramos parapérdidas en las pesadas, pero no permiteninguna prueba extra.

HomogeneidadOtro requisito que deben satisfacer las

muestras, es que las mismas presenten lamayor similitud posible por lo cual, antesde enviarlas a los participantes, requierende una prueba de homogeneidad.

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Tabla 1. Cantidades requeridas de azúcar crudo para cada prueba

Ensayo Cantidad

(g)/ensayo Analistas Total

(g)

Pol 52 3 156 Humedad 10 3 30

Total 186

Para cumplir con esta exigencia, seseleccionan al azar entre 10 y 15 muestras yse les realizan los análisis como parte delensayo. Al concluir, se procede a la elimina-ción de los valores atípicos, medinate laaplicación de las dócimas de Cochran yGrubbs ISO (4). Se realizan los cálculosnecesarios para estimar la desviación típicaentre las muestras (SL), la cual se comparacon la desviación típica para la evaluaciónde la aptitud σ (repetibilidad del métodointernacionalmente aceptada, disponiblespara los ensayos de azúcar crudo) de formatal que si SL ≤ 0,3 σ, las muestras se consi-deran homogéneas.

EstabilidadOtro aspecto importante para garantizar

la validez de los resultados obtenidos en elEA es el relacionado con la estabilidad delas muestras desde su ela-boración hasta el momen-to de realización del EA.

Para la evaluación delcumplimento de este requi-sito se repiten, en tres oca-siones (antes de la fecha delEA, durante el período derealización del EA y poste-rior a la misma) en el labo-ratorio donde se elaboraronlos ítems, los análisis que seseleccionaron para el EA.

Estos análisis tienen lasmismas características quelas determinaciones reali-zadas para establecer lahomogeneidad de lasmuestras, excepto que serealizará a un número deestas entre 3 y 15. La mues-tra se considera estable sila diferencia absoluta entreel promedio general de lamagnitud ensayada en lasmuestras de estabilidad yel promedio general de lasmuestras de la prueba dehomogeneidad es menor oigual que 0,3 σ.

Procesamiento de losresultados

El procesamiento delos resultados reportados

por los laboratorios puede dividirse en dosetapas. En un primer momento, se procedea la determinación de valores anómalos(valores que se encuentran fuera del univer-so del experimento) y su exclusión de losdatos, para lo cual se utilizan las pruebasestadísticas de Cochran y Grubbs (simple ydoble) (6), según el algoritmo mostrado enla figura 1 (7).

Concluido el proceso de identificaciónde anómalos y eliminados los datos corres-pondientes a dichos laboratorios, se proce-de a calificar el desempeño de los laborato-rios cuyos resultados fueron aceptados deacuerdo con los criterios relacionados en latabla 2, que emplean con índice de discri-minación el estadígrafo Z-Score (6) definidoa través de la expresión:

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Figura 1. Diagrama de flujo. Detección de anómalos.

donde xi es el valor reportado por el labora-torio i-ésimo, en tanto:

y σ representan, respectivamente, el valormedio y desviación estándar de los valo-res indicados por todos los laboratorios.

Metodología para la organización y reali-zación de un Ensayo de AptitudEsquemas de procesos

La metodología desarrollada para larealización de los Ensayos de Aptitud sebasa en el Enfoque de Procesos (8), que enel caso del EA se puede representarmediante el esquema de la figura 2, dondese muestran los cuatro elementos que locomponen: entradas, salidas, registros yrecursos.

No obstante, dada la complejidad delproceso, resulta conveniente para su mejorcaracterización la división en cuatro sub

procesos: planificación, organización, reali-zación y evaluación, como se ilustra en lafigura 3.

Diagramas de Flujo del proceso del Ensayode Aptitud• Subproceso de Planificación

El subproceso de planificación es aqueldonde se realiza la planificación de lasactividades que deben ejecutarse en un EA.En la práctica las actividades de este sub-proceso son: selección de los laboratoriosparticipantes y de los ensayos a realizar,establecimiento de la fecha más conve-niente de acuerdo con la zafra, elaboracióndel programa del ensayo que incluye elcronograma de tareas y su envío a laONARC para su aprobación, las cuales semuestran en el Diagrama de Flujo de lafigura 4.

• Subproceso de OrganizaciónEl subproceso de organización es aquel

en el cual se desarrollan las actividades rela-cionadas con la preparación de las muestrasy abarca, desde la obtención del materialbase hasta la elaboración de las muestras ylas indicaciones a los participantes, las cua-les se detallan a continuación.

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Tabla 2. Criterios de calificación (1,6)

V alo r C a li fic a c ión

Satisfactorio

Cuestionable

No satisfactorio

Figura 2. Esquema general del proceso de Ensayo de Aptitud. Registros.

La primera acción es la elaboración delas indicaciones a los participantes, poste-rior a lo cual se procede a solicitar por partedel Coordinador del EA, a una o variasEmpresas Azucareras, la cantidad necesariateniendo en consideración el intervalo delos parámetros objeto de ensayo (bajo,medio y alto), así como que se conserven enun lugar apropiado donde no se afecten lasespecificaciones de calidad.

Una vez obtenido el material base, seprocede a la preparación de los ítems deensayo (seis muestras de azúcar para cadalaboratorio participante), los cuales seelaboran bajo la dirección del coordina-dor, para garantizar el cumplimiento detodas las condiciones que puedan afectarla integridad de la comparación interlabo-ratorios, según lo establecido (1). Se dedi-

cará especial atención a los aspectossiguientes:• Homogeneidad y estabilidad.• Utilización de utensilios y cristalería que

garanticen la no contaminación de lamuestra.

• Estabilidad de las muestras y condicio-nes ambientales.Es importante señalar que el sistema de

identificación único e inequívoco de lasmuestras, se garantiza a través del númerode la tarjeta que se le incorpora a cada unay cuya codificación solamente es de conoci-miento del coordinador del EA.

Otro aspecto de relevancia para asegurarla estabilidad de las muestras es su envasa-do. Esta característica tiene dos aspectos: elrelativo al proceso de preparación de lasmuestras individuales y otro asociado a su

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Figura 4. Diagrama de flujo. Subproceso de planificación.

Figura 3. Esquema de los subprocesos del Ensayo de Aptitud.

distribución. Para garantizar el primero,estas se envasan en bolsas plásticas cerra-das, para minimizar el contenido de aire.Para el traslado, se introducen las seismuestras que se enviarán al laboratorio par-ticipante en otra bolsa de nylon de tamañoadecuado, la cual es cerrada por la partesuperior con algún medio que permita abriry cerrar el envase todas las veces que seanecesario, sin sufrir deterioro.

De igual forma, en los sobres que contie-nen las muestras se envían las instruccionesde forma detallada, con las precisionessiguientes:• Número de muestras que debe recibir

cada laboratorio.• Análisis que se ejecutarán y las réplicas

que deben realizarse a cada uno de losmétodos considerados.

• Número máximo de analistas que pue-den participar en el ensayo, los cualesdeben estar vinculados a la realizaciónde los análisis. Igualmente, se especificael contenido que debe reportarse enobservaciones.

• Especificación de los resultados analíti-cos que emitirán los laboratorios partici-pantes.

• Se establece que cuando los analistasobtengan sus resultados, deben ser entre-gados al jefe de laboratorio, sin consul-tarlos con otros técnicos.

• Personal autorizado a dar la orden de ini-cio de la ejecución del ensayo o la fechade inicio.

• Período de tiempo durante el cual debenrealizarse los análisis.

• Cantidad de muestra enviada, la cual nopermite que los analistas seleccionados rea-licen análisis comprobatorios adicionales.

• A quién y cuándo se deben reportar losresultados analíticos de los laboratoriosparticipantes.

• Ejemplo hipotético de ensayo que especi-fique cómo debe el jefe de laboratorioenviar los resultados del EA.Después de preparados los ítems y evi-

denciado que son homogéneas las muestras,estas se almacenan y distribuyen a los labo-ratorios participantes, de forma tal que lle-

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Figura 5. Diagrama de flujo. SubprocesoOrganización.

Figura 6. Diagrama de flujo. Subprocesorealización.

guen con suficiente antelación al período derealización del Ensayo de Aptitud y sindeterioro de los envases.

En la figura 5 se muestra el Diagrama deFlujo de este proceso.

• Subproceso de RealizaciónEl subproceso de realización se corres-

ponde con las actividades relacionadas conel envío de las muestras a los laboratorios,la realización de los ensayos previstos, laspruebas de estabilidad de las muestras y elenvío de los resultados por parte de loslaboratorios participantes al Coordinador.La figura 6 muestra el diagrama de flujocorrespondiente.

• Subproceso de EvaluaciónEl último subproceso, el de Evaluación,

corresponde al procesamiento de los resul-tados y a la elaboración delos documentos del EA:Informe de Resultados a laONARC y reportes indivi-duales de los resultados alos laboratorios participan-tes.

Con los resultados obte-nidos del procesamientoestadístico, el coordinadordel EA elabora un informefinal. En él se señalan loslaboratorios con tendencias yerrores sistemáticos, losresultados analíticos atípicoseliminados por las dócimasestadísticas, la incertidum-bre, la repetibilidad y repro-ducibilidad del Ensayo deAptitud, así como la evalua-ción de los analistas y loslaboratorios.

Una vez concluido elinforme final de los resulta-dos del Ensayo de Aptitud,este se envía a la ONARCpara su aprobación.

Una vez aprobado por laONARC el informe final, seprepara una comunicaciónpor carta a cada laboratorioparticipante, en el que sedetalla el desempeño de sulaboratorio y de los analis-tas, y se señala si tuvo o no

tendencias o errores sistemáticos.Las actividades antes mencionadas pue-

den resumirse de la forma que se ilustra enel diagrama de flujo de la figura 7.

RESULTADOS

Una vez descrita la metodología desarro-llada, a continuación se desglosan los resul-tados obtenidos de su aplicación desde1994, divididos en dos categorías que sedetallan: metodológicos y organizacionales.

Aspectos metodológicosComo primer resultado de este trabajo,

se dispone del desarrollo de la metodologíaexpuesta, mejorada continuamente desde elcomienzo de su aplicación en 1994 hasta2011.

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Figura 7. Diagrama de flujo. Subproceso Evaluación.

Un segundo aspecto, no menos impor-tante, es que la metodología descrita ha sidoaplicada a ensayos físico-químicos enmuestras de azúcar crudo, no obstante lageneralidad alcanzada en su formulación,que se evidencia en la presentación realiza-da, permite su empleo en determinacionesde otros materiales base, propios del sectorazucarero tales como cal y azúcar refino uotras ramas como los ensayos de aguas.

En tercer lugar, como parte de la mejoracontinua, se han desarrollado cinco aplica-ciones sucesivas (YOUDEN, INTERLAB2000, ANALAB, INTERLAB y SAPEA), queutilizan las tecnologías de la informaciónpara la automatización del procesamientode los resultados del EA reportados por losparticipantes.

En el caso de YOUDEN, fue la primeraaplicación elaborada utilizando la hoja decálculo SUPERCALL, la cual realizaba loscálculos asociados a las pruebas estadísti-cas, pasando a una versión con un interfazde usuario más cómoda (INTERLAB 2000)desarrollada en lenguaje BASIC.

Esta aplicación solo fue utilizada en elaño 2000, pues se continuó su mejorapasando al ANALAB utilizada entre losaños 1998-2003 y permitía la realización delas pruebas de Cochran y Grubbs para deter-minar los valores anómalos.

Continuando la mejora del sistema, elprograma ANALAB se sustituyó por elINTERLAB desarrollado en MicrosoftACCESS y Visual Basic (Havasoft) a partir delconocimiento y experiencia aportado por elcolectivo del EA, el cual hacía más flexible lainterfaz con el usuario, al mismo tiempo queincorporaba los cálculos asociados a los algo-ritmos para la determinación de la homoge-neidad y la estabilidad de las muestras.

Finalmente, a partir de la zafra 2010-11se desarrolló, validó y comenzó a utilizarseen lugar del INTERLAB el SAPEA, el cualproporciona la misma información que elINTERLAB y además automatiza la emi-sión de los reportes de resultados a los par-ticipantes, tanto en el caso de los laborato-rios, como de los analistas y en cuya ela-boración solo utiliza las funciones estánda-res de la Hoja de Cálculo ElectrónicoMicrosoft EXCEL sin macros de VisualBASIC, lo cual permite que sea auditado ymejorado por personal con conocimientosbásicos de EXCEL.

Aspectos organizacionalesDesde el punto de vista del sector azu-

carero, la aplicación de la metodologíadesa-rrollada ha permitido la sistematiza-ción de la realización de Ensayos deAptitud en el sector azucarero de laRepública de Cuba, que ya suman 16, conuna participación de alrededor de 20 labo-ratorios hasta la zafra 2008-2009, a partirde la cual alcanza niveles de presenciasuperior al 90 % de los laboratorios delsector, tanto en analistas como entidades.En la zafra 2009 2010 se arribó a un máxi-mo de analistas (168) y de laboratorios(53), como se aprecia en la figura 8.

Otro aspecto a resaltar es la participa-ción, aunque discreta (entre dos y tres labo-ratorios), de entidades extranjeras en losúltimos cuatro años y más aislada en losanteriores, lo que unido al reconocimientopor parte de la ONARC de la categoría decoordinador, constituyen índices del reco-nocimiento alcanzado en esta actividad porel sector azucarero cubano.

CONCLUSIONES

Como conclusiones de este trabajo pue-den expresarse las siguientes:

Se elaboró una metodología, validada enla práctica durante 17 años, para el desarro-llo de Ensayos de Aptitud de azúcar crudoen el sector azucarero.

Dado el nivel de generalidad alcanzadoen la formulación de la metodología desa-rrollada, esta puede aplicarse a otras pro-ducciones del sector (cal, miel, alcohol,rones, agua de uso en el proceso y azúcarrefino) u otras ramas.

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Figura 8. Participación de los EA.

La mejora continua de la metodologíaha abarcado el desarrollo de cinco aplica-ciones (YOUDEN, INTERLAB 2000, ANA-LAB, INTERLAB y SAPEA) utilizando lastecnologías de la información para el pro-cesamiento automatizado de los resultadosreportados por los participantes, comoresultado de lo cual, en la actualidad se dis-pone de una versión en Microsoft EXCELque puede ser auditada y mejorada por per-sonal con conocimientos básicos deEXCEL.

Entre 1994 y 2011 se ha logrado la reali-zación de 16 Ensayos de Aptitud en el sec-tor azucarero, con una participación supe-rior al 90 % de los laboratorios del sector,tanto en analistas como en entidades. En losúltimos tres años se constató una discretapresencia internacional de estas últimas.

Los resultados de los Ensayos de Aptitudpueden ser utilizados como herramientasdel control interno y para la evaluación deldesempeño de los analistas y los laborato-rios de las entidades participantes.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. Ensayos de Aptitud. Metodología de tra-bajo para la organización y desarrollo de

comparaciones interlaboratorios, Cuba,ONARC, 2007.

2. NC ISO/IEC 17025:2006 Requisitos gene-rales para la competencia de los labora-torios de ensayo y calibración +Corrigendum técnico 1: 2006.

3. NC ISO/IEC 17043:2010, Evaluación dela conformidad - Requisitos generalespara los ensayos de aptitud.

4. NC 83:2000. Determinación del Pol enAzúcar. Método polarimétrico.

5. NC 81:2000. Determinación de laHumedad en Azúcar Crudo. Método gra-vimétrico.

6. NC ISO/IEC 5725-2:1994 Accuracy (true-ness and precision) of measurementmethods and results - Part 2: Basicmethod for the determination of repeata-bility and reproducibility of a standardmeasurement method.

7. International Commission for UniformMethods of Sugar Analysis, Report of theProceedings of the Twentieth Session, p.158, Colorado Springs, june 1990.

8. NC ISO/ 9001:2008. Sistemas de gestiónde la calidad - Requisitos.

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Adolfo Brown-Gómez1, Humberto Vázquez-Torres2, Cristian Jacques-Bolner3, Liván Alba-Gutiérrez1, Jorge L. García-González1.

1. Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de AzúcarVía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, La Habana, Cuba

adolfo.brown@icidca.edu.cu2. Universidad Autónoma Metropolitana (UAM).

Prof. Canal de Miramontes No. 3855, col. Ex-Hda. San Juan de Dios del Tlalpan,México, DF.

3. Universidad Estadual Paulista, UNESP, Río Claro, Brasil

RESUMEN

Se estudiaron nuevos métodos para la síntesis de ácido poliláctico empleando irradia-ción ultrasónica y de microondas. Los resultados alcanzados permitieron disminuir lostiempos de reacción sin el empleo de catalizadores metálicos, con rendimientos entre 85-90 %. Se obtuvieron dos productos cuyas masas moleculares superaron los 6000 Da,caracterizados por FTIR, RMN y DSC. Se constató un comportamiento típico de la estruc-tura de los polilactatos. Este último análisis demostró la correlación entre las tempera-turas de fusión y transición vítrea registradas con la proporción de cristalinidad alcan-zada para el producto final. Adicionalmente, estos resultados sugieren la necesidad deperfeccionar el método de separación, concentración y purificación para el AL(D-) pro-ducido por fermentación mediante el uso de fuentes renovables de energía como los car-bohidratos.

Palabras clave: ácido láctico, síntesis no convencional, irradiación ultrasónica y micro-ondas.

ABSTRACTNew methods were studied for the synthesis of poly-lactic acids using the ultrasonic irra-diation and of microwaves. The reached results allowed to reduce the reaction timewithout the use of metallic catalysts, with yields between 85 to 90 %. Two products wereobtained both with molecular weights above 6000 Da. These products were characteri-zed by FTIR, RMN and DSC, showing the typical structure of the PLA. This last analysisdemonstrated the correlation between melting and vitreous temperatures and crystalli-nity proportion in final product. In addition, these results suggest that separation, con-centration and purification steps for AL (D-) produced by fermentation have to be impro-ved by means of renewable sources like carbohydrates.

Keywords: lactic acid, unconventional synthesis, ultrasonic irradiation and microwave.

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2012, vol. 46, no. 3 (sept.-dic.), pp. 12 - 20

INTRODUCCIÓN

El ácido láctico (AL) o 2 hidroxi-propió-nico [C3H6O3] es un ácido orgánico que seencuentra en la naturaleza en sus formasL(+) o D(-). El ácido láctico es un ácido car-boxílico, con un grupo hidroxilo en el carbo-no adyacente al funcional, lo que lo convier-te en un ácido α-hidroxílico. En soluciónpuede perder el hidrógeno unido al grupocarboxilo y convertirse en el anión lactato.Tiene una masa molar de 90,08 g/mol.

Muchos autores han utilizado para la sín-tesis de polilactatos ácidos de Lewis comocatalizadores (sales de estaño, óxido hierro,ácido bórico), en tanto otros han incluidosustancias como el ácido p-toluensulfónico yel alcohol polivinílico. El objetivo siempre hasido obtener derivados de ácido láctico opolilactatos (PLA) de alto peso molecular. Lamayoría de estos métodos utilizan reaccionesdrásticas, alto vacío y dejan trazas de metalespesados en la composición de los nuevosmateriales, aspecto que se revierte a largo omediano plazo en daños ecológicos o para elorganismo humano.

Estas reacciones presentan inconvenien-tes desde el punto de vista práctico, ya quepara la obtención de macromoléculas dealto peso molecular se hacen necesarios lar-gos tiempos de reacción, pero tambiéndemandan la implementación de un sistemaeficaz para eliminar el agua desprendidadurante el proceso de síntesis (1, 2).

En este estudio, las reacciones involu-cradas en el proceso de síntesis del PLA cla-sifican dentro de las denominadas reaccio-nes de policondensación.

El AL (90 %) es fuertemente higroscópi-co y la presencia de dos grupos funcionalesen su estructura (-OH, -COOH) justificansu marcada tendencia a formar dímeros ypolímeros de AL con gran facilidad. Sereporta que la temperatura de transiciónvítrea de algunos PLA está en un rango

entre 50 y 80 ºC, mientras que la tempera-tura de fusión se mueve en un intervalo quepuede abarcar de 130 a 180 ºC en funcióndel largo de la cadena.

Como parte del trabajo investigativorelacionado con los derivados del AL sediseñaron y sintetizaron diferentes PLA par-tiendo del AL (mezcla racémica isómerosDL y el AL isómero L+) variando los méto-dos de síntesis. Los nuevos métodos incor-poran la influencia de ondas ultrasónicas(IU) y de microondas (MO), con el objetivode minimizar los tiempos de reacción yobtener mejores resultados sintéticos quelos que aparecen reportados por algunosautores en la literatura consultada (3-6), apartir de métodos tradicionales y garantizar,además, condiciones de reacción menosdrásticas y más controladas.

Muchos de los plásticos tradicionalesson polímeros demasiado largos y compac-tos como para ser atacados y degradados.Las potencialidades de los PLA y sus copo-límeros en el campo medicinal, farmacéuti-co y alimenticio abarcan desde el empleo dedispositivos quirúrgicos, tales como lasfibras sintéticas para suturas reabsorbiblespor el organismo y su capacidad para for-mar películas, hasta su posible uso en siste-mas de liberación controlada a partir demicroesferas.

Todas las ventajas unidas a la biodegra-dabilidad de los PLA justifican el estudio ydesarrollo de estos nuevos materiales y laimportancia de evaluar su obtención a par-tir de sustratos azucareros.

Los trabajos llevados a cabo en elDepartamento de Polímeros del ICIDCA evi-denciaron materiales con diversas morfolo-gías, caracterizados por EspectroscopíaInfrarroja (FTIR), Resonancia MagnéticaNuclear (RMN), Calorimetría Diferencial deBarrido (DSC) y masa. Aportaron informa-ción valiosa sobre parámetros que poten-cian la posible formación de PLA y suempleo como biomateriales. Diferentes pro-piedades de los PLA como el punto defusión, la resistencia mecánica y su cristali-nidad están determinadas por la arquitectu-ra del polímero (contenido de L, D lacturosy meso-lacturo) y por su peso molecular.

Paralelo a este trabajo de obtención dePLA, un grupo de investigadores de laDirección de Biotecnología optimiza laobtención y purificación de AL obtenido a

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Figura 1. Transformación del ácido lácticoen PLA.

partir de los sustratos azucareros comofuentes de bacterias lácticas D (-). Paralograr su objetivo, emplean la sacarosacomo fuente de carbono y el extracto delevadura como fuente de nitrógeno orgánicoseleccionando una cepa adecuada paragarantizar la formación del AL D (-). La fina-lidad común de ambos grupos de trabajo esllegar a producir un PLA a partir del AL(D-)obtenido por vía fermentativa a partir deestos sustratos, luego de lograr niveles depureza adecuados para la formación delpolímero. El isómero D(-) del AL no es asi-milable por el organismo humano; sinembargo, su polímero (el PLA) presentaexcelentes propiedades físico-mecánicas ycarácter biodegradable (2). El trabajo radicaen diseñar varias rutas sintéticas a partir delas potencialidades que brindan la IU y deMO, seleccionando la vía más adecuadapara la síntesis de PLA en condicionesmenos drásticas que las reportadas hasta elmomento a partir de métodos tradicionales.

