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BIOTECNOLOGIA AMBIENTAL. UNA ALTERNATIVA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN LA INDUSTRIA LACTEA EN NARIÑOPresentado por: ANA CAROLINA TARAPUES QUIROZ

MARIA EMMA RUANATALIA BORJA LEON

SEPTIEMBRE 2015

Actividades productivas en Nariño

Sector lácteo en Nariño

El sector lácteo en el departamento de Nariño contribuye a la competitividad regional generando empleo e ingresos, para un 70% de la población articulando claro está los diferentes eslabones de la cadena láctea en el municipio de Pasto. (Orjuela, 2013)

Subproducto de la industria láctea

Empaques de los diferentes productos lácteos

Suero de leche

Aguas de lavado

Residuos aprovechables

Residuos ordinarios

Emisiones atmosféricas

Proceso prductivo industria láctea

60.377 litros de leche fresca

Producción de: • Queso• Quesillo• Cuajada• Queso campesino• Queso doble crema

Salidas• Productos terminados• 54.339 litros de suero de

leche

Por que es el suero de leche es un problema para la medio ambiente?

1. COMPOSICIÓN

El suero de la leche contiene:

4.9% de lactosa

0.9% de proteína cruda

0.6% de cenizas

0.3% de grasas

0.2% de ácido láctico

93.1% de agua.

DBO 50 – 70 g/L

2. Contexto

El departamento de Nariño tiene una economía basada en el sector primario, la producción de leche es una de las principales actividades y esto ha llevado a la generación de micro, medianas y pequeñas empresas productoras de derivados lácteos. Actualmente Nariño cuenta con 75 empresas procesadoras de leche, de las cuales 48 se dedican a la elaboración de cuajada, quesillo, quesos, mantequilla entre otros productos generadores de suero de leche.

Empresa que no cuentan con la infraestructura necesaria para el tratamiento de aguas residuales.

Estrategias adoptadas por las micro, pequeñas y medianas empresa dedicadas a la fabricación de lácteos

ALIMENTACIÓN ANIMAL

VERTIDO EN EL SUELO VERTIDO FUENTES DE AGUA

SISTEMA DE ALCANTARILLADO

Con la finalidad de disminuir el problema de la contaminación, es necesario depurar el suero lácteo antes de descargarlo en un afluente o suelo. Los costos de tratamiento de la mayoría de los sistemas utilizados en la actualidad son relativamente altos, por lo cual las empresas familiares que realizan esta actividad por tradición, las micro, medianas y pequeñas empresas no pueden acceder a la tecnología disponible para el tratamiento de aguas residuales. Por lo tanto es necesario estudiar alternativas biotecnológicas para tratar este subproducto y darle un valor agregado, lo que haría que el sistema no sea un gasto o un requerimiento para cumplir con la normativa existente, sino un proceso llamativo que genera un producto de valor agregado.

ALTERNATIVAS BIOTECNOLOGICASBIORREMEDIACIÓN

BIORREMEDIACIÓN

Esta técnica puede ser utilizada por cualquier empresa, debido que es una estrategia relativamente barata y a largo plazo más sostenible, ya que utiliza la habilidad natural que tiene los microorganismos para metabolizar un amplio espectro de contaminantes orgánicos. (Centro de actividad regional para la producción limpia, 2003)

PRODUCCIÓN DE POLIHIDROXIALCANOATOS

QUE SON LOS POLIHIDROXIALCANOATOS (PHA)

Los polihidroxialcanoatos (PHA) constituyen una familia de polímeros biodegradables de origen microbiológico, por lo que contribuyen al desarrollo sostenible al ser originados por recursos renovables. Por su origen de fuentes renovables y por el hecho de ser biodegradables, se denominan “polímeros doblemente verdes”. El polihidroxibutirato, que es el primer compuesto conocido de esta familia, tiene propiedades mecánicas semejantes a la del polipropileno con la ventaja agregada de su biodegradabilidad. Sin embargo, en la actualidad no es un material que pueda desplazar al polipropileno, debido a que su diferencia de precio es muy grande. Los polihidroxyalcanoatos (PHA) constituyen una familia de poliesteres acumulados intracelularmente en forma de gránulos, los cuales representan una alternativa biotecnológica para la produccion de plasticos biodegradables y biocompatibles. Los PHA poseen una amplia gama de propiedades que permiten su aplicación en diversas áreas, son termoplásticos, insolubles en agua, no tóxicos, biocompatibles y biodegradables.

