obtención de quitina del caparazón de cangrejo rojo y...

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA

TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN

DEL

TÍTULO DE:

INGENIERO QUÍMICO

TEMA:

´´Obtención de quitina del caparazón de cangrejo rojo y

camarón blanco para el tratamiento de aguas residuales en

industria cartonera´´

AUTORES:

Zuña Bernabé Dennise Rocio

Valverde Mina María José

DIRECTOR DE TRABAJO DE TITULACIÓN

Dra. Bermeo Garay Martha Mirella

GUAYAQUIL, AGOSTO DEL 2019

II

DEDICATORIA

Este trabajo de titulación va dedicado principalmente a Dios que

siempre me ha bendecido en el trascurso de la carrera de ingeniería

química, brindándome su guía y protección en todos mis caminos y

decisiones para lograr este gran objetivo.

Dedico también este trabajo a toda mi familia por ayudarme en todo

momento, demostrándome su apoyo incondicional en todas mis

decisiones y dándome sabios consejos para nunca darme por

vencida, ya que son mis pilares fundamentales en mi vida.

María José Valverde Mina.

III

AGRADECIMIENTO

Finalizado este trabajo de investigación quiero expresar mi gratitud

infinita a Dios por bendecirme con esta gran oportunidad de ser una

profesional, siempre guiándome y dándome fuerzas para vencer

obstáculos a lo largo de la vida y en de la carrera universitaria.

También quiero expresar mis agradecimientos a mi familia por

brindarme siempre sus constantes apoyos para lograr este gran

objetivo, dándome lo mejor en todo lo que necesitaba.

De igual manera quiero expresar mi agradecimiento a mi amiga

Denisse Zuña por su constante dedicación para finalizar este gran

proyecto de investigación, también agradezco a la Universidad de

Guayaquil, en especial a la facultad de Ingeniería Química por

compartir sus valiosas enseñanzas y conocimiento que me servirán

mucho para mi vida profesional y cotidiana.

Quedo muy agradecida a mi tutora la Dra. Martha Bermeo y la Ing.

Judith Chalen que me han guiado y brindado sus conocimientos, al

igual que el Ing. Radium Aviles por su gran paciencia y capacidad de

explicar y enseñar, también por facilitarnos el laboratorio para poder

finalizar este gran proyecto de tesis.

María José Valverde Mina.

IV

DEDICATORIA

En primer lugar a Dios por ser mi guía y apoyo quien con su bendición

me brindo la fuerza necesaria para poder cumplir mis metas sin

desfallecer.

A mis padres Jorge zuña y Patricia Bernabé con su esfuerzo,

enseñanzas y apoyo incondicional me dieron fortaleza para no decaer

y seguir hasta lograrlo.

A mis hermanos, familiares, amigos y mi enamorado personas

importantes que me dieron su apoyo incondicional y tuvieron fe en mí

en el transcurso de la carrera.

Dennise Rocío Zuña Bernabé

V

AGRADECIMIENTO

Concluido este trabajo de investigación agradezco a Dios por

haberme guiado durante mi carrera, por permitirme tener y disfrutar a

mi familia. A mis padres por siempre estar conmigo apoyándome y

alentándome en cada decisión tomada, siempre me dijeron el

esfuerzo tiene su recompensa.

A cada una de las personas que me brindaron su apoyo en esta etapa

de mi vida, a mi amiga María José Valverde por su apoyo y dedicación

para terminar con el trabajo de investigación.

Agradezco a la facultad de ingeniería química por los conocimientos

brindados de cada uno de los docentes, los cuales serán de ayuda en

mi vida profesional.

A mi tutora Dra. Martha Bermeo, Ing. Judith Chalen y el Ing. Radium

Avilés por brindarnos su apoyo, su paciencia y sus conocimientos para

poder finalizar con éxito nuestro trabajo de investigación.

Dennise Rocío zuña Bernabé

VI

INDICE DE CONTENIDO

DEDICATORIA ......................................................................................... II

AGRADECIMIENTO ................................................................................ III

DEDICATORIA ....................................................................................... IV

AGRADECIMIENTO ................................................................................ V

INDICE DE FOTOGRAFÍA ..................................................................... XV

RESUMEN .......................................................................................... XXIII

ABSTRACT .......................................................................................... XXV

INTRODUCCIÓN..................................................................................... 20

ABREVIATURAS .................................................................................... 22

CAPÍTULO I ............................................................................................ 23

Generalidades de la investigación ....................................................... 23

1.1 Planteamiento del problema ......................................................... 23

1.2 FORMULACIÓN Y SISTEMATIZACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN .. 24

1.2.1 Formulación del problema de investigación ............................... 24

1.2.2 Sistematización del problema ...................................................... 25

1.3 JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ...................................... 25

1.3.1 Justificación teórica...................................................................... 25

1.3.2 Justificación metodológica .......................................................... 26

1.3.3 Justificación práctica ...................................................................... 27

VII

1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ............................................. 27

1.4.1 Objetivo general ............................................................................ 27

1.4.2 Objetivo especifico ....................................................................... 27

1.5 DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ........................................ 28

1.5.1 Delimitación temporal ................................................................... 28

1.5.2 Delimitación espacial .................................................................... 28

1.5.3 Delimitación del contenido ........................................................... 29

1.6 HIPÓTESIS ....................................................................................... 30

1.7 VARIABLES ..................................................................................... 30

1.7.1 Variable independiente ................................................................. 30

1.7.2 Variable dependiente .................................................................... 30

1.7.3 OPERACIONALIZACIÓN DE LAS VARIABLES INDEPENDIENTES

…………………………………………………………………………….31

1.7.4 OPERACIONALIZACIÓN DE LAS VARIABLES DEPENDIENTES 32

1.8 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN ............... 33

1.8.1 Formulación del problema de investigación ............................... 33

CAPÍTULO II ........................................................................................... 34

MARCO REFERENCIAL ............................................................................. 34

2.1 Antecedentes................................................................................. 34

2.2 MARCO TEÓRICO ......................................................................... 35

2.1.1 QUITINA ............................................................................................. 35

VIII

2.1.2 Desproteinización química de la quitina ..................................... 38

2.1.3 Desmineralización de quitina ....................................................... 38

2.1.4 Descripción de las especies ......................................................... 40

2.1.4.1 Cangrejo rojo (Ucides occidentalis) ............................................ 40

2.1.4.2 Camarón blanco (Litopenaeus Vannamei) ................................. 41

2.1.4.3 Tratamiento de aguas residuales para la industria cartonera ... 41

2.1.4.4 Polímeros como coagulante ......................................................... 42

2.1.4.5 Coagulación .................................................................................. 42

2.1.5 Floculación .................................................................................... 45

2.1.6 Prueba de jarra o test de jarra ...................................................... 46

2.2 MARCO CONCEPTUAL ................................................................... 47

2.2.1 Efluentes ........................................................................................ 47

2.2.2 Floculación .................................................................................... 47

2.2.3 Coagulación .................................................................................. 47

2.2.4 Aguas residuales industriales ...................................................... 47

2.2.5 PH ................................................................................................... 48

2.2.6 Turbiedad ....................................................................................... 48

2.2.7 Olor ................................................................................................ 48

2.2.8 DQO ................................................................................................ 48

2.2.9 Colorantes ..................................................................................... 49

2.3 MARCO CONTEXTUAL ................................................................... 50

IX

CAPITULO III .......................................................................................... 51

3.1 METODOLOGIA DE LA INVESTIGACIÓN ....................................... 51

3.2 MATERIALES, EQUIPOS Y REACTIVOS ........................................ 52

3.3 ASPECTO METODOLÓGICO .......................................................... 54

3.3.1 Recolección de la muestra cruda de la industria cartonera ....... 54

3.3.2 Caracterización de las muestras .................................................. 55

3.4 DISEÑO EXPERIMENTAL ................................................................ 55

3.4.1 Obtención de la quitina a partir del caparazón del cangrejo y

camarón ..................................................................................................... 55