MATERIALES Y MÉTODOS

Como métodos de síntesis empleadospara la obtención de los PLA figuraron: 1. Irradiación ultrasónica (IU, figura 2)

Elma Transsonic T 460/H, frecuencia 35kHz.

2. Síntesis asistida por microondas (M.O,figura 3). (Microwave System MLSGMBH, MILESTONE).

Dentro del estudio se comparó la efi-ciencia de los procesos y los tiempos dereacción, teniendo en cuenta que en traba-jos similares para la obtención de PLA, los

tiempos reportados oscilan entre 10 y 30horas para lograr buenos rendimientos, encondiciones de reacción mucho más drásti-cas (2, 7, 8).

Se utilizó un AL (DL) Fluka FEINBIO-CHEMICA GmBH, HEIDELBERG,Alemania, con 90 % de pureza, AL (L+)Panreac con una pureza entre 88-90 %.

Se incluyó dentro del proceso de síntesisuna carbodiimida, compuesto orgánicocaracterizado por el grupo funcionalRN=C=NR. Las carbodiimidas se hidratanfácilmente formando ureas, lo que las haceraras en la naturaleza y muy útiles en losprocesos de síntesis donde se requiere eli-minar agua. La N,N'-diisopropilcarbodiimi-da (DIC, figura 4) fue desarrollada como unaalternativa a la diciclohexilcarbodiimida(DCC), es funcionalmente idéntica a estaúltima, pero presenta algunas ventajas queamparan su selección:• Al ser un líquido, la DIC es más fácil de

manipular que la DCC (que es un sólidocerúleo).

• El producto N,N'-diisopropilurea es solu-ble en solventes orgánicos y se eliminafácilmente por extracción. De ahí que laDIC se use más frecuentemente en sínte-sis en fase sólida.

• La DIC tiende mucho menos a ocasionarreacciones alérgicas que la DCC.

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Figura 2. PLA por IU.

Figura 3. PLA por MO.

Figura 4. Estructura de la N,N'-Diisopropilcarbodiimida (DIC).

La DIC no solo es un reactivo activante,sino que además su transformación en dii-sopropilurea elimina el desprendimiento deagua. Este es un punto muy importante, yaque precisamente el rendimiento de estasreacciones se ve afectado por la formación ypresencia del agua.

Buscando otra ruta sintética estudiamosla síntesis del AL con alcohol polivinílico(PVA, figura 5) teniendo en cuenta que fir-mas como DuPont comercializan actual-mente ELVANOL. El acetato de polivinilo oPVA, más conocido como cola o adhesivovinílico, es un polímero obtenido mediantela polimerización del acetato de vinilo. Parapreparar alcohol de polivinilo se usa lahidrólisis del polímero (ya sea parcial ototal).

Método general de síntesis de PLACon el empleo de la IU y de MO las rela-

ciones molares no varían, debido a esto seexpone aquí el método general de síntesisde homopolímeros de AL, PLA-DL y PLA-L(+).PLA-DL: AL (DL) + DIC + benceno (Método

IU y MO)PLA-L(+): AL (L+) + DIC + benceno

(Método IU y MO)PLA-L(+): AL L(+) + PVA (Método IU y

MO)

Descripción de la metodología síntesisEn un balón de 100 ml equipado con

trampa de Dean-Stark, se mezclan 10 ml(0,12 mol) de AL, 12 ml de benceno, 20 ml(0,12 mol) trietilamina y 8 ml (0,2 mol) deDIC. El producto obtenido se filtra y selava con agua fría. A continuación, enhorno de microondas, la síntesis se realizaa 80 °C y se energiza durante 30 min apotencia 500 W. La policondensación deAL por IU de reflujo se sitúa sobre un bañoultrasónico, pero el tiempo de reacción esde 8 horas. En la síntesis de PLA utilizan-

do PVA se emplea un balón con agitaciónmagnética, se adicionan 2,5 ml de AL (L+)y 2,2 g de PVA. Se programa la síntesis deMO estableciendo los siguientes paráme-tros (500 W, 50 °C, 10 min).

Para el desarrollo de los ensayos porEspectroscopía Infrarroja se utilizó un(FTIR 4100 Tipo A, JULABO) resolución4 cm-1 provisto de detector TGS. El rangoanalizado fue de 3500-600 cm-1.

Resonancia Magnética Nuclear (RMNBRUCKER, 1H y 13C) 250 mHz, DMSO deu-terado.

Los estudios de DSC se desarrollaron enla Universidad Autónoma Metropolitana deMéxico (UAM) con la ayuda de unCalorímetro Diferencial de Barrido (DSC,2920 de TA Instruments), con temperaturamodulada (1,062 °C de amplitud de modu-lación en temperatura, período de 40 s,velocidad de calentamiento de 10 ºC/min yflujo de nitrógeno de 50 ml/min).

Los estudios preliminares de masa se lle-varon a cabo en la UNESP, Río Claro, Brasil,con el empleo de un equipo ShimadzuBiotech, sistema MALDI-TOF.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El término de la reacción se verifica conla aparición de un sólido cristalino casiincoloro que, al ser caracterizado por FTIR yRMN, reporta señales que indican la pre-sencia de los grupos característicos en loshomopolímeros sintetizados.

El PLA puede obtenerse por condensa-ción directa del AL o bien por polimeriza-ción tras la apertura del anillo de L-lactida.Puesto que la condensación es una reacciónde equilibrio, existen dificultades para eli-minar cierta cantidad de agua durante lasúltimas etapas de la polimerización a lahora de obtener un PLA, lo cual limita elpeso molecular de los PLA obtenidos coneste método.

El nuevo procedimiento estudiado hapermitido alcanzar rendimientos que osci-lan entre el 85-90 % aplicando IU y de MO,tiempos de reacción de 8 horas para la sín-tesis asistida por IU y de 30 min para la MO,reducción notable respecto a los tiemposreportados en la literatura que oscilan entre8 y 30 horas, incluyendo la reducción hasta80 °C de la temperatura a la cual se logran

15

Figura 5. Alcohol poli-vinílico PVA.

los PLA. La sustitución de catalizadoresmetálicos por la DIC, además de activar lareacción permitió su transformación en dii-sopropilurea al eliminar agua e incrementarel rendimiento final del proceso de síntesis(figuras 6 y 7).

Las propiedades cristalinas observadasen los productos pueden ser atribuidas a laconfiguración molecular. Por ambos méto-

dos y para las reacciones de obtención dePLA(DL) y PLA(L+), se forman materialesparcialmente cristalinos; sin embargo, esválido destacar diferencias entre unos yotros productos en dependencia del AL departida y el método de síntesis involucradodurante el proceso de síntesis.

Para el PLA-DL: AL(DL) + DIC + bence-no, se muestra por IU una menor cristalini-dad que cuando se sintetiza por MO, lo cualpuede tender a la mejor formación de filmes].

Para el PLA-L(+): AL(L+) + DIC + ben-ceno (Método IU y MO), se muestra por MOuna variación en el porcentaje de cristalini-dad con respecto al PLA-DL obtenido porIU, debido a que el PLA sintetizado a partirde AL (L+) tiende a comportarse con mayorcristalinidad, teniendo en cuenta su estere-oregularidad (37 % o más en los reportesconsultados).

Las tablas 1 y 2 resumen las asignacio-nes características por FTIR y RMN.

Otra ventaja de los métodos de síntesisestudiados fue que no se emplearon exce-sos de disolventes. Esta última condición sibien favorece que la reacción ocurra másrápidamente, puede limitar que se alcancenelevadas masas moleculares en algunoscasos, pues una vez que se ha llegado a cier-to valor crítico de viscosidad, la reacción nopuede continuar.

Tomando en consideración reportes con-sultados (2, 7, 8) y los termogramas alcan-zados por DSC empleando ambos métodos,seleccionamos algunos de los productosfinales (PLA) con el fin de comparar losresultados que muestran los DSC. El termo-grama de la figura 8 evidencia para el PLAobtenido a partir de AL (L+) y DIC por IU,

una transición endotérmica porencima de los 150 °C hasta los188,83 °C, temperatura a la cual seregistra una fusión (Tm) con des-composición de la muestra.

El valor elevado de Tm indicauna mayor rigidez en la cadena y

demuestra que conformeaumenta la cristalinidaden el polímero se incre-menta su resistencia alcalor. Todo parece indicarque la estereoregularidaddel AL (L+) y posiblemen-te, su mejor empaqueta-miento cristalino, son las

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Tabla 1. Asignación de grupos funcionales característicos

Técnica. C = O -C O O R -CH3 -C H FTIR (cm-1) 1742 1225 2986 2363

Tabla 2. Asignaciones características por RMN de la unidad lactato

Técnica. CH3a CH3

b -CH a -CH b -COO RMN 1H 1,02 1,15 3,85 4,75 - RMN 13C 22,52 23,40 40,73 43,73 169,85

a Unidad 2- hidroxil terminal. b Unidad lactato.

Figura 6. PLA DL con DIC (UI).

Figura 7. PLA DL y L(+) con DIC (MO).

causas del valor elevado de la cristalinidad(47,88 %).

La estructura táctica es importante parala determinación de las propiedades de unpolímero e influye también en la tendenciadel polímero a cristalizar. Si tenemos encuenta que incluso los polímeros cristalinospresentan alguna porción amorfa, estoexplica por qué una misma muestra puedeexperimentar valores asociados a su tempe-ratura de transición vítrea (Tg) y a su tem-peratura de fusión (Tm), sin que esto impli-que que las cadenas que funden sean lasmismas que experimenten Tg. Los resulta-dos del análisis sugieren que la fracciónamorfa del producto obtenido es en extremopequeña o inexistente (cadena principalmuy rígida), así no es registrada en las con-diciones de la síntesis con DIC, la Tg delmismo. De existir esta en una proporciónsignificativa, se habría detectado la transi-

ción vítrea propia de la estructura amorfadel polímero.

Este mismo análisis fue repetido para lamuestra de PLA: AL(DL) + DIC + benceno[IU]. Los resultados se muestran en la figu-ra 9.

El D,L-poliláctico es un polímero queadopta una estructura amorfa, ya que estáconstituído por las dos formas isoméricasdel ácido láctico. Como se puede apreciar,se registra un cambio en la capacidad calo-rífica del polímero y en el calor latente defusión. La Tm de este PLA se registra en unatransición endotérmica hacia los 127,62 °C;disminuye la proporción de cristalinidaddel producto hasta 7,216 %, lo cual eviden-cia un polímero que incorpora una mayorfracción amorfa que el anterior. En estecaso, se exhibe una sola transición en unrango de temperatura más estrecho para latransición de primer orden.

Cuando se analiza la variante de la sín-tesis del PLA (L+) con PVA (por IU y MO),se logra registrar una Tg hacia los 19,31cuando el método de síntesis utilizado es laMO (figura 10). Este cambio viene indicadopor un aumento de la capacidad calórica delPLA obtenido por encima del valor de la Tg,debido a que la transición vítrea involucraun cambio en la capacidad calorífica, perono un calor latente por constituir una tran-sición de segundo orden.

Sin embargo, la cristalinidad final alcan-zada por MO no permite que se registre unaTg para el PLA(L+), lo cual indica un mayorporcentaje de cristalinidad que el logradopor IU. Esto se evidencia en la figura 11.

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Figura 10. DSC del producto PLA: AL(L+)+ PVA [IU y MO].

Figura 8. DSC del producto PLA: AL(L+) +DIC + benceno [IU].

Figura 9. DSC del producto PLA: AL(DL) +DIC + benceno [IU].

La mayoría de los polímeros que cristali-zan son semicristalinos, con cristalinidadmás o menos elevada en función de suestructura química y existe un orden a nivelmolecular y supramolecular (estructurascristalinas formadas por agrupamiento demuchas cadenas, la denominada morfologíacristalina).

Este resultado fue corroborado por análi-sis termogravimétrico (ATG), donde en elintervalo de temperatura que se registra latransición en DSC asociada a un salto en elcalor específico (Cp= 0,1382 J/g), no seobservan cambios o pérdidas de masa enATG. Esta temperatura supera la del AL (D-)obtenido a partir de sustratos azucareros(concentrado entre 80-85 %) cuyo valor deTg resulta inferior. Esto se observa en lafigura 12, lo cual indica que se está en pre-sencia de un polímero más flexible.

Este resultado orienta a perfeccionar elmétodo de separación, concentración y

purificación del AL(D-) obtenido por vía fer-mentativa.

A partir de la colaboración establecidacon la UNESP, Brasil, se pudieron ensayaralgunas muestras para la determinación dela masa molecular de los PLA sintetizadospara definir su posible prestación futura. Seconoce que las mejores propiedades encuanto a la resistencia física y química deun polímero se alcanzan a valores elevadosde su peso molecular. Es por esto que a par-tir de macromoléculas formadas con un altogrado de polimerización, puede resultar unavía más segura para obtener materiales conestas propiedades. Las figuras 13 y 14muestran los valores de la relación m/z yevidencian una masa molecular promedioque demuestra la formación del polímero(6633 y 6327 Da).

La afirmación anterior puede observarsecon la aparición de un pico muy ancho quese extiende entre 5000 y 9000 Da, con máxi-mos en 6632 y 6327 Da, respectivamente.Este pico indica polimerización y nos orien-ta a continuar optimizando estas nuevasmetodologías de síntesis. Ambos PLA exhi-

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Figura 11. PLA a partir de AL(L+) y PVA.

Figura 12. DSC del producto AL (D-) obte-nido por fermentación (80-85 %).

Figura 13. Determinación de peso molecu-lar por el sistema MALDI-TOF.

Figura 14. Determinación de peso molecu-lar por el sistema MALDI-TOF. PLA: AL (DL)+ DIC+ benceno [IU].

ben masas molares comparables al reportede algunos autores.(9)

También pudimos corroborar que para elcaso del PLA obtenido a partir de AL (L+)con PVA por IU, no se logra un polímero dealta masa molecular (figura 15), aspecto quese evidencia con la no aparición de unmáximo de polimerización y que explica elbajo valor de Tg reportado (19,31 ºC), cuan-do esa misma muestra fue analizada porDSC en la figura 10, aunque tengamos encuenta que el hecho de que aparezca unaTg, involucra movimientos de cadena mole-cular entre 50-100 átomos.

Se debe tener en cuenta que en los mate-riales poliméricos un pequeño cambio en laestructura puede significar un notable cam-bio en la Tg, pues la flexibilidad del mate-rial polimérico depende del movimientosegmental de rango largo y este movimientose detiene cuando la temperatura cae pordebajo del valor de Tg.

CONCLUSIONES

1. Se logran condiciones menos drásticas yreducciones apreciables en los tiemposde reacción para la obtención de PLA,empleando como métodos de síntesis lairradiación ultrasónica (8 horas) y de MO(30 min) con rendimientos satisfactoriosentre 85-90 %

2. La sustitución de catalizadores metálicospor la DIC demuestra ser apropiada yaque, además de activar la reacción, mejo-ra los rendimientos alcanzados cuandose transforma en diisopropilurea elimi-nando agua.

3. Las señales asignadas han mostrado lapresencia de grupos característicos de lasunidades de lactato como son: -CH, -CH3y los grupos -COOR (FTIR), lo cual con-firma la presencia de estos grupos en lamolécula de los polímeros por RMN 1H y13C particularmente en la zona corres-pondiente a los 169,85 ppm. Esta últimaes de gran importancia porque permiteestimar la formación del grupo éster delpoli-lactato.

4. El PLA obtenido a partir de DIC + AL(L+) + benceno evidencia por MO unincremento en el porcentaje de cristalini-dad con respecto al PLA-DL obtenido porIU, gracias a la estereoregularidad del AL(L+).

5. Se logran relaciones m/z para dos mues-tras de PLA que evidencian pesos mole-culares adecuados para su posibleempleo en biomateriales.

RECOMENDACIONES

• Perfeccionar el método de separación,concentración y purificación del AL (D-)obtenido por vía fermentativa, para suempleo en la formación de PLA, bajo lascondiciones de reacción desarrolladas.

• Trabajar en la formación de PLA utilizan-do solventes como el tolueno.

AGRADECIMIENTOS

Se agradece a los Doctores HumbertoVázquez, de la UAM y a Cristian Jacques, dela UNESP, el apoyo brindado para la correc-ta caracterización de los PLA, así como losciterios aportados a partir de sus experien-cias personales en la temática de materialespoliméricos.

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Figura 15. Determinación de peso molecu-lar por el sistema MALDI-TOF. PLA: AL(L+)+ PVA [IU].

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Tania García-Martínez, José Villar-Delgado, Marlen Ramil-Mesa, Mabel Viñals-Verde, Marlén Lorenzo-Maíquez

Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de AzúcarVía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, La Habana, Cuba

tania.garcia@icidca.edu.cu

RESUMEN

La puesta en marcha de una planta constituye la etapa final en la culminación de unainversión. Su preparación y organización son fundamentales para el éxito de la misma.Se describe la organización de la puesta en marcha de una planta para la produccióndel bionutriente FitoMas-E, mediante varios programas elaborados. Se utilizó la herra-mienta Mindmanager X5 para organizar el trabajo.

Palabras clave: puesta en marcha, FitoMas-E, inversión industrial.

ABSTRACT

A plant starting up of constitutes a final stage of an inversion process; its preparation andorganization are fundamentals for the success of this stage. In the present paper start uporganization for a bio-nutrient FitoMas-E plant, using several programs prepared for thispurpose was described. Mindmanager X5 software was used for work organization.

Keywords: plant start up, FitoMas-E, industrial inversion.

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2012, vol. 46, no. 3 (sept.-dic.), pp. 21 - 25

INTRODUCCIÓN

El FitoMas-E es un bionutriente para laagricultura (1) que estimula y vigoriza a lasplantas desde la germinación hasta la fructi-ficación. Estimula el desarrollo de las raíces,tallos y hojas, y mejora también la nutrición,la floración y el cuajado de los frutos.Frecuentemente reduce el ciclo del cultivo eincrementa el rendimiento. Este producto se

aplica en cualquier fase fenológica del culti-vo: germinación, semillero, vivero, fase decrecimiento vegetativo, prefloración, forma-ción y cuajado del fruto. Puede usarse sobrelas más variadas especies botánicas: caña deazúcar, frutales, granos, cereales, tubérculosy raíces, plantas medicinales, tabaco, remo-lacha, hortícola de fruto (tomate, pimiento,pepino, melón, sandia), hortícola de hoja(col, lechuga, apio), frutales tropicales

(banano y plátano, papayo, piña), oleagino-sas y leguminosas en general, forestales, pas-tos, ornamentales y flores.

El ICIDCA cuenta con una instalaciónpara la producción de este bionutriente.Para lograr su funcionamiento adecuado fuenecesaria una etapa de puesta en marcha.Durante esta etapa se comprueban las con-diciones de los equipos, la hermeticidad delas líneas, los servicios auxiliares, el funcio-namiento de la instrumentación y de los sis-temas de control. Se realizan las reparacio-nes y modificaciones necesarias, se com-prueba si se alcanza la capacidad de pro-ducción prevista y se capacita al personalque laborará en ella (2-4).

La organización de la puesta en marchaes fundamental para su éxito.

DESARROLLO

Para la organización de la puesta en mar-cha se elaboró un plan general que se mues-tra en la figura 1. Se utilizó el softwareMindmanager X5, que es una herramientaútil para organizar el trabajo en grupo yseguir el cumplimiento de los objetivos enel tiempo planificado.

Para la organización de la información seestableció un centro de información y docu-mentación, que permitió organizar toda lainformación disponible en torno al proyecto,la planta, los equipos y la puesta en marcha,así como un acceso rápido a dichos datos.

Se elaboraron los procedimientos nor-malizados de operación, que permiten reali-zar las actividades necesarias para cada pro-

ceso y llevar a cabo los ensayos de laborato-rio. Se elaboraron los modelos de registrosque proporcionan las evidencias de las acti-vidades que se ejecutaron.

Para la formación del personal se elabo-ró un programa de entrenamiento, queincluyó la capacitación teórica y prácticaen la planta. En la capacitación teórica seimparten cursos sobre la descripción de laplanta, el equipamiento, el proceso, laautomatización, la operación, aspectossobre seguridad del trabajo, aspectos degestión de la calidad y manuales de opera-ción. Para cada área de trabajo se impartencursos específicos. Durante la capacitaciónpráctica se entrena al personal en la opera-ción de los equipos, el proceso, las medi-das de seguridad, emergencias y cómoactuar.

En esta etapa se deben garantizar losrecursos para la puesta en marcha, comoson la disponibilidad de las materias primasy materiales necesarios, piezas de repuesto,entre otros.

Durante la organización del laboratoriose comprobó la existencia del equipamientonecesario, reactivos, medios de protección yla documentación exigida (manual de técni-cas analíticas, documentación de calidad).Se realizó la verificación y calibración delos equipos de medición.

Para la puesta en marcha de las unidadesde proceso, los servicios auxiliares debenestar disponibles, por lo que estos debenponerse en marcha primero (2). Para ello seelaboraron programas para la revisión de lainstalación del equipamiento, de los acceso-rios y de la instrumentación necesaria de

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Figura 1. Esquema del plan general para la puesta en marcha.

los servicios auxiliares, así como de lastuberías y accesorios para el transporte delos mismos hacia el área de producción.

Una vez concluida la revisión se elaborael informe correspondiente donde se resumentodos los elementos revisados, se reflejan lasdificultades encontradas y se proponen solu-ciones. Posteriormente se verifica el funcio-namiento de estos servicios, o sea, el funcio-namiento de los equipos, la instrumentacióny la hermeticidad de las tuberías para el trans-porte hacia el área de producción.

Con vistas a la puesta en marcha de losprocesos se elaboró un programa que seaprecia en la figura 2.

Este programa permitió la arrancada dela instalación y detección de dificultadespresentadas en esta etapa.

El programa de revisión de las áreas pro-ductivas tiene en cuenta la revisión del aca-bado civil de pisos, techos, puertas, venta-nas, pintura, iluminación, ventilación, de-sagües y mobiliario.

A continuación se muestran, a modo deejemplos, registros que se diseñaron paralas etapas de revisión.

En la tabla 1 se muestra el registro que sediseñó para el programa de revisión delmontaje del equipamiento tecnológico, susaccesorios y elementos de accionamiento,se listan los equipos y sus accesorios y así secomprueba: • La existencia de cada equipo en el lugar

previsto según proyecto (columna 5). Sedescribe su función (columna 4).

• Si trabaja con electricidad: se compruebasu encendido y apagado, ya sealocal y remoto (columna 6).• Finalmente, se declara si elequipo está listo o no (columna7).

En la tabla 2 se muestra elregistro que se diseñó para el pro-grama de revisión de tuberías yelementos de línea.

Este incluye la revisión deuna serie de elementos. Se com-prueban todas las interconexio-nes entre equipos o partes de lainstalación (columna 3). En estacolumna se especifica la secciónde tubería correspondiente. En lacolumna 4 se describe su fun-ción, es decir si es de descarga,de enfriamiento, calentamiento,suministro de una materia prima,etc.

Se confirma la presencia delos accesorios y elementos de

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Tabla 1. Revisión del montaje y la instalación del equipamiento tecnológico (ejemplo)

No. Fecha Equipos y

sus accesorios

Función Ubicación

según proyecto

Energizado Listo Observ.