MICROORGANISMOS PRODUCTORES DE PHA A PARTIR DE SUERO DE LECHE

Waustetersia eutropha ATCC 17699 Producen granulos internos de PHA,

tienen un elevando consumo de sustratos a base de lactosuero y alta concentración celular, lo cual hace que estos se perfilen como los mas adecuados para la obtención de PHA usando como medio de cultivo lactosuero.

Bacteria termófila

Thermus thermophilus HB8

Utilizar la lactosa a partir de suero de leche para la biosíntesis de polihidroxialcanoatos (PHAs) bajo limitación de nitrógeno.

T. thermophilus puede utilizar tanto, glucosa y galactosa y los productos de la hidrólisis de lactosa.

MICROORGANISMOS PRODUCTORES DE PHA A PARTIR DE SUERO DE LECHE

Pseudomonas hydrogenovora

Produce ácido poli-3-hidroxibutírico (PHB) a partir de productos de la hidrolisis del suero de leche.

Casos exitosos en la producción de PHA

Departamento de Bioingeniería de la Universidad de la República Han estudiado a nivel de

laboratorio la producción de PHB de diferentes microorganismos, utilizando medios de cultivo en base a residuos agroindustriales como el suero de leche y glicerol.

En Ciudad de México, el proyecto LIFE + Wheypack de la Unión Europea Busca desarrollar envases

biodegradables a partir de suero de leche, para reducir su emisión de contaminantes al medio ambiente por uso de petroquímicos, a partir de la obtención de polihidroxibutirato (PHB), material que se genera por la fermentación microbiana del suero de leche.

PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES POR MEDIO DEL CULTIVO DE MICROALGAS

Otra alternativa para el tratamiento de aguas de la industria láctea es el cultivo de microalgas para la producción de biocombustibles, esto permitirá reducir los costos de producción de biocombustibles a partir de microalgas, debido que se utiliza aguas ricas en nutrientes, para lo cual se somete a tratamiento las aguas residuales, lo cual se debe realizar de modos y tiene un costo económico, mediante cultivos de microalgas que depure el agua, que permita aprovechar energéticamente la biomasa producida y la acumulación de lípidos en el interior de las células. (Joan García, 2012)

MICRO ALGAS QUE TOMAN LOS NUTRIENTES DEL SUERO DE LECHE

Chlorella protothecoides Producción de lípidos

Producción de Biomasa

Kluyveromyces fragilis Producción de etanol

A partir de suero de leche en polvo que contiene lactosa, además de nitrógeno, fosfato y otros nutrientes esenciales

PRODUCCIÓN DE ACIDO CITRICO A PARTIR DE SUERO DE LECHE

PRODUCCIÓN DE ACIDO CITRICO A PARTIR DE FERMENTACIÓN DE SUERO DE LECHE

Por medio de un proceso de fermentación con hongos del geneno Aspergillus, con miras a su aprovechamiento y a la reducción del impacto ambiental que causan los vertimientos de este subproducto en los cursos de agua. En este tratamiento se han probado cepas de: A. carbonarius NRRL 368, A. carbonarius NRRL 67 y A. niger NRRL 3.

CONCLUSIONES

Teniendo en cuenta lo anteriormente mencionado, se concluye que en el municipio de Pasto es necesario iniciar a trabajar en el ámbito de la biotecnología como estrategia para el tratamiento de aguas residuales con mira a generar productos con altos valores agregados como lo son: polihidroxialcanoatos o biopolímeros, biocombustibles, ácido cítrico, entre otros, los cuales seria la materia prima de otros procesos productivos.

Los productos obtenidos a partir de desarrollo biotecnológico aplicado al tratamiento de aguas residuales de la industria láctea sustituyen productos comerciales los cuales son el resultado del procesamiento de diferentes recursos naturales, por lo tanto el uso de estas tecnologías aporta a la conservación de la biosfera.

La producción de polihidroxialcanoatos, biocombustibles y ácido cítrico, hace que el tratamiento de aguas residuales tenga doble propósito, uno depurar el agua residual y el segundo generar productos con gran valor social, científico y ambiental.