3.4.2 Análisis de quitina por ensayo colorimétrico de la

glucosamina ............................................................................................... 59

3.4.3 Procedimiento del método test de jarra o prueba de jarra ......... 63

3.4.4 Pruebas de solubilidad de la quitina ........................................... 64

CAPITULO VI .......................................................................................... 65

4.1 RESULTADOS ............................................................................... 65

4.1.1 Porcentaje de Quitina del caparazón del camarón blanco ......... 66

4.1.2 Porcentaje de Quitina del caparazón del cangrejo rojo ............. 66

4.1.3 Rendimiento de Quitina del caparazón del camarón blanco ..... 66

4.1.4 Rendimiento de Quitina del caparazón del cangrejo rojo .......... 67

4.1.5 Dosificación óptima para el tratamiento de agua residual de

almidón de la industria cartonera del proceso de cartón corrugado ..... 73

X

4.2 Análisis de resultado ...................................................................... 80

Capítulo V............................................................................................... 82

5.1 Conclusiones................................................................................. 82

5.2 Recomendaciones ........................................................................ 83

5.3 Referencias bibliográficas ............................................................ 84

5.4 Anexos ............................................................................................. 91

XI

INDICE DE TABLAS

Tabla 1 Especificaciones de la operacionalización de las

variables independientes ..............................................................31

Tabla 2 Especificaciones de la operacionalización de las

variables dependiente ...................................................................32

Tabla 3. Composición química de los exoesqueletos de

crustáceos Cangrejo rojo (Ucide Occidentalis) y Camarón blanco

(litopenaeus Vannamei) ................................................................37

Tabla 4. Equipos a utilizar en las metodologías..........................52

Tabla 5. Materiales y reactivos .....................................................53

Tabla 6 Caracterización de las muestras .....................................55

Tabla 7 Concentración de los reactivos aplicados para la

determinación de glucosamina ....................................................60

Tabla 8 Mediciones de la A750 valores de 1 g/L de glucosamina

patrón -Oligosacárido de quitina (camarón blanco) -

Oligosacárido de quitina (cangrejo rojo). ....................................62

Tabla 9 Pruebas de dosificación de quitina proveniente del

caparazón del camarón blanco con los parámetros físico-

químicos. .......................................................................................69

Tabla 10 Pruebas filtrada de quitina proveniente del caparazón

del camarón banco con los parámetros físico-químicos.

Elaborado por: (Valverde M. & Zuña D., 2019) ..............................70

XII

Tabla 11 Pruebas de dosificación de quitina proveniente del

caparazón del cangrejo rojo con los parámetros físico-químicos.

........................................................................................................71

Tabla 12 Pruebas filtrada de quitina proveniente del caparazón

del cangrejo rojo ...........................................................................72

Tabla 13 Dosificación óptima para la remoción de los parámetros

Color, Turbidez, DQO ....................................................................73

XIII

INDICE DE FIGURAS

Figura 1 Facultad de ingeniería química de la universidad de

Guayaquil–GD: 2.1819132,-79.9014681 (Google Maps,

www.google.com/maps, 2019) ......................................................29

Figura 2 Composición química de los exoesqueletos de

crustáceos .....................................................................................36

Figura 3 Estructura química de la quitina ...................................37

Figura 4 Cangrejo rojo Ucides occidentalis ................................40

Figura 5 Camarón blanco litopenaeus vannamei ........................41

Figura 6 Etapas de coagulación ...................................................44

Figura 7 Mecanismo de coagulación por absorción ...................44

Figura 8 Mecanismo de coagulación por barrido ......................45

Figura 9 Mecanismo de floculación .............................................45

Figura 10 Diagrama de flujo del proceso de tratamiento de agua

residual con Quitina. .....................................................................50

Figura 11 Diagrama de flujo del proyecto....................................54

Figura 12 Diagrama de flujo de obtención de la quitina del

camaron y cangrejo ......................................................................56

Figura 13 Diagrama de flujo del análisis de quitina ....................59

XIV

INDICE DE GRAFICAS

Gráfica 1 Determinación de glucosamina por método

colorimetría ....................................................................................61

Gráfica 2 Concentración de glucosamina de camarón blanco VS

la absorbancia medida a 750 nm. .................................................65

Gráfica 3 Estado inicial físico- químico del agua cruda de la

industria cartonera .....................................................................73

Gráfica 4 Remoción del color aparente del agua residual de la

industria cartonera con quitina procedente del camarón. .........74

Gráfica 5 Remoción de la turbidez del agua residual de la

industria cartonera con quitina procedente del camarón. .........75

Gráfica 6 Remoción del DQO del agua residual de la industria

cartonera con quitina procedente del camarón. .........................76

Gráfica 7 Remoción del color aparente del agua residual de la

industria cartonera con quitina procedente del cangrejo. .........77

Gráfica 8 Remoción de la turbidez del agua residual de la

industria cartonera con quitina procedente del cangrejo. .........78


cartonera con quitina procedente del cangrejo rojo...................79

XV

INDICE DE FOTOGRAFÍA

Fotografía 1 Recolección de materia prima .................................57

Fotografía 2 Desproteinización para la obtención de quitina ....58

Fotografía 3 Aplicación del test de jarra ......................................63

Fotografía 4 Prueba de solubilidad de la quitina provenientes de

los caparazones del camarón blanco y del cangrejo rojo. .........64

Fotografía 5 Caparazones de camarón blanco seca ...................92

Fotografía 6 Caparazones de cangrejo lavados .....................92

Fotografía 7 Caparazones molidos ..............................................92

Fotografía 8 Tamizador con las muestras ...................................92

Fotografía 9 Secado de la muestra ..............................................93

Fotografía 10 Muestra secando en el sol .....................................93

Fotografía 11 Preparación de soluciones ....................................93

Fotografía 12 Calentamiento con agitación de la muestra con

NaOH ..............................................................................................93

Fotografía 13 Calentamiento con agitación de la muestra con HCl

........................................................................................................94

Fotografía 14 Hidrolisis de la quitina ...........................................94

Fotografía 15 Reactivos químicos para prueba de quitina por

colorimetría ....................................................................................94

Fotografía 16 Medición de pH .......................................................94

Fotografía 17 Muestras para el análisis de colorímetro .............95

Fotografía 18 Quitina proveniente del caparazón de cangrejo rojo

y camarón blanco ..........................................................................95