1 9/2008 Bomba 1

Bombeo de la corriente 1 del reactor 1 al reactor 2

si no no Instalación eléctrica incompleta

2 9/2008 Filtro 1 Filtrado de la corriente1 si - si -

Figura 2. Esquema del programa para la puesta enmarcha de los procesos.

accionamiento (columna 5). En esta colum-na se listan los elementos que deben estaren la línea y en la columna 6 si están ubica-dos según el proyecto. También se verifica siestán colocados correctamente, cualquierobservación al respecto o de otro tipo seanota en la columna 8.

Finalmente se declara si la sección detubería está lista o no (columna 7).

En la tabla 3 se muestra el registro que sediseñó para el programa de revisión delmontaje de sensores e instrumentos demedición. Se revisa la ubicación de los sen-sores e instrumentos de medición. En lacolumna 3 se especifica el elemento demedición a comprobar, en la columna 4 sufunción, en la columna 5 la sección de tube-ría o equipo donde se ubica y en la colum-na 6, se verifica si la ubicación se corres-ponde con el proyecto.

Se revisa si los instrumentos de medi-ción tienen el rango establecido (columna 7)y si los instrumentos están calibrados y

verificados (columna 8). Cualquier observa-ción al respecto se anota en la columna 9.

Los problemas detectados durante cadarevisión y las acciones necesarias a realizarse recogen en un informe de resultados,correspondiente a cada una. También serefleja en el informe, si es necesaria otrarevisión, y la fecha de la misma.

Pruebas de puesta en marcha con aguaUna vez realizadas estas revisiones, se

procede a realizar las pruebas con agua paraverificar el funcionamiento de los equipos yla hermeticidad de las interconexiones. Enesta etapa se simulan, con agua, las operacio-nes, bajo condiciones de presión y tempera-tura cercanas a las de operación. Se com-prueba el sistema de medición y control.

Se verifica, además, la integridad mecá-nica de ciertos elementos de los equipos, asícomo la fiabilidad de los sellos en los equi-pos que lo posean. Se comprueban las limi-taciones y deficiencias.

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Tabla 3. Revisión del montaje de instrumentos de medición (ejemplos)

No. Fecha Elementos

de medición

Función Tubería

o equipo

Ubicación según

proyecto

Rango de medición

Calib./verif. Observ.

1 9/2008 Termómetro 1

Medición de temperatura tubería 2

Tubería2 si 0-100 0C si -

2 9/2008 Flujómetro Medición del caudal de la corriente 4

Tubería4

si 0-100 l/min

si -

Tabla 2. Revisión de tuberías, accesorios y elementos de accionamiento (ejemplo)

No. Fecha Tubería Función Elementos en la línea

Ubicación según

proyecto Listo Observ.

1 9/2008 Tubería

1

Paso de la corriente 1 del reactor 1 al reactor 2

Filtro 1 Válvula 1 Toma muestra

si si -

2 9/2008 Tubería

2

Paso del agua de enfriamiento del reactor 1 a la torre de enfriamiento

Válvula 2 Válvula 3 si si -

Los resultados se recogen en un informe,en el cual se reflejan, además, los proble-mas detectados, las acciones necesariaspara su solución y la fecha de la próximaverificación, si fuera necesaria.

Pruebas de puesta en marcha con cargaUna vez realizadas todas las modifica-

ciones o reparaciones recomendadas en laprueba anterior se realiza la prueba concarga.

Esta prueba permite comprobar el fun-cionamiento de la instalación en el trabajocon las materias primas, materiales y servi-cios auxiliares, para las condiciones de ope-ración establecidas. Se comprueba, además,que el sistema de medición y control fun-cione según fue diseñado y que el productocumple con los requisitos establecidos.

En cada operación del proceso de pro-ducción se lleva un registro donde se refle-jan los datos de la misma y las incidenciasque puedan ocurrir. De esta forma se realizael seguimiento y la medición del proceso.

La medición y el seguimiento de lascaracterísticas del producto se realizan através de los ensayos de laboratorio.

Una vez concluida la prueba con carga,con todas las comprobaciones y modifica-ciones necesarias, se considera que se haalcanzado la puesta en marcha definitiva.

CONCLUSIONES

La aplicación del programa de puesta enmarcha permite llevar a cabo la arrancada

de la instalación, realizar los ajustes necesa-rios, preparar el personal técnico y caracte-rizar el producto.

Su gran utilidad consiste en revisar gra-dualmente los elementos y sistemas de lainstalación, detectar problemas y solucionar-los con tiempo antes de proceder a la puestaen marcha con carga, además poder organi-zar el trabajo en grupo con el empleo de unaherramienta como el Mindmanager X5.

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Evelyn Faife-Pérez , Miguel A. Otero-Rambla, Amaury Alvarez-Delgado

Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de AzúcarVía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, La Habana, Cuba

evelyn.faife@icidca.edu.cu

RESUMEN

Entre los microorganismos capaces de incorporar en su biomasa cantidades significati-vas de lípidos, con un perfil de ácidos grasos adecuado para la producción de biodiesel,se encuentran las microalgas. El uso de ellas para este fin resulta una alternativa atrac-tiva, debido a su elevado contenido de lípidos; presentan el perfil idóneo y una elevadaeficiencia fotosintética, son capaces de crecer a velocidades relativamente altas, enaguas de diferente origen y composición. No obstante, los sistemas de cultivos microal-gales aún presentan algunas limitaciones, como las dificultades de mantenimiento yescalado, los elevados costos de operación para la producción y recolección de la bio-masa microalgal.Se proporciona una revisión del tema de producción de biodiesel, a partir del cultivo demicroalgas, como una vía alternativa bioenergética que atenuaría la elevada demandade combustibles fósiles en el mercado mundial.

Palabras clave: lípidos, biodiesel, microalgas.

ABSTRACT

Microalgae are microorganisms able to accumulate considerable oils in the biomass withappropriate fatty acids profiles for biodiesel production. Use of microalgae cultures isvery attractive for this purpose because their high lipids content, acceptable fatty acidscomposition, high photosynthetic efficiency and ability to grow at sustained moderaterates in water of different origin and composition. Never the less, these cultures havesome limitations as maintaining and scale up problems and high operation cost for theproduction and harvesting of microalgal biomass.This work present a review of biodiesel production from microalgae culture as a bioener-getic alternative to help to decrease the demand of fossil fuel oils on the word market.

Keywords: oils, biodiesel, microalgae.

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2012, vol. 46, no. 3 (sept.-dic.), pp. 26 - 35

INTRODUCCIÓN

El uso de biocombustibles como el bio-diesel constituye una fuente alternativabioenergética renovable y biodegradableque ha ganado especial interés, producto delas ventajas que aporta desde el punto devista medioambiental, social, económico ypolítico (1-4).

Aunque existen diversos métodos parala producción de biodiesel (uso de mez-clas de aceites con diesel fósil, microe-mulsiones, pirólisis y transesterificación),la mayor parte del biodiesel es producidoen la actualidad mediante la transesterifi-cación alcalina, a causa de la rapidez ycondiciones moderadas de su reacción (5-9). Los aceites vegetales son la principalmateria prima para esta producción; sinembargo, el mercado creciente de produc-ción de biodiesel a partir de ellos requieredel uso de enormes extensiones de tierrafértil que conllevaría a la crisis alimenta-ria, por lo que se emplean aceites nocomestibles procedentes de cultivos mar-ginales como Colza, palma africana,Jatropha curcas (Piñón), Ricinos commu-nis (higuerilla), Mostaza (Brassica nigra),los cuales son capaces de proliferar ensuelos áridos, pobres en nutrientes, conaltos niveles de radiación y baja precipita-ción pluvial (7, 8, 10, 11).

Se considera que entre 60 y 80 % delcosto de producción corresponde a los acei-tes empleados como materia prima, por loque el uso de aceites y grasas de desecho esuna alternativa productiva que, sin embar-go, no ha sido satisfactoria debido a los gas-tos adicionales de refinamiento que serequieren (3, 6, 7, 8).

De acuerdo con reportes estadísticosrealizados (12,13), estas fuentes son inca-paces de suplir la demanda actual y futuradel combustible, por lo que es urgenteencontrar materias primas alternativasque permitan operar continuamente ysuperen las limitaciones asociadas al ren-dimiento agrícola, como son: los largosperíodos de producción de las cosechas, elrendimiento lipídico restringido del mate-rial vegetal, la dependencia de las condi-ciones climáticas, la fertilidad de los sue-los y la variedad cultivada, así como elenorme volumen de agua requerida para elriego (13-16).

Empleo de las microalgas para la produc-ción de aceites

El interés en el potencial biotecnológicode las microalgas surgió en las décadas delos años 50 y 60 en Alemania, al ser consi-deradas como una fuente abundante de pro-teínas de bajo costo para la alimentaciónhumana. A partir de estas experiencias, seextendió a todos los continentes.Posteriormente, la aplicación de las algas sediversificó a la acuicultura, el tratamientode aguas residuales, la obtención de sustan-cias químicas finas, las producciones farma-céuticas y los procesos de bioconversiónenergética. A partir de la crisis energética de1973, algunos países como EE.UU., Japón yAustralia reconocen la producción demicroalgas como una fuente bioenergéticacon potencial económico (17,18).

Las microalgas son un conjunto hetero-géneo de microorganismos fotosintéticosunicelulares procariontes (cianobacterias) yeucariontes que pueden encontrarse endiversas aguas marinas, dulces, salobres,residuales y en el suelo bajo un ampliorango de temperaturas, pH y nutrientes. Seles considera las responsables del 50 % de laproducción de O2 y de la fijación del 50 %del carbono en el planeta.

Se estima que existen más de 100 000especies de microalgas que pueden ser clasi-ficadas de acuerdo con diversos parámetroscomo: pigmentación, ciclo de vida, morfolo-gía y estructura celular. Las especies másestudiadas con fines biotecnológicos son lasalgas verdes y las diatomeas (17, 19, 20).

En las microalgas, los principales com-ponentes de la fracción lipídica son triacil-glicéridos, ácidos grasos libres, ceras, este-roles, hidrocarburos, glicolípidos, fosfolípi-dos y pigmentos. También se encuentrancompuestos inusuales como ácidos grasoshalogenados o hidroxilados, alquenonas decadena larga, y otros (17, 20-24).

La acumulación de lípidos en especiesoleaginosas, a pesar de la atenuación de ladivisión celular, es consecuencia de la asi-milación continua de carbono y su orienta-ción hacia la síntesis activa de ácidos gra-sos. Los lípidos bajo estas circunstanciasfungen como una reserva de carbono y ener-gía, además de proteger al organismo delestrés fotooxidativo (3, 4, 20, 25-27).

Las algas autótrofas pueden utilizar eldióxido de carbono como fuente de carbono

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y la luz solar como fuente de energía para laacumulación de grasas bajo condicionesespeciales de cultivo. Se ha demostrado quevarias microalgas autótrofas pueden acumu-lar aceites (27, 28).

El cultivo de microalgas y la obtenciónde aceites de esta forma ofrecen muchasventajas con respecto a los cultivos terres-tres. Por un lado presentan una mayor efi-ciencia fotosintética, una eficacia superioren la asimilación de nutrientes y períodoscortos de producción sostenida durantetodo el año, debido a una tasa de crecimien-to mucho mayor y por otro lado, la produc-ción de aceite por área está estimada entre4,6 y 18,4 l/m2, esto es, de 7 a 30 vecesmayor que los mayores cultivos terrestres.Por otra parte, los cultivos microalgales sonindependientes de las estaciones del tiempoy de la fertilidad del suelo, prescinden deluso de herbicidas y pesticidas, permiten elempleo de territorios marginales y zonas noaptas para la agricultura o la ganadería y norequieren de grandes superficies para suproducción. En una superficie de 52.000km2, se pueden obtener 95 millones debarriles de biodiesel al día a un precio sen-siblemente inferior al del petróleo actual.

Se trata de una fuente de producción deenergía en continuo, inagotable y no conta-minante porque no moviliza carbono fósil,sino que utiliza el exceso de carbono (CO2).Contribuye de esta forma a paliar el efectoinvernadero y a restablecer el equilibrio tér-mico del planeta. En comparación con otrosvegetales utilizados para la producción debiodiesel, el fitoplancton parece ser el demayor rendimiento. Algunos estudios seña-lan los siguientes niveles de producciónanual de volumen de aceite por km2:• Colza: de 100 a 140 m3/km2.• Mostaza (Brassica nigra): 130 m3/km2.• Piñón (Jatropha curcas): 160 m3/km2.• Aceite de palma: 610 m3/km2.• Algas: de 10 000 a 20 000 m3/km2.

En la tabla 1 aparecen varias especies demicroalgas y su capacidad de producción delípidos. De forma general, el rendimientodel cultivo de las mismas en tanques alcan-zan los 140 625 l de aceite/ha, lo que se con-sidera entre 10 y 40 % superior al alcanzadopor el aceite de palma. La determinación delcontenido lipídico de las microalgas lípidosresulta complicada debido a su variación

frente a distintas condiciones de cultivo, elcrecimiento en ambientes desfavorables obajo situaciones de estrés generalmenteconlleva al incremento de la fracción lipídi-ca, aunque en detrimento de la productivi-dad del cultivo. El contenido de lípidos enlas microalgas puede exceder en 80 % elpeso de la biomasa seca (28, 29) aunque losniveles más comunes oscilan entre 20-50 %(17, 19, 21, 22, 30-34). De manera general,se puede decir que las microalgas oleagino-sas eucariontes presentan una fracción lipí-dica promedio de 25,1 % en condicionesnormales de cultivo y alcanzan hasta 45 %de su peso como lípidos bajo condiciones deestrés nutricional (20).

Las cianobacterias solo alcanzan un con-tenido lipídico promedio de 9,8 %; sinembargo, se ha sugerido su empleo en laproducción de biodiesel debido a que laproducción de lípidos está asociada al cre-cimiento y a su sencillez para la manipula-ción genética respecto a las eucariontes(35). La productividad de ellas depende dela velocidad de crecimiento y del contenidode lípidos en la biomasa.

En dependencia de la especie, se produ-cen lípidos específicos, hidrocarburos yotros aceites complejos (36). No todos loslípidos de microalgas son satisfactorios paraproducir biodiesel; no obstante, los másapropiados para ello (ácidos grasos libres ounidos al glicerol y sus derivados) constitu-yen la mayor fracción de los lípidos totales,usualmente entre el 20 y 40 % (27, 33). Elgénero de microalga más empleado para laproducción de lípidos ha sido la Chlorella,por el alto contenido de triglicéridos (TGC)disponibles para la producción de biodiesel.Varias especies de este género cultivadas enambientes específicos han sido identifica-das como oleaginosas (más de 30 % en pesode material lipídico): C. fusca, C. protothe-coides, C. pyrenoidosa, C. kessleri, C. vulga-ris, C. saccharophila, C. sorokiniana y C.ellipsoidea (7, 28, 36). Algunos investigado-res han logrado densidades celulares de 108g/l de masa seca con una cepa de Chlorellaprotothecoides con 61 % de contenido deaceite en un proceso continuo en presenciade soluciones de carbohidratos después de213 horas de cultivo (29). En general, lasespecies de algas más estudiadas para lasaplicaciones biotecnológicas son las algasverdes y las diatomeas (19, 20, 31, 37).

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Independientemente de que la especie,su constitución genética, el nutriente limi-tado y la magnitud de esta limitación influ-yan en la acumulación de lípidos, los pará-metros de cultivo como la temperatura, eltipo de fuente carbonada, la intensidad dela luz, el pH, la salinidad, la fuente deminerales y de nitrógeno también influyenen la producción de lípidos de las microal-gas (38, 39).

La aclimatación de las microalgas a larestricción de nutrientes se caracteriza porla manifestación de respuestas específicaspara el elemento limitado como la induc-ción de sistemas de transporte de alta afini-dad y de la síntesis de enzimas hidrolíticaspara la liberación intra- o extra-celular delnutriente, así como cambios morfológicos,cese de la división celular, alteración de lapermeabilidad de las membranas, acumula-ción de lípidos y/o polisacáridos, reducciónde la actividad fotosintética y modificacio-nes de los procesos metabólicos. La limita-ción de nitrógeno es considerada la estrate-gia más eficiente para incrementar el conte-nido de lípidos neutros, en particular el detriglicéridos conformados por ácidos grasoscon un elevado grado de saturación.También existen informes que demuestranque la deficiencia de fósforo, azufre y silicio(este último específico para las diatomeas),induce una respuesta similar. La concentra-ción de Fe3+ también afecta la acumulaciónde lípidos, aunque aún se desconoce elmecanismo de acción (26).

La temperatura, por su parte, afectanotablemente el perfil lipídico de las micro-algas, de manera que bajas temperaturasincrementa el grado de instauración. Lasaltas intensidades luminosas también favo-recen sustancialmente la acumulación detriglicéridos con un elevado perfil de satu-ración, donde intensidades bajas a su vezpromueven la síntesis de lípidos polaresaltamente insaturados, estructural y funcio-nalmente asociados a las membranas. El pHy la salinidad son otros factores que modifi-can la síntesis de lípidos de diversas micro-algas; sin embargo,el tipo y cantidad de lípi-dos producidos también dependen de laespecie de la magnitud del cambio de estasvariables (4, 17, 20, 21, 23, 24, 40)

No es posible establecer una tendenciageneralizada entre las diferentes especiesmicroalgales ya que el comportamiento de

las mismas ante la limitación de nutrienteses variado (4, 17-21, 23, 25, 26, 41-44)

Producción industrial de biodiesel a partirde microalgas

De manera general, el proceso de pro-ducción de biodiesel de microalgas estáconformado por etapas similares a la pro-ducción a partir de biomasa oleaginosa:cosecha y recuperación de la biomasa,extracción y transesterificación (2, 27).

Los sistemas empleados con mayor fre-cuencia en la propagación de microalgaspara la producción de biodiesel son del tipoabiertos que asemejan el entorno natural delas microalgas como lagos, lagunas y estan-ques. Las producciones y productividadesde biomasa posibles en estos sistemas sonbajas, cercanas a 1 g/l y 10-25 g/m2/d, res-pectivamente. Con estos bajos niveles pro-ductivos, los costos de producción son ele-vados, a pesar de la sencillez y el bajo costode inversión en infraestructura, si se com-para con sistemas cerrados. El mayor riesgode este tipo de sistemas de cultivos es la altaprobabilidad a la contaminación por otrostipos de algas. Las algas capaces de acumu-lar mayores contenidos de aceite no son engeneral, las de más rápido crecimiento, porlo que algunas cepas de algas contaminan-tes pueden invadir masivamente el cultivo.Por otro lado, estos sistemas presentan otrosinconvenientes como la pérdida de agua porevaporación, la transferencia limitada deCO2 al cultivo, el requerimiento de grandessuperficies, los amplios períodos de produc-ción, el control limitado frente a condicio-nes ambientales como la temperatura delagua, la intensidad de la luz, entre otras, porlo que el crecimiento del cultivo depende delas condiciones del medio y en general seproduce en los meses más cálidos.

Para el cultivo en sistemas abiertos sebuscan cepas que puedan crecer bajo con-diciones en las que otros organismos lesresultaría difícil desarrollarse como pHaltos o bajos, temperaturas específicas,requerimientos nutritivos muy particula-res, además. Es por esta razón que soloalgunas especies se han cultivado demanera extensiva, con éxito en este tipo desistemas. La ventaja que tienen los siste-mas abiertos es que son muy baratos y fáci-les de construir ya que son estanques sen-cillos en el suelo.

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Un sistema alternativo para el crecimien-to de algas es mediante invernaderos, tam-bién en estanques. Aunque se reduce el áreade cultivo, se solucionan muchos problemasque poseen los sistemas abiertos como unamenor probabilidad de contaminación porespecies no deseadas, puede cultivarse unamayor variedad de especies; el período decultivo es mayor, ya que hay control de latemperatura y puede incrementarse la canti-dad de CO2 en el ambiente, entre otras. Estasinstalaciones poseen sistemas que permitena las algas mantenerse en movimiento en elmedio, de forma que todas reciban la mismacantidad de luz y nutrientes. Por otro lado,se renueva continuamente la cantidad deCO2 y otros nutrientes.

Otro tipo de sistemas cerrados de culti-vos son los foto-biorreactores donde facto-res como la intensidad de la luz, la razónCO2/O2, la temperatura, los nutrientes, lasalinidad, el pH, entre otros, son más con-trolados que en los sistemas abiertos. Lasaltas productividades inherentes a estos sis-temas precisan de una penetración y distri-bución óptima de la luz, por lo que serequieren materiales de construcción trans-parentes y de una relación superficie/volu-men elevada; sin embargo, la intensidad dela luz debe ser moderada, de lo contrario, seproducen fenómenos de foto-inhibición y

foto-blanqueo. Asimismo, la relaciónCO2/O2 debe ser tal que la proporción de O2sea mínima y por tanto se impidan los pro-cesos de foto respiración y daño foto-oxida-tivo. Por otra parte, estos sistemas son muycostosos debido, en gran medida, a la ener-gía invertida en la agitación mecánica de loscultivos con la finalidad de evitar la sedi-mentación y favorecer la transferencia degases (2, 14, 27, 35).

Los sistemas híbridos han sido propues-tos como una alternativa económica para laproducción a gran escala. Estos sistemasconsisten en una etapa inicial de producciónde biomasa en foto-biorreactores cerrados,en los cuales los microorganismos son man-tenidos en crecimiento continuo bajo condi-ciones de suficiencia de nutrientes, seguidapor una fase de acumulación de producto(lípidos) en estanques abiertos, inducidamediante la deficiencia de nutrientes (2).

Una vez que la biomasa de microalgas seha producido en algunos de estos sistemasse procede a la cosecha o recolección. Lacentrifugación, sedimentación, filtración yfloculación individualmente o combinadasson los procedimientos más comunes y suaplicación depende de la microalga cultiva-da (2, 43). Esta etapa influye notablementeen los costos de producción del biodiesel,por lo que la selección de una técnica de

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Tabla 1. Acumulación de aceite en diferentes microalgas

E sp ec ie L ípid os

(% ) E sp ec ie

L ípid os (% )

Ankistrodesmus sp (22,32,45) 24,5-40,3 Hormotilopsis gelatinosa (33) 49,1 Botryococcus brauii var (33, 21) 43-63 Isochrysis sp. (22, 35) 7,1-47 Botryococcus brauii var (33, 21) 53-86 Monallantus salina (45, 33) 20-72 Chaetocerus gracilis (33) 46 Monodus subterraneus (45, 33) 39,3-40 Characium polymorphum (33) 42 Nannochloris sp.(45, 35) 20 – 47,8 Chlorella emersonii (34, 20) 63 Nannochloropsis salina (21) 40,8-72,2 Chlorella minutissima (33,21) 57 Naviculla pelliculosa (33, 35) 22–44.8 Chlorella vulgaris (34) 5,1-56 Neochloris oleobundans (33, 31) 18,9–88,8 Chlorococcum oleofaciens (33) 44,3 Nitzschia. Laevis (20) 69,1 Chroomonas salina (35) 44 Nitzschia.sp. (45, 22) 22,1-47 Chrysochrom. polylepsis (33, 35) 47,6 Ochromonas danica (33, 35) 39–71 Crypthecodinium cohnii (45) 20 Ourococcus sp. (33, 35) 27–49,5 Cyclotela sp. (33) 54 Parietochlorosis incisa (20) 62 Cylindrotheca sp. (45) 16-37 Radiosphaera nagevensis (33, 35) 43 Dunal. primolecta (45, 33, 35) 23–53,8 Scenedesmus dimorphus (33, 35,34) 6-0 Dunaliella salina (33, 21, 35) 9,2–47,2 Scenedesmus obliquus (34) 11-55 Euglena gracillis (33) 55 Scotiella sp. (33, 31) 34,5-48 Hantzchia sp. (33) 61 Schizochytrium sp. (45) 50-77

recolección eficiente y de bajo costo es tras-cendental. La aplicación de estos procedi-mientos depende del tipo de especie demicroalga cultivada. En la tabla 2 aparece deforma resumida la especie y las desventajasde estos procedimientos. Alternativamente aestos métodos se ha propuesto el empleo defloculación microbiana o co-biofloculación,en el cual se adicionan microorganismosautofloculantes (como levaduras) al cultivomicroalgal, de forma tal que se propicia laaglomeración conjunta de estos con la bio-masa que se desea cosechar (2, 39).