XVI

Fotografía 19 Desmineralización ..................................................95

Fotografía 20 Sedimentación ........................................................95

Fotografía 21 Formación de flóculos ...........................................96

Fotografía 22 Filtración .................................................................96

Fotografía 23 Muestras analizadas ..............................................96

Fotografía 24 Viales para la medición de DQO............................96

Fotografía 25 Medición de color y turbidez .................................97

Fotografía 26 Prueba de solubilidad con ácido orto fosfático ...97

Fotografía 27 Proceso de muestras aclaradas ............................97

Fotografía 28 Análisis físico-químico del agua cruda y tratada .98

XXIII




Autores:



Tutor:


RESUMEN

El presente trabajo de investigación tiene como objetivo la obtención

de quitina que es un polisacárido proveniente de los caparazones del

cangrejo rojo (Ucides Occidentalis) y del camarón blanco (litopenaeus

Vannamei), para lo cual se hizo su caracterización del agua residual

de una industria cartonera. La obtención de la quitina se la realizo por

tratamientos de desproteinización (eliminación de proteína) y

desmineralización (eliminación del carbonato de calcio) quedando un

porcentaje de quitina de camarón blanco 17% y de cangrejo rojo

16.32%.

De la experimentación se trata con 867 ppm de la quitina de camarón

blanco con un porcentaje de remoción de color 16%, turbidez 70% y

DQO 93% y las pruebas con quitina de cangrejo rojo se trataron con

una concentración 471 ppm donde se removió de color 18%, 73%, y

DQO 94%.

XXIV

Palabras claves: quitina, desproteinización, desmineralización,

floculación-coagulación, efluente de cartonera.

XXV




Autores:



Tutor:


ABSTRACT

The objective of this research work is the search for chitin which is a

polysaccharide from the shell of the red crab (Ucides Occidentalis) and the

white shrimp (Litopenaeus Vannamei), for which its characterization of the

residual water of a “cartonera” industry was made. The obtaining of chitin was

carried out by treatments of deproteinization (protein elimination) and

demineralization (elimination of calcium carbonate) leaving a percentage of

chitin of white shrimp 17% and red crab 16.32%.

The experimentation is treated with 867 ppm of white shrimp chitin with a 16%

color removal percentage, 70% turbidity and 93% DQO and the tests with red

crab chitin were treated with a 471 ppm concentration where it was removed

from color 18%, 73%, and DQO 94%.

Keywords: chitin, deproteinization, demineralization, flocculation-coagulation,

cartonera effluent.

20

INTRODUCCIÓN

En la mayoría de los procesos industriales, implica la utilización de agua,

en este caso la industria cartonera demanda un alto consumo de agua y

energía, por lo que este tipo de industria eliminan grandes cantidades de

efluentes, por ello optan por la implementación de una planta de

tratamiento de aguas residuales, así aprovechando recursos.

El agua tratada, gran parte se aprovecha para la reutilización y eliminación

a alcantarillados o recursos hídricos, la industria cartonera se encuentra

como el segundo contaminante ambiental, por ello se busca utilizar la

menor agua posible y otra parte reutilizarla de la misma ya sea en el

proceso o para energía.

En la ciudad de Guayaquil existe una alta demanda de cangrejo rojo

(Ucides Occidentalis) y de camarón blanco (litopenaeus Vannamei),

produciendo desechos sólidos causando contaminación, estos desechos

se van a utilizar para el tratamiento de aguas residuales de la industria

cartonera, donde se realiza un tratamiento, que consiste en el proceso de

flotación que hace participación a los procesos de coagulación y

floculación.

En este proceso se utiliza la quitina como coagulante-floculantes

específico, el polisacárido quitina el cual se lleva a cabo el proceso donde

las partículas coloidales son desestabilizadas, lo cual produce la formación

21

de flóculos, y estos son los poli electrolitos, que ayudan a la formación de

grumos con mayor tamaño causados entre las partículas desestabilizadas

suspendidas, y las coloidales, que podrán de manera fácil ser retirados por

medio de otros proceso siendo una de ellas por sedimentación, filtración o

procesos afines. (J. ALBÁN & J. TUMBACO, 2018).

22

ABREVIATURAS

V= volumen

L= litros

Ppm= partes por millón

Cm= camarón

Cg= cangrejo

Cr= cruda

CGN= concentración de glucosamina

C=concentración

DQO= demanda química de oxigeno

A=absorbancia

°C= grados Celsius

GN= glucosamina

%= porcentaje

F.D.D= factor de dilución

23

CAPÍTULO I

Generalidades de la investigación

1.1 Planteamiento del problema

La reutilización del agua en las industrias es de gran auge, ya que ayuda a

la disminución de costos debido que se la puede aprovechar en diferentes

actividades del proceso de producción y de cuidado con el medio ambiente.

En las industrias cartoneras se estima un consumo eléctrico de 1400 a 2500

kw/tonelada dependiendo del proceso que se lleve a cabo y un consumo

de agua de 10 a 200 m3/diarios generando aproximadamente un agua

residual con 10 a 11 m3 / diarios de sólidos suspendidos y una

concentración de 15 mil Ppm de DQO (Secretaria Nacional de planificación

y desarrollo, 2013), el cual causa un impacto ambiental, los efluentes que

son descargados a los cuerpos hídricos, contienen tintas del “procesos de

imprenta en su mayor porcentaje es residuos de tinta orgánica y otro fluido

es el agua residual de almidón proveniente de la corrugadora.

Esta mezcla de almidón, bórax, soda caustica y agua, es utilizada para

pegar las diferentes láminas de cartón empleadas para la elaboración del

cartón corrugado” (IDROVO, 2018); afectando directamente la vida marina

la cual no solo queda en estos organismos vivos si no que siguen el ciclo

de la cadena trófica, afectando a la comunidad.

El polisacárido quitina que está en altos porcentajes en lo que son los

crustáceos, en este caso será del cangrejo rojo y camarón blanco son

24

residuos que tienen alta demanda, al igual que sus residuo aquellos

generan una contaminación ya que son desechadas sin control alguno es

por ello que con la utilización de dicho residuo va a reducir su carga

contaminante, ya que el polisacárido se lo va a utilizar como floculante-

coagulante para desestabilizar y llevar a cabo la sedimentación de la carga

contaminante para poderla reutilizar en la línea de producción, será de gran

contribución para la industria sea tanto económica y ambiental.

1.2 FORMULACIÓN Y SISTEMATIZACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

1.2.1 Formulación del problema de investigación

¿Será posible determinar la eficiencia de remoción con el coagulante-

floculante polisacárido quitina obtenido del caparazón del cangrejo rojo

(Ucides Occidentalis) del camarón (litopenaeus Vannamei), para la

aplicación en aguas residual de las actividades del proceso de pegamento

de la industria cartonera por medio de la desestabilización y aglomeración

de las partículas suspendida?

25

1.2.2 Sistematización del problema

¿Cuántos parámetros de respuestas se analizaran del agua de la

industria cartonera?

¿Cuáles serán las condiciones de operación del sistema para el

agua residual tratada para poderles dar el tratamiento propuesto?

¿Procediendo a la técnica de test de jarra en el agua residual, será

factible determinar la dosificación apropiada de la quitina como

Coagulante-Floculante?

1.3 JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

1.3.1 Justificación teórica

El tratamiento de aguas residuales sigue creciendo industrialmente, con el

objetivo de economizar energía debido a que dichas aguas ya tratadas se

las puede reutilizar en la línea de proceso, es decir hoy en día toda

empresa debe tener una planta de tratamiento de aguas residuales. En

nuestra ciudad no hay datos que una industria cartonera utilice un

coagulante a partir del caparazón de cangrejo rojo y camarón blanco.

El caparazón de cangrejo rojo y camarón blanco son desechados a diario

esta investigación se basa en aprovechar estos desechos para obtener un

coagulante-floculante, el cual va ayudar a disminuir la carga contaminante

del agua contaminada con tintes, almidón y grasas de las máquinas de todo

el proceso, para su utilización.

26

1.3.2 Justificación metodológica

Los componentes de Coagulación -floculación que se utilizan en su

actualidad son químicos, los cuales son: Sulfato de Aluminio, Aluminato de

Sodio, Cloruro de Aluminio, Cloruro Férrico, Sulfato Férrico, Sulfato

Ferroso, Polielectrolitos (Como ayudantes de floculación), siendo los más

utilizados las sales de Aluminio y de Hierro (Cárdenas, 2000); cuando se

adiciona estas sales al agua se producen una serie de reacciones muy

complejas donde los productos de hidrólisis son más eficaces que los iones

mismos; estas sales reaccionan con la alcalinidad del agua y producen

hidróxidos de aluminio o hierro que son insolubles y forman los

precipitados, estas sales de hierro y aluminio e compuestos sintéticos

como coagulantes puede ocasionar cambios en el pH del agua,

contaminación secundaria puesto que este tipo de sustancias depositadas

en los lodos no son biodegradables y, lo más grave aún la presencia de

residuos de aluminio han sido relacionados con la presencia de la

enfermedad del Alzheimer (A. HOYOS, 2017).

El presente trabajo tiene como objetivo principal la determinación de la

eficiencia de remoción del coagulante quitina del caparazón de cangrejo

rojo y camarón blanco estos desechos presentan entre un 14 y un 35% de

quitina, estos valores nos indican que la tarea de la extracción de la quitina

de estos desechos, no solo es una solución económica para la industrias

cartoneras sino también una solución medioambiental.

Mediante pruebas de dosificación con la ayuda del equipo de test de jarra

se llevara a cabo los mejor rendimiento de remoción de los parámetros de

respuesta a tratar como lo son DQO, turbidez y color el cual deben de ser

27

optima como tratamiento primario y poder reutilizarla en la línea de

producción de la industria cartonera.

1.3.3 Justificación práctica

La investigación que se lleva a cabo tiene como propósito disminuir solidos

suspendidos de las aguas residuales en la industria cartonera, ya que dicha

agua se le podría dar el uso en la línea de producción disminuyendo costos,

teniendo como propuesta la utilización de la Quitina que tiene la propiedad

de remediar esta problemática de la industria que se encuentra en la

provincia del Guayas de la ciudad de Guayaquil.

1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

1.4.1 Objetivo general

Obtener quitina a partir del caparazón de cangrejo rojo (ucides

occidentalis) y camarón blanco (litopenaeus vannamei) para el tratamiento

de aguas residuales de una industria cartonera.

1.4.2 Objetivo especifico

Extraer la quitina del caparazón del cangrejo y camarón mediante

desproteinización y desmineralización.

Determinar la dosificación apropiada del polímero quitina para

desestabilizar y aglomerar los efluentes mediante test de jarra.

28

Determinar la eficiencia de remoción por medio de parámetros de

respuestas: DQO, color, turbiedad; mediante el tratamiento con el

polímero quitina de cangrejo y camarón.

1.5 DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

1.5.1 Delimitación temporal

La presente investigación tiene un tiempo de cero a seis meses, que

empezó en mayo, culminado este límite de tiempo para presentar la

obtención de quitina del caparazón de cangrejo rojo y camarón blanco

para el tratamiento de aguas residuales en industria cartonera.

1.5.2 Delimitación espacial

La metodología propuesta se llevó acabo en los laboratorios del instituto

tecnológico de la Universidad de Guayaquil (figura 1), la recolección de

muestra se obtuvo de la Cartonera, la experimentación del proyecto se la

realizo en el laboratorio de Aguas y Medio Ambiente de la Facultad de

Ingeniería Química.

29

Figura 1 Facultad de ingeniería química de la universidad de

Guayaquil – GD: 2.1819132,-79.9014681 (Google Maps,

www.google.com/maps, 2019)

1.5.3 Delimitación del contenido

El proyecto de titulación para la obtención del título de ingeniería química

se centra en la obtención de polisacárido quitina de desechos orgánicos

como son los caparazones de camarón blanco y cangrejo rojo para el

tratamiento del agua residual de la industria cartonera, aplicando los

conocimientos adquiridos académicamente de las materias residuos

sólidos en aguas y medio ambiente de ingeniería química y el apoyo de

información garantizando la calidad del estudio investigativo del tema

planteado.

30

1.6 HIPÓTESIS

Mediante la aplicación de quitina obtenida del caparazón del cangrejo rojo

(Ucides Occidentalis) y camarón blanco (litopenaeus Vannamei) se podrá

tratar agua residual de la industria cartonera.

1.7 VARIABLES

1.7.1 Variable independiente

Quitina del caparazón del cangrejo y camarón

Indicadores

Concentración del coagulante

Velocidad de agitación

Tiempo

1.7.2 Variable dependiente

Aguas residual de la industria cartonera

Indicadores

DQO

Turbiedad

Color

31

1.7.3 OPERACIONALIZACIÓN DE LAS VARIABLES INDEPENDIENTES

Variables Tipo de variables Indicadores Unidades Definición

Quitina

del

caparazón

del

cangrejo y

camarón

Independiente

Concentración

coagulante

mg/l Medida cualitativa para identificar la cantidad de masa

que se necesita disolver en un solvente, el cual será

mayor proporción.

Velocidad de

agitación

RPM Es la velocidad con la que va dar paso a la agitación y

así llevarlo al proceso de desestabilizar y aglomerara

las partículas.

Tiempo s Medida que se toma en la duración del proceso en cada

intervalo.

Tabla 1 Especificaciones de la operacionalización de las variables independientes

Elaborada por: (Valverde M. & Zuña D., 2019)

32

1.7.4 OPERACIONALIZACIÓN DE LAS VARIABLES DEPENDIENTES

Variables Tipo de

variable

Indicadores Unidad Definición

Aguas

residual

de la

industria

cartonera

Depen-

diente

DQO mgO2/L DQO, es aquella cantidad de oxígeno que se necesita para oxidar la materia prima,

permite medir la contaminación de la muestra. (INTEMAN, 2016)

Color Pt/Co Propiedad física que determina cualitativamente el proceso del agua residual las

aguas residuales se tornan de color negro (ausencia de oxígeno, proliferación de

microorganismo anaeróbico).