Algunos lípidos en las microalgas seencuentran en la membrana celular y otrosen la parte no acuosa de la célula; por ello,para aumentar el rendimiento de la reacciónde transesterificación, puede ser beneficiosolisar las células para incrementar la accesi-bilidad de la lipasa a los lípidos. La disrup-ción puede realizarse mecánicamentemediante la aplicación de vapor presurizadoo empleando virus que provoquen la lisis delas células, expresando un gen que produzcauna proteína lítica o tratando el cultivo conun agente que hidrolice las células (46).

A partir de la biomasa cosechada, seextraen los aceites mediante métodos comola lixiviación con solventes orgánicos, prin-cipalmente hexano. Sin embargo, esta técni-ca trae como desventaja los costos y la ener-gía adicional necesarios para la recupera-ción del solvente, además de la contamina-ción de la biomasa microalgal libre de lípi-dos, lo cual limita las posibilidades de apro-

vechamiento de este subproducto. En losúltimos años, se han propuesto variantes delixiviación con solventes orgánicos, como laextracción in situ a partir de células vivas demicroalgas o el acoplamiento de la etapa deextracción lipídica con la transesterifica-ción; no obstante, deben ser reevaluadastanto su aplicación como su factibilidad eco-nómica. Asimismo, la extracción medianteprensado ha sido sugerida a pesar de noimplicar el uso de solventes, su eficiencia esmenor a la de la lixiviación (47, 16, 2).

Aplicación de ingeniería genéticaSe han realizado ensayos de selección e

ingeniería genética en algas y levaduraspara expresar las enzimas de la ruta de loslípidos que muestran un nivel alterado com-parado con la célula parental de la mismaespecie. Dentro de estas enzimas se encuen-tran la piruvato deshidrogenada, la acetil-CoA, la carboxilasa, la proteína transporta-dora de grupos acilo y la glicerol -3 fosfatoacil-transferasa. En otros casos, la enzima seexpresa a menor nivel que la blanco como laenzima citrato sintasa.

Recientemente, se han obtenido regula-dores globales de la síntesis de ácidos grasosa niveles de expresión alterados; así, se hanobtenido niveles alterados de varios genessintéticos de ácidos grasos. En algunoscasos, la ruta lipídica comprende una enzi-ma que modifica un ácido graso como laestearoil-ACP desaturasa y la glicerolípidodesaturasa.

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Tabla 2. Métodos empleados en la recolección de microalgas Procedimiento Especies Desventajas

Filtración Forma filamentosa o formadoras de colonias

Obstrucción de filtros, formación de tortas de filtración compresibles, altos costos de mantenimiento

Sedimentación Diámetros mayores de 5 ì m y paredes celulares gruesas Larga duración

Centrifugación Diámetros mayores de 5 ì m y paredes celulares gruesas

Conveniente solo para productos de alto valor agregado por su alto costo y alta demanda de energía

Floculación con sales inorgánicas Alto costo, contamina la biomasa

Floculación con polímeros orgánicos catiónicos

Disminuye su eficiencia en aguas salobres

Biofoculación Con floculación natural o con aglomeración inducida con condiciones de estrés

Altera la composición bioquímica de la microalga y el rendimiento lipídico

Se ha informado el empleo de uno ovarios genes exógenos en cepas del géneroChlorella, que codifican para proteínas selec-cionadas del grupo compuesto por la acil-ACP thioesterasa, la acil-CoA reductasa, laaldehido reductasa, la acil-CoA/aldehidoreductasa, la aldehído decarbonilasa y unaproteína transportadora de grupos acilo.También se informa el empleo de genes exó-genos que codifican para cofactores de la rutaenzimática de los lípidos o de una proteínaque participe en la síntesis del cofactor. Esposible que el gen exógeno sea un enlaceoperable con el promotor, el que es inducidoo reprimido en respuesta a determinado estí-mulo. El estímulo puede provenir de peque-ñas moléculas exógenas, el calor o la luz. Enotros casos, el gen exógeno puede encontrar-se en compartimentos celulares como los clo-roplastos o las mitocondrias (48).

Mediante las técnicas de ingenieríagenética también pueden obtenerse micro-algas que produzcan altos niveles de TAGs(triacilglicéridos), que expresen un gen queautolice las células, como un gen portadorde un virus autolítico. Este gen puede usarun promotor inducible, de forma tal que pri-meramente la célula crece hasta una densi-dad celular deseada en el fermentador y secolecta seguido por la inducción del genque lisa las células (48).

Opcionalmente pueden emplearse lipa-sas que sean expresadas en compartimentosintracelulares, donde se mantiene separadade la mayor parte del contenido lipídicohasta la transesterificación.

En general, es preferible realizar la tran-sesterificación después de eliminar el agua odespués que el alcohol ha sido añadido. Paralimitar la exposición de la lipasa a los lípi-dos, la lipasa puede ser expresada en los clo-roplastos, las mitocondrias u otros organeloscelulares. Esto permite el secuestro de lalipasa hasta después de la disrupción celular.

Estos microorganismos productores dealtos niveles de lípidos pueden transformar-se genéticamente para expresar la acil-ACPtioesterasa exógena, la cual facilita el enlacede los ácidos grasos de la proteína transpor-tadora Acil (ACP) durante la síntesis de lípi-dos. Estos ácidos grasos pueden recuperarsemediante procesos enzimáticos posterioresdentro de la célula y nuevos compuestoshidrocarbonados. Opcionalmente, la acil-ACP tioesterasa puede ser expresada desde

un gen operable enlazado a un promotorinducible o ser expresada en un comparti-miento intracelular (48).

La acil-ACP tioesterasa puede seleccionar-se basado en su especificidad para un incre-mento de ácidos grasos, según el largo de lacadena carbonada. Por ejemplo, la acil-ACPtioesterasa puede tener especificidad por unrango de 8-34 átomos de la cadena de C, pre-feriblemente de 8-18, y con más preferenciaaun de 10-14. La más utilizada es la específi-ca para los ácidos grasos de 12 átomos de C.

De acuerdo con los enfoques utilizadoshasta el momento, se pueden aplicar diversasestrategias de ingeniería genética para alcanzarun incremento en la producción de aceites enlos microorganismos oleaginosos (48), a saber:1- Expresar uno o varios genes exógenos, por

ejemplo, expresión de dos genes: uno queexprese una lipasa, la cual facilitaría latransesterificación de los tricilgliceroles yotro gen autolítico para incrementar laaccesibilidad de la lipasa a los lípidos.Estos genes pueden ser expresadosempleando promotores inducibles, lo quepermite una relativa retención en el tiem-po de expresión del gen, para controlar elincremento del rendimiento lipídico y laconversión de ácido graso a éster.

2- Modificar, mediante ingeniería, las pro-porciones de los lípidos de una cepa paraincrementar el flujo de carbono en la rutametabólica de los lípidos, o alternativa-mente, la composición de los lípidos pro-ducidos.

3- Expresar dos genes exógenos: uno quecodifique como transportador de la fuen-te de carbono seleccionada (la sacarosa)y otro para la enzima respectiva (sacaro-sa invertasa).

El microorganismo resultante producirálípidos u otros compuestos hidrocarbonatosa un menor costo de producción. Este resul-tado puede combinarse con la disrupción dela biosíntesis de polisacáridos mediantemutagénesis directa, la cual implicará unflujo mayor en la producción de hidrocarbo-nos. De esta forma, es posible obtener cepascapaces de producir mayor porcentaje deTAGs. Si además, se expresa una lipasa conun promotor inducible se logra facilitar latransesterificación de los TAGs con la pre-sencia de suficiente alcohol y con ello unincremento de la producción de biodiesel.

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De forma general, la producción de ácidosgrasos poli-insaturados (PUFAs) mediante elempleo de microorganismos transformadosgenéticamente tiene algunas ventajas respec-to a la producción a partir de microorganis-mos aislados naturalmente. Por ejemplo: elperfil de aminoácidos de los microorganis-mos transformados será estable mientras queel de la cepa nativa puede ser alterado por laintroducción de nuevas rutas biosintéticas ola eliminación de alguna ruta metabólica.Esto podría aumentar o disminuir la produc-ción de PUFAs deseada. Además, la produc-ción puede ser regulada mediante el controlde las condiciones de cultivo, particularmen-te, añadiendo fuentes de sustrato específicaspara la expresión de enzimas o mediante laadición de compuestos que supriman rutasbioquímicas indeseadas.

A partir de la descripción detallada de laruta de biosíntesis de ácidos grasos insatu-rados de células de mamíferos, han apareci-do informes sobre el empleo de algunos delos genes de las enzimas involucradas en laconversión de los ácidos grasos en cepas deYarrovia lipolítica. Se ha informado, recien-temente, que cepas transformadas genética-mente son capaces de producir un 50 %mayor de ácido eicopentaenoico (EPA) y dew-3 en la fracción total de lípidos. Estascepas sobreexpresaron las enzimas heteró-logas Δ9 elongasa, las desaturasas Δ8, Δ5,Δ17 y Δ12 y la elongasa C16/18 y, opcional-mente, sobreexpresaron también la diacil-glicerol choline-phospho-transferasas.

Considerando los avances alcanzados enmateria de ingeniería genética, pueden de-sarrollarse diversas estrategias de fermenta-ción cuyo objetivo sea lograr un incrementoen la producción de lípidos.

Factibilidad económica del biodiesel dealgas

La ventaja competitiva más importantedel biodiesel de microalgas consiste en losrendimientos lipídicos por unidad de área,considerablemente superiores a los obteni-dos con plantas oleaginosas (2, 3, 14, 17, 19,20, 35, 43, 44, 47, 50).

La factibilidad de la producción de biodie-sel de microalgas depende de su competitivi-dad con los combustibles fósiles, de maneraque los costos de producción resultan decisi-vos. La estimación de la viabilidad de esta tec-nología es posible mediante la determinación

del máximo costo de producción de la bioma-sa microalgal con un contenido oleaginosoespecífico, lo cual posibilitaría su competen-cia con los precios actuales del petróleo.

No obstante, la factibilidad económicade esta producción es dudosa debido al ele-vado costo de la infraestructura necesaria,pues precisan de un complejo equipo técni-co de manejo y mantenimiento y además deuna fuente industrial de CO2, que debe serinyectado en los tanques de agua.

Para competir con el costo promedio delpetróleo (US $ 94,45/barril), el costo de pro-ducción de biomasa microalgal con un con-tenido lipídico del 55 % debe ser de US $323/t de biomasa (27). Recientemente, algu-nas compañías productoras de biomasamicroalgal han reportado costos de produc-ción de US$ 370/t o inferiores, por lo que latecnología aplicada en estos casos podríaser económicamente viable (2). Sin embar-go, las fluctuaciones en el precio del petró-leo deben ser consideradas en el transcursodel tiempo, pues una reducción de los mis-mos, demandaría la disminución de los cos-tos de producción de la biomasa.

CONCLUSIONES

Las algas tienen entre sus ventajas lacapacidad de acumular el mayor porciento delípidos a partir del aprovechamiento de laenergía solar y el dióxido de carbono (record:productividad promedio de 20 000 l/ha-año),por lo que son ecológicamente más atractivas.

Aunque se piensa que los biocombusti-bles en base a la producción industrial demicroalgas son los únicos que pueden reem-plazar los combustibles fósiles, por su altorendimiento por área de cultivo y su inde-pendencia de la calidad de los suelos, aúnfaltan algunos aspectos por desarrollar parala producción masiva de biodiesel por estavía, como son: la identificación de cepas dealta producción de aceites que no necesitenmuchos requerimientos nutricionales parasu crecimiento, el mantenimiento de mono-cultivos con altos rendimientos de biomasa;definir los mejores métodos para su cultivoy la tecnología para extraer el aceite a granescala, ya que las algas no son lo suficiente-mente fibrosas como para prensarlas y laextracción más viable es de forma química.

El futuro del cultivo intensivo de algaspara biodiesel está vinculado a grandes

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industrias productoras de CO2, que puedanasumir el alto costo de las instalaciones, nosólo para producir combustible, sino tam-bién para disminuir la contaminaciónambiental y mejorar su imagen pública.Desde el punto de vista energético, es másbeneficioso secar las algas, antes de la extrac-ción del aceite para la producción de biodie-sel y después de los procesos de extracciónde los aceites, utilizarla como combustibleen la generación de vapor. Una ventaja adi-cional resulta la posibilidad de obtener sub-productos (proteínas, carbohidratos, biopolí-meros, pigmentos, biogás o metano, etc.), apartir de la biomasa microalgal residual unavez que los lípidos hayan sido extraídos.Inclusive, en algunos casos, es factible elempleo de estos residuos en la alimentaciónhumana o animal y en la producción de fer-tilizantes o de otros combustibles.

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Jorge Leiva-Mas1, Pastora de la C. Martínez-Nodal2, Guillermo Esperanza-Pérez2, Iván L. Rodríguez-Rico1, Carlos E. Gordiz-García3

1 Departamento de Ingeniería Química. Universidad Central "Marta Abreu" de LasVillas. Carretera a Camajuaní km 5.5. Santa Clara, c/p 54830, Villa Clara, Cuba

jorgelm@uclv.edu.cu2 Centro de Estudio de Química Aplicada (CEQA). Universidad Central"Marta Abreu"de Las Villas. Carretera a Camajuaní km 5.5. Santa Clara, c/p 54830, Villa Clara, Cuba

3 Oficina Territorial de Normalización, CITMA Villa Clara, Cuba

RESUMEN

Se evaluó el empleo del bagazo de caña de azúcar como biomaterial adsorbente dehidrocarburos en una columna de lecho fijo, para el tratamiento de las aguas oleosasprovenientes de la estación de generación de vapor del campus de la UniversidadCentral "Marta Abreu" de Las Villas, Cuba. Se evaluó el proceso de biosorción del dieselpresente en aguas residuales utilizando bagazo de caña, a partir del establecimiento delas condiciones experimentales a nivel de laboratorio. En función de los resultados obte-nidos a escala de laboratorio, se realizó el escalado de una columna rellena con bagazonatural como absorbente de grasas e hidrocarburos. Se muestran los resultados experi-mentales obtenidos con el prototipo a escala piloto. Estos demuestran que la solución tec-nológica para el tratamiento de las aguas oleosas generadas en estaciones de vapor,mediante columnas empacadas con bagazo natural, es una opción tecnológica yambientalmente factible que permite obtener aguas con bajos contenidos de grasas, acei-tes e hidrocarburos.Palabras clave: aguas oleosas, absorción, columnas rellenas.

ABSTRACT

Present paper assess the use of sugarcane bagasse as an hydrocarbon-adsorbent bioma-terial in a fixed bed column for the treatment of oily water from the steam generating sta-tion located in the Central University "Marta Abreu" of Las Villas campus, Cuba. This pro-cess evaluated the biosorption of diesel present in wastewater using bagasse, from theexperimental conditions established in the lab. Based on the results obtained at labora-tory scale the scaling up of a column filled with natural bagasse for the adsorbance of fatsand hydrocarbons was performed. The experimental results obtained with the pilot-scaleprototype are shown. that the results demonstrated that the technology solution, for tre-atment of oily water generated in vapor stations by means of columns packed with natu-ral bagasse is technologically and environmentally feasible which allows the obtainmentof wastewater with low content of fats, oils and hydrocarbons.Keywords: oleaginous water, absorption, packed column.

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2012, vol. 46, no. 3 (sept.-dic.), pp. 36 - 44

INTRODUCCIÓN

Una de las consecuencias inevitablesque trae consigo la tecnología basada en elpetróleo como fuente de energía, es la con-taminación de las aguas. Este compuesto esuna mezcla compleja que contiene mayor-mente hidrocarburos que, al estar presentesen una alta concentración, resulta muy difí-cil separarlos e identificarlos.

Entre las principales desventajas de losmétodos tradicionales de tratamiento seencuentran las bajas eficiencias que gene-ralmente alcanzan, los altos costos opera-cionales y los gastos por insumos y otrosrequerimientos energéticos (1).

La mayor parte de la contaminación porhidrocarburos en cuerpos de agua proviene defuentes terrestres como aguas residualesindustriales, derrames de petróleo, así comopor el arrastre de hidrocarburos, motivado porlas lluvias a través de los sistemas de alcanta-rillado y drenaje fluvial de las ciudades.

En entidades de servicio es común la exis-tencia de calderas generadoras de vapor, ubica-das en comedores, escuelas, hospitales y fábri-cas; muchas de ellas están localizadas en zonasurbanas, donde no se permite verter residualescontaminados con hidrocarburos a la red dealcantarillado. En estos casos, se requierensoluciones para el tratamiento in situ.

Los objetivos del tratamiento de aguas resi-duales son básicamente dos: proteger los cuer-pos de agua evitando la descarga de aguas resi-duales contaminadas y obtener un agua decalidad adecuada para su reutilización o verti-miento, teniendo en cuenta la legislaciónvigente del país en cuestión (2 - 4).

El tratamiento del agua oleosa es, portanto, una tarea difícil. Dependiendo de lafuente y la calidad del residual, cada casode agua oleosa puede requerir de una solu-ción técnica propia (5, 6).

La sedimentación por gravedad es lentay frecuentemente una operación inefectivaque requiere mucho espacio y algunas vecescantidades excesivas de productos quími-cos. Los filtros prens, por su parte, puedenseparar solamente sólidos de líquidos y tie-nen una baja capacidad y un tratamientoquímico generalmente costoso.

El proceso de tratamiento de las aguas resi-duales consta de cuatro etapas principales:• Tratamiento primario: Separación de los

hidrocarburos y sólidos en suspensión.

• Tratamiento secundario: Eliminación delos hidrocarburos emulsionados y sólidossuspendidos de tamaño muy pequeño.

• Tratamiento terciario: Eliminación dehidrocarburos disueltos, oxidación delposiblemente presente H2S residual, y encaso necesario, la realización de nitrifica-ción/desnitrificación.

• Tratamiento cuaternario: Esta fase de tra-tamiento se aplica a las aguas a reutilizaren los procesos.La adsorción involucra la acumulación o

concentración de sustancias en una superfi-cie o interfase. El proceso puede ocurrir enla interfase de un sistema bifásico como ellíquido-líquido, gas-sólido o líquido-sólido.Esta última es de suma importancia en lapurificación de aguas residuales. La sustan-cia que se desea concentrar o adsorber sedenomina adsorbato, mientras que el adsor-bente constituye la otra fase.

La adsorción es un proceso mediante elcual las moléculas o átomos de una fase seinterpenetran con la otra formando unasolución (por ejemplo, adsorción de oxígenodentro de agua). El término sorción, queincluye tanto la adsorción como la absor-ción, es una expresión general del procesoen el que un componente se mueve de unafase para acumularse en otra, particular-mente para aquellos casos en que la segun-da fase es un sólido. Actualmente, una delas aplicaciones más importantes de laadsorción es en la remoción de compuestosorgánicos e inorgánicos presentes en aguaspotables y descargas residuales municipalese industriales.

MATERIALES Y MÉTODOS

La caracterización del sistema de trata-miento es un paso esencial. Esto se logramediante la determinación de su composi-ción y de los flujos y concentraciones máxi-mas, mínimas y medias del mismo. En elcaso de los residuales líquidos de las esta-ciones de generación de vapor, pueden pre-sentar grandes variaciones referidas a flujosy composiciones en dependencia de la tec-nología empleada y las materias primas,entre otros (7, 9).

Al bagazo de caña natural se le realizó lacaracterización física. Entre las propiedadesfísicas determinadas están la humedad,

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densidad aparente, flotabilidad y textura delas fibras (obtenidas por microscopía elec-trónica de barrido).

El diseño de columnas de adsorción seinicia con las pruebas de laboratorio, encondiciones lo más cercanas posible a loque se espera tener a nivel industrial. Tantolas pruebas de columna como el procedi-miento de diseño se facilitan mediante elempleo de un método de cálculo que se basafundamentalmente en el tiempo de serviciode la columna.

En la adsorción en lecho fijo, mientras elagua fluye a través de la columna, el conta-minante adsorbible es gradualmente remo-vido y el líquido se purifica en la medida enque se mueve a través de la columna.

Los estudios de adsorción en condicio-nes estáticas se complementan, a menudocon estudios de la cinética de adsorciónpara determinar la resistencia a la transfe-rencia externa de masa y el coeficiente efec-tivo de difusión, así como con estudios deadsorción en columna. De estos últimos sedeterminan los requerimientos de tamañodel sistema, tiempo de contacto y velocidadde uso del sorbente. Estos parámetros seobtienen a partir de las curvas de ruptura orotura (4, 8).

Se realizaron estudios de absorción dehidrocarburo en bagazo natural para deter-minar las potencialidades de absorción,posteriormente se realizan estudios a escalade laboratorio para buscar las mejores con-diciones operacionales de una columnaempacada con bagazo natural trabajando deforma continua. Los datos obtenidos a esca-la de laboratorio fueron utilizados para elescalado de un prototipo patrón al cual se lerealizaron pruebas preliminares para deter-minar la eficiencia en la remoción de grasas,aceites e hidrocarburos en las aguas oleosasoriginadas en la estación de generación devapor en el comedor central del campus dela Universidad Central "Marta Abreu" de LasVillas.

RESULTADOS

El caudal promedio de aguas residuales ala salida de la estación de generación es de72,00 l/día (8,3 x 10-7 m3/s), a este residualse le ha realizado una caracterización com-pleta, pero para los fines prácticos del diseñode una columna de absorción empacada conbagazo natural solo se consideran los conte-nidos de hidrocarburo y de grasas y aceite,estos parámetros, según la NC 27-1999, nopueden estar presente en los vertimientos alsistema de alcantarillado, así que el objetivobásico de la investigación es el diseño de unacolumna capaz de eliminar hidrocarburos,grasas y aceites de estas aguas para incorpo-rarlas al sistema de tratamiento de residualeslíquidos de la Universidad Central "MartaAbreu" de Las Villas.