Turbiedad NTU Se denomina turbiedad en el agua aquella que pierde su transparencia, ya sea por

solidos que están suspendidos, desechos domésticos, los cuales no permiten el paso

de la luz interviniendo en el proceso de la fotosíntesis. (Cisneros, la contaminacion

ambiental en Mexico: causas, efectos y tecnologia apropiada, 2005).

Tabla 2 Especificaciones de la operacionalización de las variables dependiente

Elaborado por: (Valverde M. & Zuña D., 2019)

33

1.8 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

1.8.1 Formulación del problema de investigación

Será posible determinar la eficiencia de remoción con el coagulante

polisacárido quitina para la aplicación en agua residual de las actividades

del proceso de la industria cartonera el cual participa en la

desestabilización y aglomeración de las partículas suspendidas.

34

CAPÍTULO II

MARCO REFERENCIAL

2.1 Antecedentes

El mecanismo de tratamiento de aguas residuales de auge es la

coagulación-floculación, empezarón en siglo xx, como (Diaz, 2014) indica

que los más usados son productos químicos tales como las sales de

aluminio, hierro y cal.

Los coagulantes-floculantes naturales según (DAMIÁN & SILVA, 2016), es

una de las alternativas de investigación el cual servirá para solucionar la

problemática que tienen las industrias que distribuyen crustáceos, estos

desechos los cuales contienen altos porcentajes de quitina el cual tiene

poco impacto ambiental, se utilizaran para poder brindar una contribución

en el tratamiento de aguas residuales.

Según (Arboleda, 1992), la coagulación- floculación es un tratamiento que

se lo utiliza primordialmente en la remoción de color aparente y verdadero,

turbiedad ya sustancias inorgánicas e orgánicas y desestabilización de los

patógenos.

35

2.2 MARCO TEÓRICO

2.1.1 QUITINA

La quitina fue asilada en el año 1811 (POLO, 2016), donde se la prueba

con tratamientos de alcalinidad en ese entonces se le conocía como

fungicida, no fue hasta unos años que se aisló del caparazón de un

escarabajo el cual se le designo el nombre quitina, nombre en griego chitón

desde entonces se le conoce se podría decir que es el primer polisacárido

descubierto.

La quitina es una sustancia insoluble en agua, ácidos diluidos, álcalis y

solventes orgánicos, esto debido a su alto grado de cristalización y sus

fuertes puentes de hidrogeno en su estructura. Esta puede ser soluble

siempre y cuando pierda el acetil del grupo acetilamino convirtiéndolo en

quitosano permitiendo solubilizarlo en compuestos ácidos inorgánicos

diluidos.

Es un polisacárido que se encuentra en la mayoría de los artrópodos unos

en un porcentaje más que otro como en el exoesqueleto de los crustáceos

como se puede observar en la tabla 3 y figura 2, Dado que estos desechos

contienen entre 14 y 35% de quitina, asociada con 30-40% de proteínas y

30-40% de depósitos de calcio. Dependiendo de la especie de crustáceo,

el porcentaje de quitina varía entre el 2 y el 12% del peso total. Su

exoesqueleto, que es realmente lo que se utiliza, presenta entre el 14 y el

35% de quitina, y entre un 30 y un 40% de proteínas que conforman el tejido

conectivo, y la misma proporción de carbonato de calcio como

36

componentes principales, y como minoritarios, presenta pigmentos y otras

sales metálicas. (F. Pesantez & M.Cuenca, 2017).

Sin embargo los microorganismos como son las levaduras y los hongos

producen quitina en menos cantidad, se estima que al agruparlos se

obtendría un estimado de 100 toneladas anual (POLO, 2016).

La diferencia de este biopolímero contiene nitrógeno es por ellos que tiene

una amplia aplicación en industrias para la utilización de productos

nitrogenados algunas de ellas son farmacéuticas, textiles, cosméticas, en

industrias de tratamiento de aguas como implica en este proyecto de

investigación a las industrias cartoneras, etc., cruciales para la actividad de

la vida cotidiana (M. Ramírez, 2010) .

Figura 2 Composición química de los exoesqueletos de crustáceos

Fuente: (Colina, 2014)

37

Fuente Quitina

(%)

Proteína

(%)

Cenizas

(%)

Lípidos

(%)

Cangrejo rojo (Ucides

Occidentalis)

13.5-26,6

25.1-29.2

40.6-58.3

2.1-1

Camarón blanco

(litopenaeus

Vannamei)

17-32

17-42

41-46

5.2-9.9

Tabla 3. Composición química de los exoesqueletos de crustáceos

Cangrejo rojo (Ucide Occidentalis) y Camarón blanco (litopenaeus

Vannamei)


Viendo una alto porcentaje de quitina en lo que son los crustáceos, la

quitina copolimeros degradables con una estructura química de residuos de

N–glucosamina (D–GlcN) y N–Acetil glucosamina (D–GlcNAc) distribuidos

al azar y unidos mediante un enlace β–1,4 que produce una estructura

rígida no ramificada. (Colina, 2014), Como se puede apreciar en la figura 3.

Figura 3 Estructura química de la quitina

Fuente: (C. Hernández & et al. W. Varo, 2008)

38

2.1.2 Desproteinización química de la quitina

La Desproteinización de forma química contra una interrupción difícil de los

enlaces químicos de la proteína-quitina, se despolimeriza el biopolímero de

productos químicos de forma heterogéneas (M.Rinaudo & I. Younes, 2015)

La población humana es alérgica a los mariscos, el principal culpable es el

componente proteico, los métodos químicos fueron el primer enfoque

utilizado en la desproteinización. Una amplia gama de productos químicos

que han sido probados como reactivo de desproteinización incluyendo

NaOH, Na2CO3, NaHCO3, KOH, K2CO3, Ca (OH) 2,Na2SO3, NaHSO3,

CaHSO3, Na3PO4 y Na2S (N.Daraghmeh, 2011). Las condiciones de

reacción varían considerablemente en cada estudio. El NaOH es el reactivo

preferencial y se aplica a una concentración que varía de 0.125 a 5.0 M, a

temperatura variable (hasta 160 ° C) y duración del tratamiento (desde unos

pocos minutos hasta unos pocos días). Es además de la desproteinización,

el uso de NaOH da como resultado invariablemente la desacetilación

parcial de quitina e Hidrólisis del biopolímero disminuyendo su peso

molecular (M.Rinaudo & I. Younes, 2015).

2.1.3 Desmineralización de quitina

La desmineralización trata de la eliminación de minerales, principalmente

carbonato de calcio (No & Hur, 1998). Generalmente se realiza mediante

tratamiento ácido utilizando los siguientes compuestos: HCl, HNO3, H2SO4,

CH3COOH y HCOOH (Percot, Viton, & Domard, 2003).

39

Entre estos ácidos, el reactivo preferencial es el ácido clorhídrico diluido.

La desmineralización es fácil Se logra porque involucra la descomposición

del carbonato de calcio convirtiéndolo en soluble en agua (Johnson &

Peniston, 1982). Sales con la liberación de dióxido de carbono como se

muestra en la siguiente ecuación:

2 HCl + CaCO3 CaCl2 + H2O + CO2

La mayoría de los otros minerales presentes en la cutícula de los mariscos

reaccionan de manera similar y dan sales solubles en presencia de ácido.

Luego, las sales se pueden separar fácilmente mediante filtración de la fase

sólida de quitina seguida de Lavado con agua desionizada. Los

tratamientos de desmineralización son a menudo empíricos y varían según

el grado de mineralización de cada uno. Cáscara, tiempo de extracción,

temperatura, tamaño de partícula, concentración de ácido y relación soluto

/ disolvente. El último depende de la concentración de ácido, ya que

necesita dos moléculas de HCl para convertir una molécula de carbonato

de calcio en cloruro de calcio. Para tener una reacción completa, la ingesta

de ácido debe ser igual a la cantidad estequiométrica de minerales, o

incluso mayor (Shahidi & Synowiecki, 1991). Dado que, es difícil de eliminar

todos los minerales (debido a la heterogeneidad del sólido), un volumen

mayor o una solución ácida más concentrada son usadas. La

desmineralización puede ir seguida de una valoración acidimetría: la

evolución del pH hacia la neutralidad corresponde al consumo de ácido,

pero la persistencia de la acidez en el medio indica el final de la reacción

(Tolaimate, Desbrieres, Rhazi, & Alagui, 2003)

40

2.1.4 Descripción de las especies

Los crustáceos como el camarón y el cangrejo contienen características

similares, una de ellas es que en su exoesqueleto (caparazón) contiene lo

que es quitina.

2.1.4.1 Cangrejo rojo (Ucides occidentalis)

La importancia ecológica que tiene Ucides occidentalis en el manglar, al

intervenir en procesos de reciclaje del nitrógeno, remoción de hojarasca,

aireación del suelo. (Peña & Panchana, 2017)

Figura 4 Cangrejo rojo Ucides occidentalis

Fuente: (CÓRDOVA, 2010)

41

2.1.4.2 Camarón blanco (Litopenaeus Vannamei)

El litopenaeus vannamei o también conocido como camarón blanco, esta

especie es la más cultivada en el ecuador en las distintas industrias

camaroneras, La especie de cría en grandes estanques de por lo menos

un metro de profundidad. Son fertilizados con urea o se añaden

directamente concentrados suplementarios, pero con frecuencia se

utilizan ambas técnicas. (Soro, 2007)

Figura 5 Camarón blanco litopenaeus vannamei

Fuente: (Santa Priscila, 2017)

2.1.4.3 Tratamiento de aguas residuales para la industria cartonera

Las industrias cartoneras consta de un alto nivel de contaminación por el

cual se debe tratar el agua ya sea para la eliminación al sistema de

alcantarillado o la reutilización de la misma, es por ello que le debe dar un

tratamiento pero para ello se debe conocer si el contenido de solidos

suspendidos que contiene el agua o ya sea por proceso.

42

Actualmente el día a día del ser humano gira en torno a actividades en las

que el papel y el cartón complementan sus acciones ya sea en el trabajo o

dentro del hogar y aunque cada vez hay más influencia de la tecnología, se

muestra que el papel y cartón se encuentran en un auge de consumo que

se incrementa a pesar de la situación económica actual (K. CAICEDO & M.

MORENO, 2017).

Latinoamérica se ubica en tercer lugar de producción mundial. En América

del Sur, se cuenta con una producción de papel y cartón de 14`493.000

toneladas anuales en promedio, presentando un crecimiento del 4,7%

anual. Específicamente en Ecuador, de acuerdo con el Instituto Nacional

de Estadísticas y Censos, en el año 2016, se presentó un crecimiento del

83,14% en el consumo de estos materiales (SIPRO, 2016).

2.1.4.4 Polímeros como coagulante

Los polímeros han tomado gran impacto en el tratamiento de aguas

residuales ya que resultan económicas y la dosificación de baja

concentración, con respecto a dosificación por compuestos químicos, este

tiene un peso molecular alto debido a su estructura química. (Rodriguez,

1995)

2.1.4.5 Coagulación

La coagulación es un proceso de desestabilización de las partículas

coloidales, por medio de la adición de un coagulante al agua residual y una

agitación constante la cual neutraliza las cargas y estás tienden

aglomerarse entre sí. (Aguilar, 2016).

43

Los factores que influyen en la coagulación son:

Tamaño de las partículas: Las partículas que se agregan deben

tener un diámetro entre una y cinco micras, si se sobrepasa este

diámetro no se podrá agregar en el floc. (Franks, 2015)

Temperatura: La temperatura influye en el tiempo de formación

de floculós en menor temperatura más tiempo de coagulación y

viceversa. (Franks, 2015)

Dosis del coagulante: La cantidad a utilizar de coagulante, no

debe ser poca ni alta, ya que si la dosis es poca no se neutralizara

totalmente la carga, y si es muy alta se produce la formación de

microflóculos por lo que la velocidad de sedimentación es muy

baja. (Franks, 2015)

PH: El PH es la variable más importante en la coagulación, cada

agua residual tiene su PH, si la coagulación se realiza fuera del

rango de PH óptimo la dosis del coagulante aumenta. (Franks,

2015)

Las etapas de la coagulación son: (Franks, 2015)

Hidrolisis y desestabilización de las partículas

Formación de polímeros

Adsorción de las partículas coloidales

Acción de barrido

44

Figura 6 Etapas de coagulación

Fuente: (Franks, 2015)

Tipos de coagulación

Coagulación por adsorción: Se presenta cuando el coagulante se

adiciona al agua turbia, los productos solubles son adsorbidos y

forman flóculos de inmediato. (Franks, 2015)

Figura 7 Mecanismo de coagulación por absorción


45

Coagulación por barrido: Se presenta cuando las partículas

coloidales son pequeñas y el agua residual es más clara, teniendo

una sobresaturación en el precipitado. (Franks, 2015)

Figura 8 Mecanismo de coagulación por barrido


2.1.5 Floculación

Es el proceso en el cual consiste la aglomeración de flóculos recién

formados, al juntarse y aumentar su tamaño son capaces de sedimentar, el

mezclado lento favorece la floculación permitiendo juntar de poco a poco

los floculos. (Franks, 2015)

Figura 9 Mecanismo de floculación

Fuente: (Aguilar Rita & Gianella Otiniano, 2016)

46

Factores que influyen en la floculación

Agitación: Al iniciar la floculación la velocidad de agitación debe ser

lenta, para evitar la ruptura de los flóculos. (Aguilar Rita & Gianella

Otiniano, 2016)

Superficie de los sólidos: La dosis del floculante debe ser

proporcional a la del sólido, ya que al aumentar el tamaño de la

partícula la dosis del floculante reduce. (Aguilar, 2016)

2.1.6 Prueba de jarra o test de jarra

El mecanismo del cual la sustancia coagulantes de adsorción-

desestabilización basado en las fuerzas electrostáticas de atracción y

repulsión, el del puente químico que establece una relación de dependencia

entre las fuerzas químicas y la suspensión coloidal, se inician una serie de

reacciones hidrolíticas que adhieren iones (cualquiera sea el mecanismo

físico-químico que se considere) a la superficie de las partículas presentes

en la suspensión, las cuales tienen así oportunidad de unirse por sucesivas

colisiones hasta formar flóculos o grumos que crecen con el tiempo. La

rapidez con que esto ocurre va a depender del tamaño de las partículas en

relación con el estado de agitación del líquido, de la concentración de las

mismas y de su "grado de desestabilización", que es el que permite que las

colisiones sean efectivas para producir adherencia y la dosificación precisa

interactúan gracias a el arreglo de vasos de precipitaciones con paletas con

un tiempo de agitación las partículas producido por el movimiento de las

moléculas del líquido (movimiento Browniano) que solo influye en partículas

47

de tamaños menores del micrón para que pueda dar lugar a los floc y

gracias a su peso se sedimenten. (Arboleda, 1992).