Preparación del bagazoEl bagazo fue recolectado, molido y tami-

zado. El tamaño de las partículas de bagazose reduce utilizando un molino de rotor de 6paletas modelo SR-2. La muestra del materialgranular pesada, se colocó en el sistema detamizado (Serie Tyler: 4 mm, 2 mm, 1 mm y0,5 mm) y se sometió a un proceso de vibra-ciones durante un período de 10 minutos.Posteriormente, se recogieron las fraccionesdepositadas en cada tamiz y se determinó elrendimiento de cada una de ellas respecto altotal procesado. La fracción de interés defini-da, fue la contenida entre las mallas -2 + 1mm, dado por el rendimiento en el tamizado(41 %), la homogeneidad de dicha fracción ysu capacidad de sorción para estos fines defi-nida en trabajos previos (9).

Caracterización física del bagazo• Determinación de humedad

Se realizó en una balanza de humedadSartorius modelo MC 40, a una temperatura de105 °C.• Determinación de la densidad real.

(Método picnométrico)

38

Tabla 1. Principales contaminantes presentes en el agua oleosa utilizada

Contaminantes Unidad de

medida

Valor medio

Valor mínimo

Valor máximo

Desviación típica

Grasas y aceites (mg/L) 25,21 22,00 28,00 1,58 Hidrocarburos (mg/L) 49,36 47,00 52,00 1,39

Se empleó un picnómetro de tipo Weldde 50 ml. La técnica consiste en pesar, utili-zando una balanza analítica DenverInstrument modelo TB-224ª (d*= 0,0001 g),una masa determinada del material la cualse introduce en el picnómetro, luego se leadiciona el solvente hasta el nivel de enrasedel mismo y la densidad se determina por lasiguiente ecuación:

Donde: mpart.- Masa de sólido (bagazo natural).Vp - Volumen del picnómetro a 20 ºC con el

solvente y el sólido.msolv.- Masa del solvente que se añade al

picnómetro hasta el enrase.ρsolv. - Densidad del solvente.

La densidad real del bagazo ha sido cal-culada, es de 0,1656 g/cm3 con una desvia-ción típica de 1,53 x 10-4

• Determinación de la porosidadLa porosidad de la partícula de un sóli-

do es una medida de la rugosidad y la capa-cidad de la superficie y se estimó a partir desu relación con la densidad, según la ecua-ción:

En la tabla 2 se resumen las propiedadesfísicas del bagazo natural utilizado en lasexperiencias.

Microscopía Electrónica de BarridoLas muestras de bagazo natural, fueron

analizadas empleando la microscopía elec-trónica de barrido (MEB) acoplada a un sis-tema de energía dispersiva (EDS) (microaná-lisis elemental), lo cual permite determinaruna composición cualitativa y semicuantita-tiva de muestras a partir de la emisión derayos X característicos (ver figura 1).

Capacidad de sorción de la fracción deinterés, con el hidrocarburo seleccionado

Para determinar la capacidad de sorción,se tuvo en cuenta la metodología aplicada

según Ortiz (10), en el cual se determina lamasa de hidrocarburo sorbido por gramo dematerial sorbente, mediante la ecuación:

Donde:Ca = Capacidad de sorción.mt = Masa de material impregnado (Peso

del sorbente e hidrocarburo sorbido)m0 = Masa del material sorbente seco.

Para los ensayos gravimétricos se utilizóuna balanza analítica marca DenverInstrument modelo TB-224ª, d*= 0,0001 g.Directiva No. 90/384/CEE para balanza defuncionamiento no automático aplicable enlos estados miembros de la comunidadeuropea.

Los cálculos fueron programados y pro-cesados en Excel y para el análisis estadís-tico se utilizó el programa StatgraphicsPlus.

39

.

.

.

solv

so lvp

partreal mV

m

ρ

ρ−

= Ec. 1

real

apreal

real

apeρ

ρρρρ −

=−= 1 Ec. 2

Tabla 2. Resultados estimados de algunas propiedades físicas del bagazo natural

Propiedad física Valor

promedio Humedad a 105 0C (%) 7,57 Densidad aparente (g/cm3) 0,0697

Densidad real (g/cm3) 0,1656 Porosidad 0,60 Flotabilidad Si

Figura 1. Microfotografías de partículas debagazo natural.

0

0

mmmCa t −= Ec. 3

Pruebas de sorciónEn este método, se pesa aproxima-

damente 1 gramo de material, se colo-ca en un recipiente y se le añade elhidrocarburo. Se deja en contacto untiempo de 15 minutos a presiónatmosférica y temperatura ambiente.Luego es filtrado por escurrimiento (1hora) en un embudo de malla fina yse cuantifica la ganancia en peso porel método gravimétrico.

Para corroborar los resultados y para bus-car datos de diseño que serán aplicados en elescalado a nivel piloto se realiza el procesode biosorción en continuo en una columna,permitiendo establecer los parámetros deoperación que se muestran en la tabla 4.

Los resultados de la capacidad de sor-ción obtenidos con el material evaluado,son promisorios al compararlos con trabajosde otros autores (11- 14). Ello ofrece resulta-dos satisfactorios para su empleo industrialcomo producto sorbente nacional con carac-terísticas similares osuperiores a los oferta-dos en el mercadointernacional.

EscaladoTeniendo en cuenta

los experimentos reali-zados en una columna a

escala de laboratorio, se lleva a cabo un esca-lado a nivel de planta piloto para analizar elcomportamiento de los parámetros estudia-dos en esta investigación. Para ello se realizóun esquema tecnológico con apoyo del pro-grama Super Pro Design, se mostró una pro-puesta del sistema tecnológico para la remo-ción de hidrocarburos, utilizando columnasrellenas con bagazo de caña. Se exponen lasdos posibilidades para el tratamiento secun-dario al efluente de la columna (figura 3).

Metodología para el escalado de torres deadsorción

Para aplicar el escalado a nivel de plantapiloto se emplea la metodología propuestapor Curbelo (15), la cual toma en considera-ción los parámetros de operación del mode-lo en función de las mejores condiciones.En esta metodología se plantea que para elmodelo y el prototipo se deben cumplir lossiguientes principios:• Similitud geométrica.• Similitud térmica, pues el rango de tem-

peratura de trabajo no varía.• Similitud cinemática. Las propiedades

físicas del fluido se mantienen constantesde una escala a otra, para garantizar elrégimen de transferencia de masa.

• Similitud dinámica, dado que elReynolds es laminar.

Similitud geométricaEl modelo a escala de laboratorio y el de

planta piloto serán iguales geométricamen-

40

Figura 2. Procedimiento para la prueba desorción del bagazo.

Tabla 4. Resultados obtenidos a escala de laboratorio para la absorción de hidrocarburos, grasas y aceites

Valor medio

Valor mínimo

Valor máximo

Desviación típica

g de diesel/g de bagazo 1,8093 1,6942 1,8869 0,10

Figura 3. Propuesta de escalado a nivel de planta piloto deun sistema para la remoción de hidrocarburos.

te, por lo que la relación H/D es constante eigual en cada sistema, cumpliéndose que:

Las propiedades físicas del fluido novarían, pues es el mismo tanto, en el labora-torio como en el escalado a planta piloto,por tanto:

El rango de temperatura no varía, por loque se considera similitud térmica.

En operaciones de adsorción, absorcióno reacciones catalíticas en lecho fijo o flui-dizado, el escalado se efectúa sin variar eltipo de partícula, debido a que la naturale-za, dimensiones y porosidad se mantienenen ambos sistemas, por lo que se cumpleque:

Rem = Rep = constante.

Al considerar que los sistemas homólo-gos son semejantes geométrica y térmica-mente, se cumple que:

Significa que manteniéndose constanteslas dimensiones entre el modelo del labora-torio y el de la planta piloto, así como laspropiedades del fluido que circula a travésde la columna y el tipo de partícula que seemplee como adsorbente, la velocidadsuperficial tiene que ser la misma paraambos sistemas. (16).

A continuación, se observa la influenciade lo anteriormente explicado en la ecua-ción de escala escogida:

entonces (k = 1). Relación de parámetroentre el modelo y el prototipo. Esto significaque el prototipo será igual al modelo en loreferente a transferencia de masa, siempre ycuando en esos sistemas sea igual la veloci-dad superficial υo.

Caída de presiónSi se selecciona el primer término de la

ecuación de Ergun:

41

Tabla 5. Simbología utilizada en el epígrafe de escalado

M Modelo experimental (laboratorio)

P Modelo a escala de planta piloto

e Porosidad Df (pie2/h) Difusividad agua oleosa (kg/m3) Densidad agua oleosa (Pa*s) Viscosidad Q (L/h) Flujo de la solución

Af (m) Área de la sección transversal

(m/s) Velocidad del fluido a través de la cama

K (lib/h*pie2)

Coeficiente de transferencia de masa

H (m) Altura de la cama D (m) Diámetro de la columna Re Número de Reynold (Pa) Caída de presión Esfericidad o factor de

forma dc (m) Diámetro de la partícula

ρμ

oυ

PΔψ

mDpD

HmH P = Ec.4

p

m

m

p

μμ

ρρ

= Ec.5

( )Re1ReRe ==

mp

Relación de parámetroentre el modelo y el pro-totipo

Ec.6

== pm oo υυ Constante

( ) 1== oo

o

mp υ

υυ

Relación de parámetroentre el modelo y el pro-totipo

Ec.7

( ) 16,0

5,0

*

**1*9,10

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡−=

μρf

f

f

f

D

AQdp

DAdp

eQkEc 8

ofA

Q υ=Como

( ) 16,05,0 **

19,10⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−=

μρ

υυ f

o

fo Ddp

Ddp

ek Ec. 9

5,0

⎟⎠⎞⎜

⎝⎛

o

oυ

υk es función de y como υo= 1,

Manteniendo constantes ψ, dp, μ y e, sellega a la siguiente relación:

Lo que implica que el valor de caída depresión por unidad de longitud o altura dellecho, depende solamente de que se man-tenga la misma velocidad del fluido, o loque es lo mismo:

ΔP es función de H*υo y como υo = 1,entonces ΔP solo depende de H.

Aplicando el procedimiento según losdatos del modelo, se pueden obtener losresultados para el prototipo.

Las condiciones antes descritas, propi-cian que la cama se mantenga estable, no sefragmente, que no drene cuando cese la ope-ración, y que se logre una caída de presiónadecuada. Se define una relación H/D de lacolumna de 5/1 como criterio de diseño (16).

Cálculo de los parámetros de la columna aescala piloto

Para realizar el escalado de la propuestaa escala de planta piloto de la columna deadsorción rellena con bagazo natural, setoma como referencia la columna a escalade laboratorio, aplicando la metodologíaestablecida. Partiendo que la altura de lacama del modelo es de 30 cm y que comocriterio de escalado se trabaja con una rela-ción modelo/prototipo de ½, se tiene quesustituyendo en la ecuación 4 y conociendoque el diámetro del modelo es 5,2 cm y delprototipo es 10,4 cm, se tiene:

Donde Hp = 60 cm

Conociendo que la altura del lecho en elmodelo es de 30 cm y Q = 1,0 l/h. (2*10-7

l/s), sustituyendo y despejando en la ecua-ción 10:

Cálculo de la velocidad:

Utilizando la relación de escalas para laaltura del lecho de 60 cm:

En la tabla 6 se resumen los datos fun-damentales de la columna rellena con baga-zo a escala de laboratorio y del prototipoque se utilizará para estudios preliminarescon las aguas oleosas provenientes de laestación de generación de vapor del come-dor central de la Universidad Central "MartaAbreu" de Las Villas. Además, se determinómediante la relación de escala establecida,la caída de presión que proporciona ellecho. Las caídas de presión son bajas encorrespondencia con la baja densidad y altaporosidad del relleno. También se reportanlos valores del flujo, tanto en la escala delaboratorio como en la columna piloto. El

42

( )223

2

**

*1150

dpee

HP o

ψυμ−

=Δ

Ec.10

HPΔ

es función de υo

HpPp

HmPm Δ=Δ

(Relación de Escala) Ec.11

cmcm

cmpH

2,54,10

30=

( )223

2

***1150

dpee

HP o

ψυμ−=Δ

sm

ms

mo 013,0

10*12,2

10*77,225

37

== −

−

υ

pHpP

mHmP Δ=Δ

( ) Pamm

smsPa

P 77030,0*)0015,0(*5,0

013,0**10,*1*

6,06,01*150

22

3

3

2

=−=Δ−

(Relación de Escala)

mpP

mPa

60,030,0770 Δ=

PaP 1540=Δ

Tabla 6. Parámetros básicos de diseño de las columnas a escala de laboratorio y piloto

Para solución de Agua Oleosa P a r á m e tr os L a b or a to r io P i lo to

H (m) 0,30 0,60

dc (m) 0,052 0, 104 ÄP (Pa) 770 1540 Q (m3/s) 2*10-7 8,3*10-7

tiempo de agotamiento del bagazo para laescala de laboratorio fue de 12 horas, mien-tras que la escala piloto es de 32 horas.

Masa de bagazo que se necesita en la plan-ta piloto

Para una altura y diámetro del prototipopiloto, y en función de la densidad aparen-te del bagazo (ρap= 67,7 kg/m3) se determi-na el volumen de la cama:

Vcama= 5,094*10-3 m3

La masa de bagazo a utilizar es de:mbagazo= 345 g

DISCUSIÓN

Evaluación del prototipo a escala pilotoCon el objetivo de evaluar la calidad del

efluente (agua residual oleosa a la salida dela columna) y el impacto que las mismaspueden ocasionar al ser vertidas al medio(cuerpo receptor), se determinaron las con-centraciones de hidrocarburos y grasas yaceites en el afluente y el efluente de lacolumna. En la tabla 7 se reportan los resul-tados obtenidos.

Como se puede observar, la propuestatecnológica de utilización de la biosorciónpara la remoción de hidrocarburos utilizan-do bagazo de caña disminuye considerable-mente el poder contaminante de dichasaguas. Se logra remover el 83,58 % de lasgrasas y aceites y el 85,82 % de los hidro-carburos totales presentes en el afluente.

Aunque los porcientos de remociónobtenidos con la propuesta tecnológica sonaltos, el efluente no cumple con los LMPPestablecidos en la NC 27. 1999 para uncuerpo receptor clase A, ya que en su com-

posición se encuentran hidrocarburos tota-les, grasas y aceites, considerados sustan-cias tóxicas y peligrosas, cuyo vertimiento acualquier cuerpo receptor está prohibido.

Teniendo en cuenta los contaminantespresentes en el efluente (agua residual oleo-sa a la salida de la columna) y los estudiosrealizados por diferentes autores (17-20), serecomienda como tratamiento final unhumedal construido, de flujo subsuperfi-cial, ya que los mismos están consideradoscomo instalaciones de tratamiento biológicode bajo costo tecnológico, fáciles de operary mantener porque requieren un bajo núme-ro de operarios y pocos equipos electrome-cánicos, además de su sencillez de cons-trucción, consumo energético mínimo yarmonía con el medio ambiente. En el casode utilizar un humedal las aguas pueden servertidas directamente al río y no se envia-rían al sistema de colección de residualespara su posterior tratamiento junto al restode los residuales del campus.

CONCLUSIONES

1. Los estudios realizados demostraronque el bagazo de la caña de azúcar tienepotencialidades como sorbente dehidrocarburos a la granulometría estu-diada (- 2 + 1 mm).

2. La solución tecnológica, referida al trata-miento de las aguas oleosas generadas enestaciones de vapor mediante columnasempacadas con bagazo natural, es unaopción tecnológica y ambientalmentefactible.

3. Los principales parámetros de operaciónde la columna de absorción a escala pilo-to han sido calculados: altura de lacolumna 0,60 m, caída de presión 1540Pa, volumen de la cama 5,094*10-3 m3 ymasa de bagazo 345 g.

4. Las caídas de presión en las columnasutilizadas a nivel de laboratorio y el esca-lado a planta piloto tienen valores que secorresponden con la alta porosidad y labaja densidad del biosorbente.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. Brito, J. Propuesta de una tecnologíapara obtener un biosorbente de Cr3+ a

43

Tabla 7. Concentración de hidrocarburos y grasas y aceites antes y después de pasar por la columna.

Contaminantes

Valor medio

entrada(mg/l)

Valor medio salida(mg/l)

Grasas y aceites 25,21 4,14

Hidrocarburos 49,36 7,00

partir del bagazo de caña. Escalado anivel de planta piloto". Cuba. 2006.Facultad de Química Farmacia.Universidad Central "Marta Abreu" deLas Villas. Tesis para optar por el gradode Master en Ingenieria de Proceso.

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44

45

Carmen Amarilys Guevara-Rodríguez1, Víctor Rodríguez-Domínguez2, Anais Rodríguez-Medina3, Laura Rodríguez-Acosta3

1. Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de AzúcarVía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, La Habana, Cuba

amarilys.guevara@icidca.edu.cu2. Ministerio de la Agricultura. Ave. Independencia y Conill, Nuevo Vedado,

Plaza. La Habana.3. Empresa Pecuaria Genética Los Naranjos. Caimito. Artemisa

RESUMEN

En Cuba, en la cría artificial de terneros, se utilizan reemplazantes lácteos de importa-ción y el de producción nacional. Se tiene como objetivo evaluar la Levadura Torula devinaza (Candida utilis NRRL Y-660) como componente proteico en el sustituto lácteo "LosNaranjos" que se suministra a partir de los 31días y hasta los 90 días de nacidos a losterneros. La muestra abarcó un total de 30 terneras de líneas de leche (Holstein puro ymestizo), distribuidas al azar en un diseño aleatorio en 3 tratamientos con 10 réplicascada uno: T1 (control), T2 (50 % de Nuclimix y 50 % Levadura Torula de vinaza(Candida utilis NRRL Y-660) y el T3 (50 % de Nuclimix y 50 % Levadura Torula de miel(Candida utilis NRRL Y-660). El procesamiento de los datos se realizó mediante un méto-do de comparación múltiple de Duncan. Se empleó el sistema de cómputo de datos STAT-GRAPHIC CENTURION XV. La ganancia media diaria no mostró diferencia significativaentre el tratamiento T2 con respecto al T3, y la ganancia con T2 y T3 fueron superioresal control. Los valores de T2 y T3 son significativamente mayores que los de T1, con un95 % de confianza. El consumo en el T2 fue superior con relación a T3 y T1 en 0,17 y 25kg, respectivamente. Se concluyó que con la inclusión en un 50 % de la Levadura Torulade vinaza se obtienen ganancias de peso vivo de 638 g/animal/día, con un potencial deentrega a la industria de 18 MM de litros de leche entera, y un beneficio para el país de6,3 MM de USD/año.Palabras clave: validación, levaduras, sustitutos lácteos, terneros.

ABSTRACTIn Cuba, in the artificial breeding of males and females calves substitute of milk are used,some imported and one of local production named "Los Naranjos" The purpose of thisresearch work is to evaluate the use of torula yeast, obtained from vinasses (Candida uti-lis NRRL Y-660),as a protein source in the milk substitute "Los Naranjos", supplied to cal-ves between day 31 and day 90 after birth.A sample of 30 calves (Holstein and hybrid),distributed at random, with an aleatory design of three treatments, with10 replys each.Treatment T1 as Control, T2 as a mixture of 50% of the imported Nuclimix and 50 % ofTorula yeast from vinasses (Candida utilis NRRL Y-660), and T3 a mixture of 50 % of

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2012, vol. 46, no. 3 (sept.-dic.), pp. 45 - 51

INTRODUCCIÓN

Es conocido que los terneros en su etapatemprana de vida requieren para su alimen-tación de leche entera, lo que significa unacompetencia con el humano por este pro-ducto (1).

En Cuba, como parte de la tecnología dela cría intensiva del ganado vacuno se intro-dujo, desde sus inicios, el sistema de críaartificial de terneros (suministro de alimen-tos líquidos en pozuelos desde los primerosdías de nacidos (a partir de 3 días) hasta eldestete (90 días), utilizando reemplazantesde importación y el sustituto “Los Naranjos”fabricado en la propia Empresa PecuariaGenética que lleva su nombre.

Los precios de la leche entera presentanuna tendencia ascendente; actualmente,superan los 4500 USD por tonelada.

Este comportamiento ha estado influidopor el incremento en más de 4 veces delconsumo de este producto en países comola India y China, unido al crecimiento de lapoblación mundial y al lento incremento dela producción lechera en el mundo.

La Levadura Torula a partir de miel hasido utilizada en Cuba desde hace más de30 años como fuente de la proteína en reem-plazantes lecheros en la alimentación deterneros con resultados satisfactorios (2),pero debido a la inestabilidad y depresiónde su producción fue preciso reformularsustitutos lácteos utilizando soya H-20(empleada como extensor de productos cár-nicos).

El ICIDCA desarrolló una tecnología deproducción de Levadura Torula utilizandocomo sustrato la vinaza de las destilerías,para disminuir el impacto ambiental queproduce la deposición en el medio ambien-

te de altas cargas contaminantes que repre-sentan las vinazas (3 y 4).

La disminución del costo de producciónal emplear un residuo como las vinazascomo materia prima, posibilitó la aplicacióndel proceso en tres plantas del país con dis-ponibilidad del producto.

Este trabajo experimental se orienta aevaluar la Levadura Torula de vinaza(Candida utilis NRRL Y-660) como compo-nente proteico de un sustituto lácteo del ter-nero, para ser utilizado a partir de los 31días de nacidos.

MATERIALES Y MÉTODOS

El trabajo experimental se realizó entrefebrero-junio de 2011, en la EmpresaPecuaria Genética "Los Naranjos". Se em-ple-aron 30 terneras de líneas de leche (Holsteinpuro y mestizo) durante 8 semanas, en tresgrupos de 10 animales cada uno en cría arti-ficial por un período de 31-90 días. Se utili-zó un diseño de bloques al azar con tres tra-tamientos y 10 réplicas cada uno.

El procesamiento de los datos se realizómediante el método de comparación múlti-ple de Duncan (1955) y el sistema de cóm-puto de datos STATGRAPHIC CENTURIONXV (1982-2007).

El reemplazante lechero evaluado,nominado Sustituto Los Naranjos TV, secompone de 50 % de Levadura Torula devinaza (Candida utilis NRRL Y-660), proce-dente de la Empresa Azucarera “AntonioGuiteras” y 50 % de Nuclimix. La LevaduraTorula de miel (Candida utilis NRRL Y-660)se empleó para corroborar la eficacia com-parativamente, teniendo en cuenta losresultados obtenidos por otros autores (5).

46

Nuclimix and 50 % of Torula yeast from cane molasses (Candida utilis NRRL Y-660). Thedata processing was made by the Duncan multiple comparison method, using the datacomputing system STATGRAPHIC CENTURION XV. The mean daily gain did not showsignificant differences between the T2 and T3 and the gains with T2 and T3 are higherthan the one with the Control (T1). The treatments T2 and T3 are significantly higherthan the T1 with a 95 % confidence. The intake in treatment T2 was superior in relationto T3 and T1 by 0.17 and 25 kg respectively. It was concluded that with the inclusion thatwith the inclusion of a 50 % of Torula yeast from vinasses it's possible to attain gains ofliving weighs of 638 g/animal/day, with a potential of supplying the industry of 18 MMliters of whole milk, with a benefits of 6.3 millions USD for the country.Keywords: validation, yeast, milk substitute, calves.