2.2 MARCO CONCEPTUAL

Para entender el tema tratado tenemos a continuación algunos conceptos

importantes:

2.2.1 Efluentes

Se define como efluente a un líquido que es desechado al ambiente,

causando diferentes impactos ambientales. (Suyen Rodriguez, 2003)

2.2.2 Floculación

Se define como un proceso químico en el cual los flóculos se aglomeran,

formando partículas estables aumentando así su tamaño y peso. (Aguilar

M.I, 2002)

2.2.3 Coagulación

Proceso en el que los componentes de una disolución permanente son

desestabilizados por medio de una superación de aquellas fuerzas que

mantienen su estabilidad. (Aguilar M.I, 2002)

2.2.4 Aguas residuales industriales

Las aguas residuales proveniente de las industrias, están pueden estar

contaminadas por efluentes ya sean orgánicos etas pueden ser degradable

o no degradables e inorgánicos, esto va a depender del tipo de industria.

48

2.2.5 PH

El PH es un parámetro importante ya que demuestra la calidad del agua

residual, en aguas naturales se tendrá un PH con un rango de 7,2 y 7,6, el

agua residual de una industria va depender del tipo de producto que esté

utilizando en la elaboración de sus productos así se podrá saber si su

efluente es acido o alcalino (Sastre, 2007).

2.2.6 Turbiedad

Se denomina turbiedad en el agua aquella que pierde su transparencia, ya

sea por solidos que están suspendidos, desechos domésticos, los cuales

no permiten el paso de la luz interviniendo en el proceso de la fotosíntesis

y el crecimiento de la flora y la fauna acuática. (Cisneros, la contaminacion

ambiental en Mexico: causas, efectos y tecnologia apropiada , 2005)

2.2.7 Olor

El olor en una planta de tratamiento residual es importante, más aun si esta

se encuentra cerca de sectores poblados, mientras se realiza el tratamiento

de aguas puede emanar olores teniendo en cuenta que si se le realiza un

buen tratamiento va ser inofensiva y no afectara a la población. (Oscar

Delgadillo, 2010)

2.2.8 DQO

A la demanda química de oxigeno se la define como el volumen que se

necesita para oxidar la materia orgánica. (R.S.Ramalho, 2003)

49

2.2.9 Colorantes

Se conocen colorantes de tipo natural o artificial:

El colorante tipo natural: Son aquellos que se extraen de material

animal, vegetal o mineral, por su composición este tipo de colorantes

no es muy usado industrialmente, que no permanece con una

composición uniforme. (Llerena, 2006)

El colorante tipo artificial: Para el uso de estos colorantes deben

de ser certificados, la industria alimenticia es la que más usa este

tipo de colorante. (Llerena, 2006)

50

2.3 MARCO CONTEXTUAL

Figura 10 Diagrama de flujo del proceso de tratamiento de agua

residual con Quitina.

Fuente: (Valverde M. & Zuña D., 2019)

51

CAPITULO III

MARCO METODOLÓGICO

3.1 METODOLOGIA DE LA INVESTIGACIÓN

El presente trabajo de investigación se basa en distintos métodos los

cuales son:

Método bibliográfico para llevar a cabo el proyecto realizando

recopilación de información garantizando la calidad del estudio

investigativo.

Método experimental cuantitativo realizando pruebas que controla

las variables de respuestas como son DQO, turbiedad y color.

Método inductivo aplicando test de jarra que es un método de

prueba y de error, con los datos obtenidos se pudo determinar la

dosificación y eficiencia de remoción de la utilización de

coagulantes en el agua residual de la industria cartonera.

52

3.2 MATERIALES, EQUIPOS Y REACTIVOS

TABLA DE EQUIPOS

EQUIPOS

NOMBRE MODELO MARCA RANGO

Estufa eléctrica 854 schwabach w-germany Germany 30-240

Balanza analítica Adventurer tm item mo ar 2140 AR 2140 210g

Mufla THERMOLYNE Furnace 114300 100 – 1050 °C

Vibrador de tamices MLM

Tamices Prufsiebring A TGL-7354 50 um /56 um

Ph-metro Alla France #92100-009v -1.00 – 15.00

Agitador-calentador MLM

Espectrofotómetro Thermo Spectronic GENESYS 10 UV-VSIBLE 190-1100nm

Test de jarras 7790-400 HACH 120v, 50-400

Digestor MERCK Spectroquant TR 320 1400 °C

Tabla 4. Equipos a utilizar en las metodologías


53

TABLA DE MATERIALES Y REACTIVOS

REACTIVOS

NOMBRE CANTIDAD

Ácido clorhídrico 2N

Hidróxido de sodio 4% p/v

Ácido acético 1,5 mol/L

Silicato de sodio 50mmol/L

Molibdato de sodio 600mmol/L

Dimetilsulfoxido 3 %

Viales 1 caja

Caparazón de cangrejo y camarón 200 g

Agua de industria cartonera Dos Caneca

Agua destilada Dos Galones

MATERIALES

Vaso de precipitación 80, 250, 50, 1000 ml

Matraz aforado 2, 3, 5, 10, 25,1000 ml

Pipetas 0.02, 0,2, 5, 10 , 20ml

Vidrio reloj grandes

hidrolizadores 3

Cápsula Pequeña, mediana

picetas 500 ml

Tabla 5. Materiales y reactivos


54

3.3 ASPECTO METODOLÓGICO

El tratamiento de aguas residuales de las industrias cartoneras, se le va a

realizar las siguientes metodologías.

3.3.1 Recolección de la muestra cruda de la industria cartonera

La muestra cruda fue facilitada de las instalaciones del proceso de corrugados

de la industria cartonera de la ciudad de Guayaquil, las cuales se tomaron

directamente de la piscina del proceso.

Figura 11 Diagrama de flujo del proyecto


55

3.3.2 Caracterización de las muestras

Se midieron diferentes parámetros de respuesta para la caracterización de la

muestra tales como e muestran en la tabla 6.