Tratamiento T1 (testigo)Reemplazante de importación. Raltec-2

(d), que consumieron las terneras desde los11- 90 días a razón de 4 litros diarios en 2tomas, con una dilución de 115 g/l de aguapotable. Este es el sistema actualmenteorientado por la Dirección de Ganadería delMinisterio de la Agricultura de Cuba.

Tratamiento T2Sustituto Los Naranjos TV [50 %

Levadura Torula de vinaza (Candida utilisNRRL Y-660) + 50 % de Nuclimix].Estructurado en tres etapas.• Etapa 1. (11- 30 días de edad), sustituto

de importación (Raltec- 2), a razón de 4litros diarios en 2 tomas, con una dilu-ción de 115 g/l de agua potable.

• Etapa 2. (31 - 60 días de edad), sustitutoimportación (Raltec- 2) a razón de 2 litrosdiarios en 2 tomas, más 2 litros delSustituto Los Naranjos TV, a razón de 2litros en dos tomas, con una dilución de115 g/l de agua potable.

• Etapa 3. (61- 90 días de edad), sustitutoLos Naranjos TV, a razón de 4 litros dia-rios en 2 tomas, con una dilución de115 g/l de agua potable.

Tratamiento T3Sustituto Los Naranjos TM [50 %

Levadura Torula de miel (Candida utilisNRRL Y-660)+50 % de Nuclimix]. Tambiénestructurado en tres (3) etapas.• Etapa 1. (11- 34 días de edad), sustituto

de importación (Raltec- 2) a razón de 4litros diarios en 2 tomas, con una dilu-ción de 115 g/litro de agua potable.

• Etapa 2. (35 - 62 días de edad), sustitutoimportación (Raltec- 2) a razón de 2 litrosdiarios en 2 tomas, más 2 litros del susti-tuto Los Naranjos TM, a razón de 2 litrosen dos tomas, con una dilución de 115g/litro de agua potable.

• Etapa 3 (63- 92 días de edad), sustitutoLos Naranjos TM a razón de 4 litros dia-rios en 2 tomas, con una dilución de115g/litro de agua potable.

Los componentes evaluados se refierenseguidamente: • Levadura Torula de vinaza (Candida uti-

lis NRRL Y-660). Se obtiene a partir de lasvinazas, residual de la producción dealcohol, altamente agresivo al medio

ambiente. La composición bromatológicaes de 92 % de materia seca y 40 % prote-ína bruta, originaria de la fábrica radica-da en la Empresa Azucarera “AntonioGuiteras” en Las Tunas.

• Nuclimix. Núcleo de importación com-puesto por leche entera en polvo, orto-fosfato, carbonato de calcio, grasa vege-tal, vitamina A, D3, E y K y mezcla deantioxidante procedente de la firmaCampi, productora de alimentos de con-sumo animal, ubicada en Mérida,México (6).

• Levadura Torula de miel (Candida utilisNRRL Y-660). Se obtiene a partir de lamiel final excedente de la producción deazúcar, con 93 % de materia seca y unaporte de 42 % proteína bruta, proceden-te de la fábrica radicada en la EmpresaAzucarera “Ciro Redondo” en Ciego deÁvila.

• Raltec-2. Sustituto de importación, com-puesto por cereales, grasa vegetal, con-centrado proteico, fosfatos, vitaminas,minerales y prebióticos, procedente de lafirma Cerverán, radicada en España yrepresentada en Cuba por la firma Novel.

• En todos los tratamientos el suministrode agua potable y pienso de inicio terne-ros fue a voluntad, durante todo el tiem-po de la validación. El heno se suminis-tró a partir de los 61 días de edad avoluntad y aunque no se pudo medir suconsumo por animal, se observó buenaaceptación del mismo en todos los trata-mientos.

La dilución del sustituto lácteo en el aguapotable, se realizó a una temperatura de 48-50 °C y se le suministró a las terneras a 36 °C.

Evaluación de la estabilidad del productoen condiciones de almacenamiento

Se tomaron muestras de las mezclaspara los tratamientos T2 y T3 que se con-servaron por un período de 30 días en elalmacén, para corroborar la ocurrencia decambios en el producto (coloración y endu-recimiento).

El análisis del comportamiento de losanimales se realizó mediante:• El pesado de las terneras al inicio y final

de cada etapa.• Control diario del consumo de pienso de

inicio por ternera.

47

• La aceptabilidad y consumo de los susti-tutos con Levadura Torula (Candida uti-lis NRRL Y-660) de miel y de vinaza alinicio de cada etapa y en el período de31 - 90 días

• La ganancia de peso promedio acumula-da por animal de 31 - 90 días.

• Control diario del estado de salud (enfer-mos, diarrea, y muertes) durante todo elperíodo evaluado.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Los resultados fueron objeto de una eva-luación económica preliminar: Los valoresde las materias primas e insumos tenidos encuenta se muestran en las tablas 1 y 2.

La ganancia de peso promedio acumuladaen cada tratamiento se muestra en la tabla 3.

Para la ganancia media diaria no seencontró diferencia significativa entre eltratamiento T2 con respecto al T3, (laganancia en el T2 fue superior en 79 gra-mos). El T2 y T3 son significativamentemayores que el T1 en un 95 % de confianza,coincidiendo con los resultados obtenidospor otros autores (2, 7), con el uso de laLevadura Torula (Candida utilis NRRL Y-660) como suplemento proteico en el reem-plazante entre 30 y 90 días de edad. Con eluso de la Levadura Torula de vinaza comofuente proteica en el sustituto lechero seobtienen ganancias de peso vivo de 638g/animal/día, superiores a las obtenidas porGonzález (2), cuando fue utilizada laLevadura Torula de miel como suplementodel alimento lácteo a partir de los 30 días deedad. Según reporte de la literatura (1), lalevadura también puede utilizarse como

suplemento de la lechey obtenerse gananciaen los terneros de 600g/día.

En el consumo acu-mulado no se encontródiferencia significativaentre el tratamiento T2con respecto al T3. Lostratamientos T2 y T3son significativamentemayores que el T1 conun 95 % de confianza.El consumo en el T2 fuesuperior con relación aT3 y T1 en 0,17 y 25 kg,

48

Tabla 2. Precios del resto de las materias primas y alimentos utilizados

Núcleo de importación (Nuclimix) 1600 $ USD/t. (11) Sustituto de importación. Raltec-2 1950 $ USD/t. (12)

Levadura Torula a partir de vinaza. (13) COMPONENTE TOTAL EN PESOS CONVERTIBLES 915,89

Levadura Torula a partir de mieles. (13) COMPONENTE TOTAL EN PESOS CONVERTIBLES 875,15

Tabla 1. Evolución de los precios en el mercado mundial de cinco alimentos de importación básicos (UM: USD/TM, PUESTO EN CUBA) (10).

Producto Precio

promedio 2010

Precio actual Diferencias

Trigo 280 411 + 131 (+47 %)

Maíz 240 388 + 148 (+62 %)

Harina de soya 412 433 + 21 (+5 %)

Aceite de soya 992 1442 + 450 (45 %)

Leche en polvo 3125 4930

Tabla 3. Ganancia de peso vivo de las terneras en la etapa de 31 - 90 días

*Letras desiguales, difieren significativamente. (P<0.05).

Tratamientos Etapa (días)

Peso vivo inicial (kg)

Peso vivo final (kg)

Ganancia g/día

ES

T1 58 33 47 241a 17,2 T2 58 40 77 638b 34,9 T3 59 39 72 559b 48,6

respectivamente, correspondiendo con elestado de salud de los animales.

En la etapa evaluada de vida del ternero,el alimento concentrado (pienso), y el líqui-do (sustituto), fueron suministrados según lorecomendado por diferentes autores (8, 9).

Se observó que en condiciones de alma-cén a una temperatura ambiente de 22-33 °Cel sustituto lácteo Los Naranjos TV y TM(Nuclimix + Levadura Torula (Candida uti-lis NRRL Y-660) (vinaza o miel), se mantie-ne por un período de 30 días sin cambios enla composición ni endurecimiento.

La aceptabilidad por los animales delsustituto Los Naranjos TV (levaduraCandida utilis NRRL Y-660 de vinaza y la demiel) + 50 % de Nuclimix) fue favorabledesde el primer día que se le comenzó a pro-porcionar en el comedero.

Es importante señalar que los eventosdiarreicos durante la etapa 11-30 días, con laalimentación exclusiva de Raltec-2, ocasio-naron bajas ganancias de peso vivo en lasterneras (141-150 g) y se mantuvieron en eltratamiento testigo durante todo el periodoevaluado (88 días) en el 75 % de las terneras.

Durante la validación se afectaron porneumonía 7 terneras, correspondiendo al26 % de la población subdividida en:• Etapa de 31-60 días del T1 [2 terneras

(7 %)], en igual etapa del T2 [1 ternera(4 %)].

• Etapa de 31-89 días del T3 [4 terneras(15 %)].

Teniendo en cuenta los precios de losproductos lácteos y los sustitutos emplea-dos en el trabajo experimental, se relacio-nan en la tabla 5 los costos por litros y lasutilidades obtenidas.

El costo del litro de leche entera impor-tada con el 2,6 % de grasa es de: 0,4930 cen-tavos USD.

El costo del litro de leche recuperadacon el empleo del sustituto lácteo LosNaranjos TV (50 % Levadura TorulaCandida utilis NRRL Y-660 de vinaza + 50% de Nuclimix), es de 0,157 centavosUSD.

El costo del litro de leche recuperadacon el uso del sustituto importado es de0,25 centavos USD.

49

Tabla 4. Comportamiento del consumo de pienso de inicio por etapa (kg)

Etapa (días) T1 T2 T3 31 - 60 días 0,890 1,325 0,920 61 - 90 días 2,000 2,070 2,140 31 - 90 días 1,45a 1,70b 1,53b

ES 0,09 0,055 0,048 * Letras desiguales difieren significativamente. (P<0.05).

Tabla 5. Relación de los costos/litros de la leche entera importada, los sustitutos empleados y la utilidad (MM USD).

MM litros

Valor (MM USD)

Diferencia (MM USD)

Leche entera importada 0,4930 USD/litros

Sustituto nacional 0,1572 USD /litros

Diferencia 0,34 USD /litros 18 6,12

1,63 Leche entera importada 0,4930 USD/litros

Sustituto importado 0,2437 USD /litros

Diferencia 0,25 USD /litros 18 4.49

Ahorro por leche entera remplazada por el sustituto lácteo

36 10,61

Con el sustituto de leche Los NaranjosTV (50 % levadura Candida utilis NRRL Y-660) de vinaza + 50 % de Nuclimix) se aho-rra 0,34 centavos, que en 18 MM de litros deleche con 3,5 % de grasa significa un ahorrode 6,12 MM $ USD.

Con el uso del sustituto lácteo de impor-tación (Raltec-2), se ahorra 0,25 centavosque en 18 MM de leche con 3,5 % de grasasignifica un ahorro de 4,49 MM $ USD

El beneficio neto en 36 MM de litros deleche entera que se sustituyen anualmenterepresenta un ahorro de 10,61 MM $ USD

Las utilidades obtenidas con el sustitutolácteo Los Naranjos TV (50 % levaduraCandida utilis NRRL Y-660) de vinaza + 50 %de Nuclimix), son superiores a las obtenidascon el sustituto de importación en 1,63 MM $USD (tabla 3). Los reportes (1 y 2) concluye-ron que por el alto consumo que hacen losterneros de leche entera y su alto costo, cuan-do se incluye la Levadura Torula (Candidautilis NRRL Y-660) en la dieta, siempre seobtiene una respuesta positiva desde el puntode vista económico.

En la tabla 6, se detalla el importe enUSD/t del sustituto compuesto por 50 %Levadura Torula de vinaza + 50 % deNuclimix.

Tomando como referencia el costo deuna tonelada y que el consumo anual para100 000 terneros con el sustituto lácteo LosNaranjos es de 2000 t/año, representa unimporte de 2,5 MM USD/t.

En 100 000 terneros a razón de 180litros/ternero, se podrán sustituir 18 MM delitros de leche anuales por este concepto,con un consumo de 2000t del sustituto LosNaranjos [50 % Levadura Torula (Candidautilis NRRL Y-660)] de vinaza + 50 % deNuclimix.

La importación de esta cantidad de lecheen forma de polvo equivale a 1800 t de leche

entera en polvo, que implica erogar divisasen el mercado internacional por un valor de8,87 MM USD/año. En relación con el costode producción nacional representa utilida-des anuales calculadas en el orden de 6,37MM $ USD.

En relación con el precio de importaciónde harina de soya y el de la Levadura Torula(Candida utilis NRRL Y-660) de vinaza deproducción nacional, se presenta el siguien-te escenario.

El alza de los precios de la electricidad yen el mercado internacional de los nutrien-tes que se usan en la fabricación de laLevadura Torula de vinaza, han conllevadoa incrementar su precio al doble de la hari-na de soya, máxime si se tiene en cuentaque la tonelada de ella actualmente en elpaís se adquiere a 433 USD por tonelada.Para alimentar la población de terneros encría artificial con el sustituto Los Naranjos(Nuclimix + soya H-20), se demandaríacomo mínimo 1000 t/año equivalentes a 433000 USD/año. La sustitución de importacio-nes por este concepto podría analizarsecomo una pérdida económica para el país;sin embargo, en conjunto cuando se compa-ra con la tonelada del sustituto Raltec 2 deimportación a un costo aproximado de 1950USD/t, aún con el alto costo de la LevaduraTorula de vinaza, representa utilidades en elentorno de 918 USD por tonelada del pro-ducto que se deja de importar.

CONCLUSIONES

1. Se estudió por primera vez en Cuba laLevadura Torula (Candida utilis NRRL Y-660) de vinaza como fuente de proteínaen el sustituto lácteo.

2. Los resultados indican que con laLevadura Torula de vinaza se alcanzaron

50

Tabla 6. Indicadores económicos de la variante T2: Sustituto de producción nacional Los Naranjos TV (50 % Levadura Torula de vinaza + 50 % de Nuclimix).

Ingredientes % Cantidad

(t) Precio, USD/t

Importe, USD/t

Levadura Torula vinaza (Candida utilis NRRL Y-660).

50 0,5 915,89 457,94

Nuclimix Campi (importado) 50 0,5 1600 800 Total 100 1 --------- 1257,94

ganancias de peso vivo de 638 g/ani-mal/día y con la de miel 559g/animal/día.

3. La ganancia en peso obtenida en la tota-lidad de la población alimentada con elsustituto compuesto por Nuclimix másLevadura Torula de vinaza, resultó 2,6veces mayor que la obtenida con el susti-tuto importado.

4. El sustituto lácteo Los Naranjos, com-puesto por Nuclimix más LevaduraTorula de vinaza, tuvo buena aceptacióny consumo desde el primer día que se lesuministró a las terneras.

5. No hubo incidencias de diarrea, ni muer-tes a partir de los 31 días de edad, desdeque se inició el suministro del sustitutolácteo Los Naranjos, compuesto porNuclimix más Levadura Torula de vinaza.

6. En condiciones de almacenamiento porun período de 30 días mínimo, no seobservaron cambios en la coloración yendurecimiento del sustituto lácteo LosNaranjos. compuesto por LevaduraTorula de vinaza y/o miel más Nuclimix.

7. Según los costos/litros de la leche enteraimportada y los sustitutos empleados conel uso del sustituto de producciónnacional, compuesto por 50 % LevaduraTorula de vinaza (Candida utilis NRRL Y-660) + 50 % de Nuclimix, hay una utili-dad de 1,6 MM USD con relación al sus-tituto importado.

8. Con el sustituto de producción nacionalcompuesto por 50 % Levadura Torulavinaza (Candida utilis NRRL Y-660) + 50% de Nuclimix, se pueden entregar a laindustria, 18 MM de litros de leche ente-ra, con un beneficio para el país de 6,3MM de USD/año.

RECOMENDACIONES

Realizar esta validación en una mayorpoblación de terneros(as) en extensionesterritoriales en una o varias provincias.

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Jeannette Marrero-Coto1, Isis Amores-Sánchez2, Orquídea Coto-Pérez1

1. Laboratorio Biotecnología de los Metales. Departamento de Microbiología,Facultad de Biología. Universidad de La Habana. Cuba

2. Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de AzúcarVía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, La Habana, Cuba

isis.amores@icidca.edu.cu

.RESUMEN

Uno de los rasgos distintivos de la sociedad moderna es la creciente generación de con-taminantes ambientales, lo que trae consigo daños considerables a la salud humana y ala diversidad biológica. Los metales pesados son contaminantes que necesitan especialatención porque pueden permanecer varias décadas en el suelo y concentrarse en lascadenas tróficas. Las tecnologías desarrolladas para el saneamiento de ambientes con-taminados con metales pesados son costosas y requieren un largo período de tiempo parasu ejecución. La fitorremediación es una vertiente de la biorremediación que surgerecientemente como alternativa ante esta problemática ambiental, y se basa en el usode plantas que acumulan elevadas concentraciones de metales en sus tejidos para con-tener, remover o neutralizar contaminantes, mediante mecanismos de captura de meta-les propios de estas plantas y/o por los microorganismos que se desarrollan en la rizos-fera. Estudios previos sugieren que los microorganismos rizosféricos poseen mecanismoscapaces de alterar la circulación de metales en el medio ambiente, con efectos subse-cuentes en el potencial de la planta para su captación en la raíz. En la actualidad, lafitorremediación no es una tecnología disponible comercialmente. Los progresos en elcampo son limitados por falta de conocimiento de las interacciones complejas en larizosfera y los mecanismos de plantas hiperacumuladoras que permiten la translocacióndel metal y su acumulación. Esta revisión responde a la necesidad de brindar mayoresconocimientos que aumenten la rentabilidad y eficacia de estas plantas, debido a que suaplicación resulta muy importante en la protección del medio ambiente.Palabras clave: biorremediación, fitorremediación, fitoextracción, plantas, medioambiente

ABSTRACT

One of the major features of the modern world is the increased formation of environ-mental pollutants that bring about remarkable damages on health and biological diver-sity. The non-biodegradable heavy metals are pollutants that require special attentionbecause they can remain several decades in the soil and then accumulate themselves inthe trophic chains. Current technologies for cleaning up heavy metals in contaminated

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2012, vol. 46, no. 3 (sept.-dic.), pp. 52 - 61

INTRODUCCIÓN

El desarrollo tecnológico, la explotaciónmasiva e indiscriminada de los recursosnaturales y la producción de desechos prin-cipalmente urbanos han determinado lapresencia de metales en cantidades impor-tantes en el ambiente, que han provocadonumerosos efectos sobre la salud y el equi-librio de los ecosistemas. Los metales se dis-tinguen de los contaminantes orgánicos enque no son biodegradables (1). El contenidode metales pesados en suelos, debería serúnicamente función de la composición delmaterial original y de los procesos edafoge-néticos que dan lugar al mismo. La activi-dad antropogénica ha ejercido un efectoconsiderable en la concentración y movili-dad de los metales en los suelos con la emi-sión de grandes cantidades de partículas,que después de permanecer cierto tiempoen la atmósfera, precipitan en los sueloscerca del lugar donde fueron vertidos (2).

Desde finales del siglo XX, diversas tec-nologías han sido desarrolladas con el fin demitigar el riesgo de contaminación conmetales pesados o para sanear las aguas ysuelos contaminados. Muchas de estas soncostosas y de moderada eficacia, a la vezque exigen largos períodos de desarrollo einvestigación, por lo que se ha trabajadointensamente en la búsqueda de alternati-vas nuevas y mejoradas que sustituyan a lasactuales estrategias de saneamiento. En estesentido resalta la fitorremediación, una tec-nología barata y con gran potencialidad enel saneamiento y recuperación de suelos.

Esta técnica se basa en el uso de plantasverdes, incluidas las especies leñosas, quecontienen, remueven o neutralizan com-puestos orgánicos, metales pesados o radio-nucleidos (3, 4). Esta definición incluyecualquier proceso biológico, químico o físi-co inducido por las plantas, que ayude en laabsorción, secuestro, degradación y metabo-lismo de los contaminantes, ya sea por lasplantas mismas y/o por los microorganis-mos que se desarrollan en la rizosfera.Ciertos microorganismos del suelo produ-cen sideróforos y quelatos de hierro que ase-guran la disponibilidad del hierro en larizosfera, reducen el pH del suelo y/o solu-bilizan metal-fosfatos, lo que afecta la movi-lidad y disponibilidad de metales para lasplantas (5, 6).

En la zona del Caribe, la presencia deplantas terrestres capaces de hiperacumularmetales pesados es elevada. Se han encon-trado 12 familias, 30 géneros y 157 especiescon esta propiedad; de ellas 122 especiesson hiperacumuladoras y 35 son acumula-doras. Las familias mejor representadas son:Asteraceae, Euphorbiaceae y Rubiaceae, ylos géneros con mayor contribución enespecies: Buxus, Leucocroton, Phyllanthus,Pentacalia, Mosiera, Psychotria, Gochnatia yTetralix. Cuba es la isla de mayor superficiede serpentina y mayor desarrollo de la floraserpentinícola, por lo que posee la mayorcantidad de especies de este tipo (7).

El posible uso de plantas hiperacumula-doras, especialmente para destoxificarambientes contaminados (fitorremedio)potencia actualmente la investigación con-

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ecosystems usually do not show immediate effect as well as expensive. Phytoremediationseems to be a feasible option against environmental pollution. Such a strategy for amend-ment is one of the alternatives in bioremediation, which is based on the use of certainhyperacumulative plants in order to withhold, remove and/or neutralize the pollution,either by themselves or by means of some microorganism growing on rizosphera. Severalevidences suggest that some soil-microorganisms are able to alter the environmental recy-cling of these metals, affecting subsequently their uptake into the roots. Nowadays, phyto-remediation is not a commercially available technology. The progress in this field are stilllimited due to the insufficient understanding of both, the complex interactions at therizosphera and the mechanisms of metal translocation and accumulation derived fromplants. This review responds to the need to provide more knowledge to help increase theefficiency and profitability of these plants, because its applicability is of great importan-ce in different areas, but it is particularly relevant in the protection of the environment.Keywords: bioremediation, fitoremediation, fitoextraction, plants, environment.

junta de diversos campos. En este sentido,el estudio de los microorganismos asociadosa plantas hiperacumuladoras de metal y susrelaciones puede aportar importantes cono-cimientos.

METALES PESADOS COMO CONTAMI-NANTES AMBIENTALES

Los metales pesados constituyen ungrupo de 65 elementos con una densidadmayor de 5 g/cm3 y poseen diversas caracte-rísticas físicas, químicas y biológicas (8).Varios elementos resultan esenciales para elcrecimiento, reproducción y/o supervivenciade los organismos vivos; otros, son de granimportancia económica e industrial y puedenocasionar efectos perjudiciales. La Agencia deProtección Ambiental de los Estados Unidos(E.P.A.) ha definido al Hg (un metal trazapesado) como peligroso, una ligera exposi-ción a este metal puede causar daños a lasalud humana. Otros nueve metales han sidodefinidos como posibles elementos peligro-sos: Ba, Cd, Cu, Pb, Mn, Ni, Zn, Vn, Sn; supeligrosidad es potencial y deben mantenersebajo control. Todos estos, excepto el manga-neso son metales traza, y todos, excepto elbario, son metales pesados (9).

En los suelos, los metales más abundan-tes son: el Mn, Zn, Ni y Pb (1-1.500 µg/g); elMn puede llegar a 10 000 µg/g. Los metalespesados pueden encontrarse en altas con-centraciones en los suelos por causas natu-rales. Las rocas ígneas ultrabásicas (comolas peridotitas y las serpentinas) presentanlos más altos contenidos en metales pesa-dos, seguidas de las ígneas básicas (comolos gabros y basaltos) (10).

Los metales pesados incorporados alsuelo pueden pasar a las aguas superficialeso subterráneas, a la atmósfera por volatiliza-ción, a las cadenas tróficas al ser absorbidospor las plantas o quedar retenidos, por loque representan una amenaza biológicapara todos los organismos. Los procesos debioacumulación se deben básicamente a laimposibilidad del organismo afectado demantener los niveles necesarios de excre-ción del contaminante, por lo que sufre unaretención en el interior del mismo (11). Unavez incorporados a los tejidos, los metalesson capaces de reaccionar con una granvariedad de sustancias. Sus efectos tóxicos

específicos sobre un sistema biológicodependen de reacciones con ligandos queson esenciales para la función normal deese sistema. Los metales muestran gran afi-nidad por grupos sulfidrilo y por gruposamino, fosfato, carboxilo, imidazol e hidro-xilo, que forman parte de enzimas y otrasproteínas esenciales. Los ácidos nucleicostambién pueden afectarse por los metalespesados, lo que ocasiona determinado efec-to genotóxico: mutaciones genéticas; aberra-ciones cromosómicas; alteraciones en la sín-tesis y reparación de ácidos nucleicos ytransformaciones celulares (12).

Por otra parte, los metales pesados nopueden ser destruidos No es posible uncambio en la estructura nuclear del elemen-to, solamente es transformado de un estadode oxidación o complejo orgánico a otro (1).Como consecuencia de estos cambios, elmetal puede:

• eliminarse por lixiviación, • ser menos tóxico, • ser menos soluble en agua hasta preci-

pitar y, por tanto, menos biodisponible, • ser volatilizado y aislado a partir del

área contaminada.A los metales pesados se le atribuyen

determinados efectos de contaminaciónambiental y toxicidad. Las altas concentra-ciones de metales pesados en el suelo pue-den provocar cambios evolutivos, debido asus efectos dañinos. Son potencialmentecontaminantes devastadores, ya que conta-minan el aire, el agua y el suelo, y son utili-zados por las plantas y demás eslabones dela cadena trófica (13).

FITORREMEDIACIÓN

Los avances tecnológicos para sanearambientes contaminados por metales tóxi-cos han conducido al desarrollo de alterna-tivas que se basan en el empleo de organis-mos vivos para prevenir o restaurar dañosprovocados por acciones antropogénicasque alteran la estabilidad de los diferentesecosistemas. En este sentido, resalta la bio-rremediación, procedimiento natural queconsiste en el empleo de sistemas biológicoscapaces de eliminar los contaminantes orgá-nicos e inorgánicos de un determinadomedio, dada su capacidad de utilizar com-puestos presentes en su entorno y transfor-

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marlos en precursores de sus constituyentescelulares (14).

La fitorremediación es una de las ver-tientes de la biorremediación que puedeconsiderarse una tecnología alternativa ren-table y sostenible (15). En ella se empleanplantas (flora arbórea, arbustiva, herbácea)(16, 17) y algas (18) que tienen la capacidadde almacenar y eliminar sustancias tóxicasmediante sus procesos metabólicos, princi-palmente metales pesados, por lo que sondenominadas plantas hiperacumuladoras.

Existen varias técnicas de fitorremedia-ción aplicables a suelos contaminados conmetales pesados: fitoextracción, fitoestabili-zación, fitodegradación, fitovolatilización,fitorrestauración. La fitoextracción, tambiénconocida como fitoacumulación, consisteen la absorción y translocación de los meta-les desde las raíces hasta las partes aéreasde las plantas; estas posteriormente se cor-tan y se incineran o son acumuladas con elobjetivo de reciclar los metales. La fitoesta-bilización se basa en el uso de plantas tole-rantes a los metales para inmovilizarlos através de su absorción y acumulación en lasraíces o precipitación en la rizosfera, y dis-minuir su movilidad y biodisponibilidadpara otras plantas o microorganismos ensuelos donde la gran cantidad de contami-nantes imposibilita la fitoextracción (14). Lafitodegradación y rizodegradación se refie-ren a la degradación de contaminantes orgá-nicos a través de las enzimas de las plantas,sus productos o por la acción de microorg-nismos rizosféricos; la fitorrestauración estáreferida a la reforestación de áreas contami-nadas con especies resistentes de rápidocrecimiento, que previenen la migración departículas contaminantes y la erosión de lossuelos (15, 19).

Las plantas realizan la captura de ele-mentos tóxicos mediante diversos mecanis-mos. Esto ocurre a través de transportadoresaltamente específicos presentes en sus raí-ces con una gran capacidad para absorberdistintos contaminantes (20).

El potencial de empleo de las plantashiperacumuladoras de metales pesados enel saneamiento de suelos contaminados seencuentra limitado por ciertos factores.Generalmente, acumulan un elementometálico y no han sido identificadas paraotros elementos de interés, la mayoría crecelentamente y produce biomasa reducida;

son especies endémicas y poco se conocesobre ellas, como sus características agronó-micas de cultivo y su fisiología. De formageneral, los metales de mayor biodisponibi-lidad para la absorción por las plantas acu-muladoras son: el Cd, Ni, Zn, As, Se y Cu.Con un comportamiento moderado están elCo, Mn y Fe, mientras que el Pb, Cr y Uprácticamente no son biodisponibles (1).

PLANTAS HIPERACUMULADORAS

Las plantas que pueden crecer y desa-rrollarse en suelos con altas concentracio-nes de metales pesados pertenecen a unaflora especializada, que coloniza suelos ori-ginarios de serpentina o ultramáficos ricosen Ni y calamina (mineral que contienealtas concentraciones de Zn y Cd), naturaleso contaminados por la actividad antrópicacomo la actividad minera. Esas plantas sonseleccionadas naturalmente por su alta tole-rancia a un determinado metal (hipertole-rancia) (21).

Se han identificado alrededor de 415especies de plantas hiperacumuladoras dis-tribuidas en 45 familias botánicas con capa-cidad para acumular selectivamente algunasustancia. Los hiperacumuladores son espe-cies capaces de acumular metales a nivelesde 100 veces más que aquellos típicamentemedidos en retoños de plantas no acumula-doras comunes. Un hiperacumulador con-centrará más de 10 µg/g-1 Hg; 100 µg/g-1 Cd;1000 µg/g-1 Co, Cr, Cu, y Pb; 10 000 µg/g-1 Zny Ni (3).

En la mayoría de los casos no se trata deespecies raras, sino de cultivos bien conoci-dos, tal es el caso del girasol (Heliantusannus) capaz de absorber grandes cantida-des de uranio depositado en el suelo y elmaíz (Sea mays) con un gran potencial parala acumulación de cadmio y plomo (22).

Se han distinguido tres tipos de mecanis-mos fisiológicos relacionado con este proce-so: acumulación, indicador, y exclusión.Estos mecanismos le permiten tolerar altosvalores de elementos metálicos que son tóxi-cos para otras especies vegetales (23).

El tipo y composición del suelo, lascaracterísticas de las sustancias orgánicas einorgánicas y su poder quelante, el valor yrango de pH, el estado redox, así como lasinteracciones suelo/planta de la rizosfera

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ocupan un lugar central en las relaciones dedisponibilidad, toxicidad y respuesta de lasplantas a metales pesados (24).

No todos los órganos de la planta tienenla misma significación en la acumulación demetales pesados. Normalmente, la raíz es elórgano prioritario de entrada y acumulación.En muchas especies se ha comprobado unafina compartimentación subcelular, espe-cialmente en vacuola y pared celular (25).

Varias especies serpentinícolas, comoStreptanthus polygaloides (Cruciferaceae) yAllyssum bertolonii se comportan comohiperacumuladoras de níquel con concen-traciones superiores a 1000 µg/g-1 en susórganos aéreos, por lo que resulta muyatractivo su uso en la fitorremediación (26).Stackhousia tryonii es una planta hiperacu-muladora de Ni que crece al este deAustralia; esta planta puede acumular ensus frutos 4433 µg/g-1 del metal (27). Laregión de Cataluña (noreste de España) pre-senta suelos con elevado contenido de cobrey exhibe plantas como Hirschfeldia incana ySedum sediforme, que toleran concentracio-nes de Cu entre 5000-16800 µg/g-1 (28).

Las plantas hiperacumuladoras de Nison capaces de compensar el aumento enlos niveles de Ni con el incremento en laabsorción de Ca. Los contenidos de Ni enlas hojas se correlacionan positivamentecon sideróforos, elementos de la familia delFe, tales como el Co, Cr y Mn, así como conNa y Zn (1).

El estudio de sustratos de serpentina enAmérica Central (Guatemala y Costa Rica),

Antillas Mayores (Cuba, La Española,Puerto Rico) y América del Sur (Venezuela,Brasil) informa la presencia de plantas hipe-racumuladoras de metales pesados, princi-palmente níquel, que pueden contenerentre 100-1000 µg/g-1 de materia seca delmetal (acumuladoras) o más de 1000 µg/g-1

(hiperacumuladoras) (29). El 79 % de lasespecies reconocidas están distribuidasmayormente en Cuba y el 18 % en PuertoRico y La Española, de ellas el 79 % sonhiperacumuladoras con valores más fre-cuentes entre 1000 y 10 000 µg/g-1. Las fami-lias que más se destacan son:Euphorbiaceae, Asteraceae, Buxaceae,Acanthaceae, Ochnaceae, Clusiaceae,Tiliaceaea, Turmeraceae, Boraginaceae,Scrophulariaceae y Violaceae.

La hiperacumulación de níquel de laplanta Senecio coronatus se ha estudiado ensuelos ultramáficos de Sudáfrica por laimportancia que tiene como mecanismo dedefensa contra herbívoros y microorganis-mos patógenos (3).

Cuba presenta diversas zonas con aflora-mientos de serpentina, que se caracterizanpor presentar un gran número de especiesvegetales endémicas (figura 1).

Los estudios de la hiperacumulación deNi por plantas ha sido muy estudiada en lossuelos de serpentina cubanos. Se destacanlas plantas del género Psychotria colectadasen Cajálbana, Nipe, y Baracoa, las cuales acu-mulan entre 25 480 µg/g-1 y 38 530 µg/g-1,mientras que en las de la región de serpen-tina de Villa Clara se informan valores de

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Figura 1. Suelos ultramáficos de Cuba.Las barras en la parte superior representan:

el número de plantas endémicas yel número de plantas hiperacumuladoras de níquel.

13 000 µg/g-1 en Rondetelia camarioca (30).El género Mosiera tiene la capacidad deacumular concentraciones de Ni de 100-1000 µg/g-1 en suelos de serpentina, aunquese han informado concentraciones superio-res a 1000 µg/g-1 en especies como: M. bulla-ta subsp. leiophloea, M. cabanasensissubsp. flavicans, M. havanensis y M.moaensi. Los géneros Buxus Phyllanthus, yLeucocroton presentan un alto endemismoen Cuba. Las especies del géneroPhyllanthus cultivadas en Moa (Cuba) pue-den acumular 540 ± 1140 µg/g-1 de Co y2000 ± 4200 µg/g-1 de Mn, además delníquel (31).

La fitorremediación representa un futu-ro promisorio. Es importante resaltar que lacapacidad "limpiadora" de las plantas no selimita a los metales pesados. Muchos com-puestos orgánicos son absorbidos fácilmen-te por las raíces de los vegetales, incluyendocontaminantes como pesticidas organoclo-rados, hidrocarburos poliaromáticos, triclo-roetilenos, explosivos orgánicos y fertilizan-tes. Se han realizado estudios para absorberel petróleo de vertidos terrestres superficia-les, donde los microorganismos asociados alas raíces de las plantas fueron los respon-sables de degradar el petróleo.

Microorganismos del suelo y fitoextracciónde metales

La fitorremediación demanda del estu-dio de las comunidades microbianas delsuelo donde habitan las plantas hiperacu-muladoras de metales pesados y de susinteracciones.

Los microorganismos del suelo son muyimportantes porque intervienen en las fun-ciones de los ciclos de los elementos traza,o son responsables de la movilización demetales y de su acumulación. Los microor-ganismos son sensibles tanto a las deficien-cias como a excesivas concentraciones deelementos metálicos, reducen su crecimien-to y actividad enzimática, pero a su vez tie-nen la capacidad de adaptarse a ellas. (4).

La rizosfera se define como la estrechazona de suelo que rodea la raíz (aproxima-damente 1-2 mm de distancia) (32). Losmicroorganismos de la rizosfera desempe-ñan disímiles funciones de importancia enrelación con los procesos edáficos, ciclosbiogeoquímicos de elementos como carbo-no, nitrógeno, fósforo, azufre, hierro y otros

metales, así como la fertilidad de las plan-tas, protección frente a patógenos, degrada-ción de compuestos y producción de fito-hormonas (33).

La capacidad degradativa de la micro-biota de la zona rizosférica puede serempleada en la biorremediación de sueloscomo una tecnología atractiva por su bajocosto (34). Las técnicas de biorremediaciónque emplean microorganismos puedencombinarse con el uso de plantas (fitorre-mediación). Esta combinación resulta degran interés para incrementar la eficienciaen la extracción de los contaminantes. Estastécnicas son denominadas rizorremediación(35). En general, al grupo de bacterias quefavorecen el crecimiento de las plantas seles denomina Rizobacterias Promotoras delCrecimiento Vegetal (RPCV). Este términoha sido aceptado para describir a las bacte-rias que tienen la capacidad de colonizar lasraíces de forma intensa y pueden ejercer unefecto positivo sobre los cultivos (36).

Los mecanismos microbianos que bene-fician el crecimiento vegetal incluyen pro-moción directa o indirecta. La promocióndirecta se manifiesta a través de un aumentode la disponibilidad y captación de nutrien-tes minerales o provisión de sustancias esti-muladoras del crecimiento y la promociónindirecta se produce a través de la supresiónde los microorganismos deletéreos de larizosfera (37).

Las RPCV pueden aumentar el creci-miento de la planta de diferentes maneras:por fijación asociativa del nitrógeno (38),solubilización de fosfatos (39), estimulaciónde las funciones de las micorrizas (40),regulación de la producción de etileno enlas raíces (2), liberación de fitohormonas(41) y por disminución de la toxicidad demetales pesados (42).

Un nicho especial para la asociaciónmicroorganismo-planta está constituido porlas plantas acumuladoras de metales pesa-dos. En este sentido, la asociación de lasbacterias rizosféricas y endófitas requierede adaptaciones específicas como la de altosniveles de metales pesados (43).

Entre las funciones de los microorganis-mos simbióticos con las raíces de plantasacumuladoras de metales se destacan: pro-mover la movilidad y disponibilidad de losmetales a las plantas, mediante la produc-ción de sideróforos (6), reducir el pH del

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suelo por acción de los ácidos orgánicos sin-tetizados, solubilizar fosfatos, producir sus-tancias promotoras del crecimiento vegetal(fitohormonas) y ser resistentes a metalespesados y antibióticos (5, 24).

Varias evidencias sugieren que losmicroorganismos del suelo poseen mecanis-mos que alteran la movilidad de metalescontaminantes en el medio ambiente, conefectos subsecuentes en el potencial para lacaptación en la raíz. Los microorganismospueden destoxificar metales por transforma-ción en su número de oxidación, precipita-ción química extracelular o volatilización.Algunos microorganismos pueden reducirenzimáticamente una variedad de metalesen procesos metabólicos que no están rela-cionados con la asimilación de metales.Ciertas bacterias obtienen la energía para sucrecimiento por acoplamiento de la oxida-ción de ácidos orgánicos simples, alcoholes,hidrógeno o compuestos aromáticos, a par-tir de la reducción del Fe (III) o Mn (IV) (44).Los microorganismos del suelo tambiénpueden influir directamente en la solubili-dad del metal y alterando sus propiedadesquímicas. Por ejemplo, Xanthomonas mal-tophyla catalizó la reducción y precipita-ción de Cr6+ a Cr3+, compuesto menosdañino para los ecosistemas (45). La mismacepa también fue capaz de inducir la trans-formación de otros iones de metales tóxicos(Pb2+, Hg2+, Au3+, Te4+, Ag+) y oxianio-nes, como SeO-4. Penicillium ochrochloronposee la habilidad de precipitar una varie-dad de metales pesados como Cu, Ni, Pb, yCd (46). Estas propiedades han incitado aalgunos investigadores a proponer el uso demicroorganismos para remover metalestóxicos de suelos contaminados.

Muchos datos indican que los microor-ganismos del suelo tienen el potencial paraalterar el rango de captación del metal y laacumulación en plantas. Se han informadomicroorganismos que catalizan transforma-ciones redox que conllevan a cambios en labiodisponibilidad de metales en el suelo yen el potencial para la fitoextracción (24).La microbiota de suelos de serpentina pre-sentan excepcionales adaptaciones en sussistemas enzimáticos y membranas que lespermiten tolerar el tipo y la composición deese suelo (2, 47, 48).

Estudios realizados en las comunidadesbacterianas aisladas de áreas de suelos de

serpentina de la rizosfera de Alyssum berto-lonii, indicaron la presencia de bacteriasrepresentantes del grupo de las α proteo-bacterias que poseen gran diversidad gené-tica y heterogeneidad en las poblacionesbacterianas que viven bajo estas condicio-nes desfavorables. Los valores más altos dediversidad genética se encontraron a 5 y 10cm de distancia de la planta. Se demostró surol en la movilización de metales pesados ysu disponibilidad para la acumularlos lasplantas endémicas de estos suelos (49).

En Cuba la caracterización microbiológicade los suelos de serpentina es escasa (50). Pocosaislamientos microbianos de áreas de serpenti-na se han realizado, y menos aún de la rizosfe-ra de plantas hiperacumuladoras de metales. Elprimero fue el estudio en la formación de ser-pentina de la Sierra de Cajálbana, Pinar del Río,de donde se aislaron 34 cepas bacterianas de larizosfera de tres plantas hiperacumuladoras deNi, Phyllanthus orbicularis, Leucocroton sp. yPhyllomelia sp. y de suelo no rizoférico. Lamayoría de los aislamientos fueron bacilosGram negativos (97,06 %) y se demostró la pre-sencia de los géneros Pseudomonas,Azospirillum, Azotobacter, Dexia, Bacillus,Beijerinkia y Herbaspirillum. Siete cepas dePseudomonas, entre estas, cinco de la especie P.fluorescens fueron capaces de producir sideró-foros tipo pioverdin en concentraciones supe-riores a los 5µM l-1. Los aislamientos que fue-ron más resistentes a Ni 2+ pertenecieron a losgéneros Pseudomonas, Azotobacter, Beijerinkiay Herbaspirillum (51, 52).

Otros estudios informan sobre la resis-tencia bacteriana a Ni2+ y Co2+ de bacteriasaisladas de la formación de serpentina dePunta Gorda (Moa, Holguín) de donde seaislaron 24 bacterias heterótrofas con eleva-da resistencia a estos metales, y se encontróun predominio de las poblaciones bacteria-nas (73 %), seguido en orden decrecientepor las poblaciones de hongos filamentosas(18 %) y de levaduras (9 %). Los génerosbacterianos más representados fueronBacillus y Pseudomonas y entre los hongosfilamentosos el género Aspergillus (53).

Las interacciones metal- microbiota sonestudiadas a profundidad en el contexto dela biotecnología ambiental, con el objetivode implementar métodos de remoción, recu-peración o destoxificación de metales pesa-dos y radionucleidos (54). Dentro de laamplia diversidad microbiana, existen

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microorganismos resistentes y microorganis-mos tolerantes a metales. Los resistentes secaracterizan por poseer mecanismos dedetoxificación codificados genéticamente,inducidos por la presencia del metal (55). Encambio, los tolerantes son indiferentes a lapresencia del metal. Tanto los microorganis-mos resistentes como los tolerantes son departicular interés como captadores de meta-les en sitios contaminados, debido a queambos pueden extraer los contaminantes.

CONCLUSIONES

La fitorremediación es una técnicasumamente promisoria para el saneamientoy restauración de suelos con concentracio-nes elevadas de metales pesados. Los hábi-tats ultramáficos o serpentinícolas donde seencuentran plantas acumuladoras de meta-les pesados, se caracterizan por un altonivel de diversidad y elevado índice deendemismo. El uso de estas plantas y micro-organismos rizosféricos puede ser una estra-tegia de saneamiento ambiental factible encualquier país. Diseminar este interesante ynovedoso enfoque de saneamiento de sueloscontribuye a la búsqueda de nuevas tecno-logías que contribuyan al estado óptimo delos ecosistemas.

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Grisel M. Ortega- Arias-Carbajal, Grizel Delgado-Arrieta, Julio Santo-Tomas-Valdés, Evelyn Faife-Pérez, Felipe Eng-Sánchez

Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de AzúcarVía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, La Habana, Cuba

grisel.ortega@icidca.edu.cu

RESUMEN

Se dan a conocer las acciones realizadas en la implementación de un sistema de gestiónde la calidad en las actividades de investigación en Biotecnología, según la norma NC-ISO 9001: 2008. Esto incluyó la ejecución de un programa de capacitación, acciones deaseguramiento metrológico, así como el establecimiento e implementación de la docu-mentación requerida para el sistema y un enfoque de procesos. La evaluación y verificación de la implementación del sistema de gestión y la conformi-dad con dicha norma, se llevó a cabo mediante una auditoría interna, en la que se obtu-vieron resultados satisfactorios, evidenciándose su implementación. Este sistema garan-tiza una mejor planificación, ejecución y control de las acciones encaminadas a lograrla excelencia en los productos de investigación desarrollados por Biotecnología, para ase-gurar la satisfacción de las necesidades de los clientes, la mejora continua de las prácti-cas de investigación, la trazabilidad de los procesos e investigaciones y la creación de unconocimiento científico fiable, con valor agregado.Palabras clave: sistema, gestión, calidad, biotecnología.

ABSTRACT

Present paper shows all actions carried out during the implementation of a quality mana-ging system in research activities in Biotechnology Division according to NC -ISO 9001:2008 (Cuban Standard), performing a training program, some action of metrologicalassurance, settling down and implementing of the required documentation for the systemas well as, a processes approach. The system implementation assessment and checking up according and in conformity ofthe Standard, were carried out through an internal audit, where satisfactory results thatsubstantiated the implementation were obtained. This system guarantees a better plan-ning, execution and control of actions aimed to the achievement of excellence in researchoutputs of Biotechnology Division, assuring to met client needs and leading to a conti-nuous improvement research practices, guaranteeing process and research trazability andat the same time the creation of a reliable and upgraded knowledge.Keywords: system, management, quality, biotechnology.

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2012, vol. 46, no. 3 (sept.-dic.), pp. 62 - 70

INTRODUCCIÓN

La calidad se ha convertido en elmundo globalizado de hoy, en una necesi-dad insoslayable para permanecer en elmercado (1-3) y por eso, los sistemas degestión de la calidad han cobrado granimportancia y muchas organizaciones hantrazado estrategias para lograr implantar-los.

Un Sistema de Gestión de la Calidad esuna forma de trabajar, mediante el cualuna organización asegura la satisfacción delas necesidades de sus clientes, a través delo que planifica, mantiene y mejora conti-nuamente el desempeño de sus procesos.Todo lo anterior conduce al logro de venta-jas competitivas y se ponen en práctica dosparadigmas: primero, desarrollar la perma-nente satisfacción de los clientes y segun-do, dar las bases para hacer realidad lamejora continua de sus procesos, lo que seevidencia al adoptar la NC- ISO 9001:08 enuna organización (4).

La actividad de investigación implica lamanipulación de información y conoci-mientos. Los conocimientos y la informa-ción que los sustentan, son a la vez recur-sos y resultados (5, 6). La calidad en lainvestigación concierne a la calidad de losmétodos empleados por los investigadorespara obtener sus resultados, por lo que laadopción de un sistema de gestión de lacalidad en la investigación permite mejo-rar de forma continua sus prácticas, garan-tiza sus resultados y productos y asegura latrazabilidad de sus procesos y actividades,y ofrece garantías y confianza.

La Dirección de Biotecnología delInstituto Cubano de Investigaciones de losDerivados de la Caña de Azúcar (ICIDCA)lleva a cabo diversas actividades de inves-tigación-desarrollo, entre las que figuranlas que abordan las temátias de los biofer-tilizantes, bioplaguicidas, fitohormonas ymaduradores biológicos, con aplicación enla agricultura, derivados de levadura yenzimas con aplicación en la alimentaciónanimal y humana; producciones más lim-pias, diagnóstico ambiental, tratamiento deresiduales, optimización del uso del agua,así como investigaciones sobre la optimi-zación de la producción de alcohol, deriva-dos de dextrana y otros biopolímeros,todas ejecutadas como proyectos de I+D.

También se brindan, servicios científico-técnicos y se realizan transferencias de tec-nologías y negociaciones, por lo que se con-sideró conveniente la implementación deun sistema de gestión de la calidad (SGC),según la norma NC- ISO 9001: 2008.

El presente trabajo muestra las accionesrealizadas en la implementación del sistemade gestión de la calidad en las actividadesde investigación de la DirecciónBiotecnología de acuerdo con la Norma NC-ISO 9001: 2008.

MATERIALES Y MÉTODOS

Se tomaron como base los principios degestión de la calidad en la investigacióncientífica, las fases o etapas de la investiga-ción (5, 6), la política de calidad del ICIDCA(7), así como las líneas de investigación yproyección estratégica, en la Dirección deBiotecnología (8), así como el diseño delSistema de Gestión de la Calidad enBiotecnología según se ha reportado (9).

Para llevar a cabo la implementación delSGC, se tuvo en cuenta la estructura organi-zativa para gestionar la calidad, que con-templa a los cuatro Departamentos de dichaDirección.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La Norma NC- ISO 9001:08 establece losrequisitos para implantar un sistema de ges-tión de la calidad y cada organización cons-truye e implementa su propio sistema, a lamedida, en función del tipo y tamaño de laorganización (4).

Con vistas a implementar el sistema degestión de la calidad diseñado por los auto-res (12) en Biotecnología, el primer paso fueejecutar un programa de capacitación paraentender un amplio espectro de ideas y delenguaje que debe aprender la organización,desde la alta dirección hasta el último traba-jador que se involucre en el SGC. Es necesa-rio comprender y manejar el significado detérminos, tales como: calidad, gestión, medi-ción, procesos, control de procesos, retroali-mentación del cliente, mejora continua delsistema, auditoria de calidad, producto noconforme, procedimiento, verificación, vali-dación, revisión, satisfacción, cliente, entre

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una variedad de ideas que, llevadas a lapráctica, permiten a la organización modelarla nueva cultura organizacional.

Acciones de capacitaciónSe dirigió un proceso de cambio enca-

minado a crear una cultura de calidad en laDirección de Biotecnología. Primero sedetectó la necesidad de cambiar al planifi-car y ejecutar las actividades de investiga-ción, con la posterior ejecución de diferen-tes acciones.

En la tabla 1 se muestran las accionesrealizadas para la capacitación del personalvinculado a la investigación en la Direcciónde Biotecnología en el período 2009-2010.

Los seminarios y el curso fueron impar-tidos por especialistas en gestión de calidadpertenecientes al ICIDCA. Posteriormente ala ejecución de estas acciones, se realizó laevaluación del personal participante, paramedir la asimilación de la materia recibida;las calificaciones obtenidas fueron satisfac-torias.

Estas acciones permitieron capacitar al100 % de la alta dirección y al 98 % del per-sonal profesional y técnico vinculado a lasinvestigaciones biotecnológicas.

En la tabla 2 se muestran acciones decapacitación, en este caso, cursos recibidosen el Instituto Nacional de Investigacionesen Normalización (ININ), por el personalvinculado a la investigación enBiotecnología, durante 2010.

Estos cursos permitieron la actualiza-ción de conocimientos en gestión de la cali-dad, de personal de cada uno de losDepartamentos de la Dirección deBiotecnología, para el desempeño de fun-ciones generales y específicas en cada caso.

La capacitación permitió educar al per-sonal, haciéndole menos resistente a loscambios que se generan, a ensamblar losprocesos de manera más eficiente y permi-tir, a la vez, sensibilizar a la organizaciónpara crear un sistema, capaz de adaptarserápidamente al requerimiento del cliente.

En el SGC para las investigaciones en laDirección de Biotecnología están estableci-das las necesidades y expectativas de losclientes. La política y el alcance del sistemareportado en trabajos previos (9) han sidorevisados sistemáticamente por la altadirección, así como se han establecido obje-tivos de calidad anuales, que de igual formahan sido revisados, con un 100 % de cum-plimiento en cada caso.

La estructura organizativa para gestionarla calidad, de acuerdo con el SGC diseñado(9) fue implementada. Se cuenta con un

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Tabla 1. Capacitación en gestión de la calidad impartida en el ICIDCA para el personal de Biotecnología

Acciones de capacitación Seminario Sistema de gestión de la calidad, según NC- ISO 9001:08 para la alta dirección de Biotecnología. Curso Sistema de Gestión de la Calidad para las investigaciones en Biotecnología, según NC- ISO 9001:08, para todo el personal vinculado a la investigación. Seminarios para la elaboración de la documentación del SGC y para su posterior implementación.

Tabla 2. Cursos recibidos en el ININ por el personal de Biotecnología

Cursos recibidos en ININ Sistema Integrado de Gestión Sistema de gestión de seguridad de la información 27001 Sistema de Gestión de la Calidad ISO 9001:08 Documentación del Sistema de Gestión de la Calidad Mejora continua Sistema de Gestión Ambiental ISO 14000 Sistema Gestión Integrada del Capital Humano NC- 3001 Formación de auditores ambientales internos ISO 14 000 Gestión de proyectos NC 9004 : 2009 Modelo de Competitividad para la gestión del éxito sostenido Formación de auditor interno Formación de auditor líder Materiales de referencia en laboratorio de ensayos

Representante de Calidad por la Dirección,cuatro Responsables de Calidad, uno porcada Departamento [Bioquímica,Microbiología, Bioingeniería - Planta deFermentaciones y Centro Nacional deGestión del Medio Ambiente, que disponede un Laboratorio de aguas y aguas residua-les azucareras (CENGMA-LAGUAZUR)], loscuales se interrelacionan, y realizan un tra-bajo conjunto con los jefes de proyectos deinvestigación y jefes de departamento encuestión, para el desempeño de la gestiónde la calidad en Biotecnología.

Los responsables de calidad porDepartamento controlan tanto la calidadcomo la documentación requerida por elsistema de gestión.

A través del representante de laDirección, que tiene la responsabilidad yautoridad de asegurarse del establecimien-to, implementación y mantenimiento delos procesos necesarios del sistema de ges-tión de la calidad, se informa a la altadirección sobre el desempeño y funciona-miento del sistema y de cualquier necesi-dad de mejora.

Como parte de la estrategia trazada paralograr implementar el sistema de gestión dela calidad en la actividad de investigación

de la Dirección de Biotecnología, de acuer-do con la NC- ISO 9001:08 (4), se establecióun cronograma, el cual se ejecutó como semuestra en la tabla 3.

Aseguramiento metrológicoTeniendo en cuenta que para la imple-

mentación de un Sistema de Gestión de laCalidad, la metrología es considerada unpaso importante e inicial, siendo aplicadaen este caso a la investigación científica enlos campos de la Biotecnología. Se conside-ra que la calibración/verificación de instru-mentos de medición garantiza la veracidadde las mediciones y por ende, de los resul-tados y conclusiones a que se arriben en losproyectos de investigación.

El equipamiento con que cuenta laDirección de Biotecnología es muy diver-so. Se cuenta con equipamiento clasifica-do como no metrológico y metrológico, aeste último corresponde una alta propor-ción del total de equipos (45 %), que a suvez contempla un variado rango de magni-tudes de medición (masa, presión, tempe-ratura, dimensionales, físico-químico,tiempo, etc.

Como parte de las acciones de imple-mentación del SGC en Biotecnología, se

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Tabla 3. Cronograma de implementación del SGC en la dirección Biotecnología

Cronograma de implementación del SGC Fecha de implementación Ejecución del aseguramiento metrológico abril 2009- diciembre 2010 Implementación del Manual de Procedimientos y Registros en los Dptos (Microbiología; Bioingeniería- Planta Fermentación; Microbiología, Bioquímica; CENGMA- LAGUAZUR).

septiembre 2009-junio 2010

Implementación del Manual de Procedimientos de Gestión de Biotecnología

enero -junio 2010

Elaboración e implementación de fichas de procesos enero - junio 2010

Elaboración del Manual de Calidad para la Dirección Biotecnología. enero - julio 2010

Implementación del Sistema de Gestión de la Calidad.

enero- diciembre 2010

Auditoría interna al SGC diciembre 2010 Revisión por Dirección del SGC diciembre 2010 Investigación de las causas y Cierre de No Conformidades detectadas en auditoria

a partir de 2011 Oportunidades de mejora continua Mantenimiento del SGC

llevó a cabo un aseguramiento metrológicode la calidad en esta Dirección, que consis-tió en:• Designación por departamento de res-

ponsables para cada equipo.• Elaboración de un plan anual de calibra-

ción/ verificación de equipos e instru-mentos de medición para la Dirección.

• Ejecución de servicios de calibración/verificación de equipos y/o instrumentosde medición.

• Estrategia de adquisición y recambio deequipos, de acuerdo con la disponibili-dad de financiamiento.

• Elaboración e implementación deProcedimientos Normalizados deOperación (PNOs) relativos a equipa-miento. La Dirección de Biotecnología cuenta

con un control y planificación anual para lacalibración/ verificación de equipos y/o ins-trumentos de seguimiento y medición queson utilizados en los laboratorios de losdepartamentos, con los cuales se realizan losensayos de los proyectos de investigación.

La figura 1 muestra la situación del equi-pamiento metrológico en la DirecciónBiotecnología entre 2009 y 2010.

Se puede observar en la figura que en2009, sólo fue posible calibrar y/o verificarun 25 % del equipamiento metrológico; enesto incidió en gran medida que la ejecu-ción de los servicios de calibración/verifica-ción solo pudo efectuarse por parte de lasentidades autorizadas, durante el segundosemestre de dicho año, no pudieron incluir-se todos los servicios correspondientes a lasmagnitudes del equipamiento existente.

Sin embargo, al finalizar 2010, se desta-có el incremento de la gestión en la calibra-ción y/o verificación del equipamiento, rea-lizada por los responsables de calidad de lasáreas con las entidades autorizadas paraestos servicios, lo cual permitió alcanzarmás del 90 % de equipos e instrumentoscalibrados y/o verificados, lo que conlleva aun incremento en la confiabilidad de losresultados obtenidos en los ensayos realiza-dos. Además, se confeccionaron e imple-mentaron todos los procedimientos norma-lizados de operación de los equipos metro-lógicos existentes en cada Dpto., con suscorrespondientes registros, para un 100 %en cada caso.

Los equipos cuentan con un certificadode calibración y/o verificación así como conun sello emitido al respecto, en cada caso,por las entidades autorizadas.

Hay que destacar que la alta direcciónde Biotecnología trazó una estrategia para laadquisición y recambio de equipamiento, ydefinió prioridades para gestionar el finan-ciamiento y lograr su ejecución respondien-do a las necesidades de las investigacionesbiotecnológicas, se incrementó la gestión decompras de equipamiento en los últimosdos años.

Para consolidar los resultados obtenidosse prevén las siguientes acciones a cortoplazo. • Mantener la ejecución del plan de cali-

bración/verificación.• Adquisición y recambio de equipamien-

to según aprobación y ejecución del planestratégico.

• Confección e implementación de PNOsy registros para nuevos equipos compra-dos.

Acciones de documentaciónLa documentación es el soporte del sis-

tema de gestión de la calidad, pues en estano solo se plasman las formas de operar,sino toda la información que permite el de-sarrollo de todas las actividades relaciona-das con la investigación en Biotecnología yla toma de decisiones.

La elaboración de la documentación seconsidera una etapa básica, fundamental eimportante, pues garantiza que se puedagarantizar el buen funcionamiento del siste-ma documental, representa una herramien-ta eficaz para la gestión de la calidad.

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Figura 1. Estado del equipamiento metroló-gico en la Dirección de Biotecnología en2009 y 2010.

La documentación del sistema de ges-tión, cumple los siguientes objetivos:• Servir como una herramienta para la

comunicación de la información• Aportar evidencias.• Gestionar correctamente la trazabilidad.• Preservar las experiencias de la organiza-

ción y evaluar la eficacia e idoneidadcontinua del SGC.

• Lograr la conformidad con los requisitosdel cliente y la mejora de la calidad.

Además de la política de calidad delSGC, del alcance del sistema y de los objeti-vos anuales, dentro del sistema de docu-mentación se encuentran implantados, enlos cuatro Departamentos de la Dirección deBiotecnología, procedimientos normaliza-dos de operación (PNOs), que se conformanen un Manual de Procedimientos porDepartamento. En cada caso incluye, PNOsgenerales, de métodos de ensayos y de ope-ración de equipos. También se cuenta conlos registros correspondientes implantados.

Resulta oportuno expresar que el labora-torio LAGUAZUR se encuentra trabajandopara la acreditación por la norma NC-ISO/IEC 17 025:06 (13) y presenta, además,elaborado e implantado un manual de cali-dad, según dicha norma.

Se confeccionó e implementó tambiénun Manual de Procedimientos de gestión enla Dirección de Biotecnología (MPG-Biotec-01), de acuerdo con la NC- ISO 9001:08 (4),que contiene los documentos que se relacio-nan a continuación, los mismos fueroncodificados como sigue: PNO-G-Biotec-XXdonde PNO: Procedimiento Normalizado deOperación, G: Gestión, Biotec(Biotecnología) y XX:(Número consecutivo):• PNO- G - Biotec- 01. Requisitos para la

Documentación en la DirecciónBiotecnología.

• PNO- G - Biotec- 02. Control de losRegistros de Calidad.

• PNO- G - Biotec- 03. Revisión por laDirección.

• PNO- G - Biotec- 04. Gestión del procesode inserción de trabajadores en la inves-tigación de la Dirección deBiotecnología.

• PNO- G - Biotec- 05. Gestión de la forma-ción y capacitación del personal deinvestigaciones de la Dirección deBiotecnología.

• PNO- G - Biotec- 06. Gestión del procesode categorización del personal deInvestigaciones de Biotecnología.

• PNO- G - Biotec- 07. Gestión de evalua-ción del desempeño del personal deInvestigaciones de Biotecnología.

• PNO- G - Biotec- 08. Gestión de Compras.• PNO- G - Biotec- 09. Solicitud de paten-

tes. • PNO- G - Biotec- 10. Solicitud de marcas.• PNO- G - Biotec- 11. Solicitud de derecho

de autor.• PNO- G - Biotec- 12. Control y planifica-

ción de la calibración/ verificación de losequipos e instrumentos de seguimiento ymedición.

• PNO- G - Biotec- 13. Satisfacción declientes.

• PNO- G - Biotec- 14. Tratamiento a lasquejas o reclamaciones.

• PNO- G - Biotec- 15. Realización de audi-torias de la calidad.

• PNO- G- Biotec- 16. Control de productono conforme en Biotecnología.

• PNO- G- Biotec- 17. Acciones correctivasy preventivas.

Los registros respectivos a estos PNOs seencuentran confeccionados e implantados.

En la Dirección de Biotecnología los pro-cesos identificados, teniendo en cuenta elenfoque de procesos según NC- ISO 9001:08(4), se describen a continuación.

Procesos estratégicos:1. Planificación y control estratégico.2. Gestión de los recursos humanos.3. Medición, análisis y mejora.

Procesos claves:4. Gestión de la calidad. 5. Gestión de proyectos de investigación-

desarrollo.6. Gestión de la propiedad intelectual.7. Gestión - desarrollo de los servicios.

científicos- técnicos.

Procesos de apoyo:8. Gestión de servicios de transporte. 9. Gestión de compras. 10. Gestión de la información científica.11. Gestión de mantenimiento de las áreas.

El mapa de proceso fue reportado pre-viamente por Ortega et al. (12) y la descrip-

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ción de estos procesos está establecida en elManual de Calidad de la Dirección deBiotecnología (MC -BIOTEC - 01), a travésde fichas de proceso.

Se implementó una ficha para cada pro-ceso que contiene los siguientes aspectos:• Nombre del proceso • Dueño del proceso• Objetivos relacionados con el proceso• Interrelaciones con otros procesos • Entradas del proceso • Salidas del proceso • Especificación de las entradas, acciones

o actividades a realizar y salidas paracada etapa del ciclo de mejora (planear-hacer- verificar -actuar)

• Indicadores de desempeño para medir laeficacia

El ciclo Planificar - Hacer - Verificar yActuar (PHVA) se aplica a cada proceso queconforma el sistema de gestión de la cali-dad. Los indicadores para medir la eficaciade ellos se establecen en las fichas de pro-ceso.

El Manual de Calidad de la DirecciónBiotecnología (MC -BIOTEC - 01), comodocumento rector del sistema SGC, está encorrespondencia con los requisitos de lanorma NC-ISO 9001: 08 y se encuentraimplantado. Incluye el alcance del SGC, lapolítica y los objetivos de calidad, la estruc-tura organizativa, las referencias normati-vas, los términos y definiciones, los proce-sos con sus interacciones, los requisitos delsistema de gestión, de responsabilidad de ladirección, de gestión de los recursos, asícomo de medición, análisis y mejora.

Toda la documentación del sistema degestión se llevó a la práctica, se implemen-tó, de modo que el trabajo se organizó ade-cuadamente.

El Sistema de Gestión de la Calidad enBiotecnología cuenta entre uno de sus pro-cesos con el de Gestión de Proyectos deInvestigación-Desarrollo. Como parte de ladocumentación de dicho proceso, cadaproyecto presenta un expediente que esta-blece un cronograma de ejecución paracada una de las actividades planificadaspor el proyecto. Este expediente es contro-lado, custodiado y protegido por el respec-tivo jefe del proyecto y una copia de este seencuentra bajo la custodia del dueño delproceso gestión de proyectos de investiga-

ción-desarrollo. En los expedientes de losproyectos están establecidos los objetivosde cada proyecto y la planificación de lastareas a realizar. Dicha planificación escoherente con los procesos del sistema degestión de la calidad. Están planificadas yse ejecutan actividades de verificación,validación, seguimiento y medición para larealización de las investigaciones en cadaproyecto.

Auditoría internaEn Biotecnología está establecida la rea-

lización de auditorías internas a intervalosplanificados para determinar si el SGC esconforme con las disposiciones planifica-das, con los requisitos de la norma NC- ISO9001:08 y con los requisitos reglamentariosdel sistema.

Para esto se encuentra establecido eimplantado un programa de auditoríasinternas, teniendo en consideración el esta-do y la importancia de los 11 procesos iden-tificados, sus interrelaciones, así como lasáreas a auditar.

El programa de auditoria es aprobadopor el Director del área y en el mismo seencuentran definidos los criterios de audi-toría, su alcance y frecuencia, y cómo serealiza. La evidencia de la realización de laauditoría se obtiene a través de los registroscorrespondientes.

El SGC implantado para las investigacio-nes en la Dirección de Biotecnología fueauditado por primera vez en enero de 2011.Los resultados de la auditoria interna semuestran en la tabla 4.

La auditoría interna realizada evidencióla implementación del SGC en la Direcciónde Biotecnología y permitió establecer opor-tunidades para la mejora continua y para elmantenimiento del sistema.

Revisión del SGCLa alta dirección de Biotecnología en su

carácter de máximo líder del Sistema deGestión de la Calidad, ha establecido sucompromiso para garantizar el desarrollo,implementación y mejoramiento continuodel mismo. Garantiza también el enfoque alcliente, para satisfacer las necesidades yexpectativas de estos, a través de las inves-tigaciones que se ejecutan.

De igual forma, revisa el sistema de ges-tión de la calidad de la organización, a inter-

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valos planificados, asegurándose de su con-veniencia, adecuación y eficacia continua.

La alta dirección permanentemente hamonitoreado la implementación del SGC,así como asegura y establece los procesos yactividades necesarios para la planificaciónde la gestión de la calidad en el área, para larealización de las investigaciones. Se tienenen cuenta los objetivos así como procesosde realización, los recursos, se determinanlos requisitos en cada proyecto de investiga-ción y se comprueba el funcionamientosatisfactorio del sistema, así como su imple-mentación.

CONCLUSIONES

La implementación del Sistema deGestión de la Calidad garantiza una mejorplanificación, ejecución y control de lasacciones encaminadas a lograr la calidad,cada vez más necesaria en los productos deinvestigación desarrollados por Biotecno-logía, con un enfoque de procesos. Permiteestablecer buenas prácticas que garanticenla trazabilidad y validez de los resultadosobtenidos en las actividades de investiga-ción, para lograr la excelencia en las inves-tigaciones, con un alto valor agregado.

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Tabla 4. Resultados de la auditoría interna al SGC de Biotecnología

Aspectos evaluados Resultados Implementación del sistema de gestión de la calidad según NC -ISO 9001: 08. Se tuvo en cuenta la conformidad con los requisitos de la NC -ISO 9001: 08, con los requisitos reglamentarios, además de los procesos del SGC.

Está implementado el SGC en Biotecnología.

Dominio del SGC por el personal entrevistado.

El personal entrevistado posee dominio del SGC en Biotecnología.

Acceso del personal al Manual de Calidad. Está establecido el personal autorizado con acceso al Manual de Calidad.

Acceso del personal al Manual de Procedimientos de Gestión y a los Manuales de Procedimientos de los Dptos.

Está establecido el personal autorizado con acceso al Manual de Procedimientos de Gestión, así como en cada Dpto. está establecido el personal autorizado con acceso a los Manuales de Procedimientos en cada Dpto.

Conclusiones de la auditoría Resultados satisfactorios. El equipo auditor la consideró exitosa .

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