Parámetros Expresado

como

Resultados Unidades Limites

máximo

permisible

Método

Cr Cm Cg

Demanda

química de

oxigeno

DQO mg/L 400 5220D

PEE/UC

C/LA/03

Color Color real Pt/L -- 8025

HACH

Turbidez -- NTU --

Tabla 6 Caracterización de las muestras

Elaborada por: (Valverde M. & Zuña D., 2019)

Legislación ambiental para descarga a un cuerpo de agua marina. Límite

máximos permisible en zona de rompientes (Ministerio de Ambiente, 2015)

3.4 DISEÑO EXPERIMENTAL

3.4.1 Obtención de la quitina a partir del caparazón del cangrejo y

camarón

Para la obtención de la quitina se debe realizar las siguientes etapas como se

observa en el diagrama de flujo:

56

Diagrama de flujo de la obtención de quitina

Figura 12 Diagrama de flujo de obtención de la quitina del camaron y cangrejo

Elabporado por: (Valverde M. & Zuña D., 2019)

57

A continuación se explicará detalladamente el procedimiento de la obtención

de quitina de algunos crustáceos.

Fotografía 1 Recolección de materia prima


Etapa I

La recepción de la materia prima como se lleva en esta investigación son los

caparazón del cangrejo rojo y camarón blanco el que llamaremos materia

fresca se debe tomar en cuenta que se debe trabajar con los caparazones,

eliminar los sobrantes como son patas y cola que contienen materia orgánica

interviniendo en el proceso, seleccionar cuidadosamente el material a utilizar,

llevar a enjugar con abundante agua hasta que pueda percibir que su olor

característico a marisco disminuya, en el acondicionamiento se llevaran a dos

secados, el primero será un secado al sol durante 3 a 4 horas dependerá de

la radiación del sol que al tocar los caparazones tienden a ser más frágiles ese

será la guía para saber que están listo para llevar al segundo, secado

colocándose en la estufa a una temperatura de 90°C por 5 horas, después

llevar al molino de bola para que la materia prima pase por un tamiz de 56 um

58

(caparazón de cangrejo) y 54 um (caparazón de camarón), y finalmente

envasar al vacío, para que este se encuentre fuera de humedad.

Etapa II

La desmineralización se tiene que hacer con una sal ya sea KOH ó NaOH en

este caso se realizó con hidróxido de sodio el cual tiene que tener una

concentración del 4%, verter en un Erlenmeyer la solución acuosa, se debe

tomar en cuenta que por cada 250 ml se agrega 10 g de la materia prima. Una

vez mezclado llevar a calentamiento a una temperatura de 82°C por 30

minutos.

Enjuagar el sobrenadante con abundante agua y repetir el procedimiento con

la solución acuosa de hidróxido a un tiempo de 10 minutos y por ultimo

enjuagar con abundante agua.

Fotografía 2 Desproteinización para la obtención de quitina


59

Etapa III

La desmineralización se la realiza con una solución HCL a una concentración

de 2N, someter a calentamiento a una temperatura de 72°C por 30 minutos

asegurando su total desprendimiento del carbonato de calcio, y se lleva a

enjuagar hasta que su pH este en 7 neutro.

La quitina que se obtendrá se la debe lleva secado con una temperatura de

110 °C durante 12h.

3.4.2 Análisis de quitina por ensayo colorimétrico de la glucosamina

Figura 13 Diagrama de flujo del análisis de quitina


60

Procedimiento de determinación de glucosamina por el método

colorimétrico

La quitina es un polímero de cadena larga de N-acetilglucosamina (GlcN), por

una hidrólisis acida por lo tanto puede ser determinada a partir de la cantidad

de residuos de GlcN en el hidrolizado por lo tanto se utilizara la técnica HPCL.

Hidrolizar las muestras de quitina para transformarla químicamente en

glucosamina.

Preparación de alícuotas de silicato de sodio, molibdato de sodio,

DNSO, ácido acético e hidróxido de sodio como se muestra en la

siguiente tabla 7.

Reactivos Sol.

indiv

L

usados

conc

final

mol en

0,01L

reactivo

Reactivo mmol/

L

Reactivo

Requerido

Na2SiO3 0,1

mol/L

0,005 0,0005 mol 0,05mol/L 50 50mmol/L

Na2MoO4 12

mol/L

0,0005 0,006 mol 0,6 mol/L 600 600mmol/L

CH3COOH 10

mol/L

0,0015 0,015 mol 1,5 mol/L

1,5 mol/L

DMS 30 % 30 % 30 % 30 % 30 % 30 % 30 %

Tabla 7 Concentración de los reactivos aplicados para la determinación

de glucosamina


61

Mezclar las muestras hidrolizadas tomar 20 uL, del NaOH, verter 20 uL

y 200 uL de la alícuotas (Na2SiO3 - Na2MoO4 -CH3COOH – DMSO)

llevar a calentamiento en una estufa eléctrica a 70 °C por 30 min.

Llevar a lectura al espectrofotómetro a 750 nm y analizar sus

absorbancias para determinar la concentración de quitina que se

obtiene.

Gráfica 1 Determinación de glucosamina por método colorimetría


0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

400 450 500 550 600 650 700 750

Ab

s

L. de Onda (nm)

Glucosamina presente

glucosamina presente enCangrejo Rojo

Glucosamina presente en elcamaron blanco

Glucosamina Patrón

62

En la gráfica 1 se puede observar a una longitud de onda de 750 nm, la

absorbancia de la glucosamina patrón fue de 0.106, la glucosamina presente

en cangrejo rojo fue de 0.124 y de camarón blanco 0.141.

Mediante la siguiente formula se obtendrá la concentración de glucosamina:

Formula la absorbancia a 750 nm

𝐴750 = (0.82 ± 0.009) (𝐶𝐺𝑙𝑐𝑁𝑔𝐿−1

)

Formula de concentración de glucosamina

(𝐶𝐺𝑙𝑐𝑁𝑔𝐿−1

) =𝐴750 − 0.0420

0.82

(Hajime Katano, 2016)

Sacáridos A750

Glucosamina 0.106

Oligosacárido de quitina

(camarón blanco)

0.141

Oligosacárido de quitina

(cangrejo rojo)

0.124

Tabla 8 Mediciones de la A750 valores de 1 g/L de glucosamina patrón -

Oligosacárido de quitina (camarón blanco) -Oligosacárido de quitina

(cangrejo rojo).


63

3.4.3 Procedimiento del método test de jarra o prueba de jarra

Fotografía 3 Aplicación del test de jarra


El método de test de jarra o prueba de jarra se realiza de la siguiente manera:

Se requiere un volumen de 300 ml de muestra en cada uno de los seis

recipientes.

Se programa primero una mezcla rápida intensa a 100 rpm y de corta

duración aproximadamente 1 minuto para desestabilizar las partículas.

Se coloca dosificaciones del polímero en el momento que comienza la

agitación lenta (al mismo tiempo).

Seguida de una agita lenta a 30,10, 7 rpm de aproximadamente 30 y 60

minutos para que se aglomeren las partículas formándose los floc, se

deja reposar por al menos 10 minutos sin mezclar y finalmente filtrarar

para poder observar los sólidos suspendidos que se han removido. (M.

VALVERDE & D. ZUÑA, 2019)

64

3.4.4 Pruebas de solubilidad de la quitina

Las pruebas de solubilidad de la quitina con ácido orto fosfórico, alcohol

antiséptico y alcohol etílico en una muestra de agua cruda de la industria

cartonera.

Se realizó una mezcla de 1g de quitina con 15ml de ácido orto fosfórico

y 50 ml de agua destilada.

0.1g de quitina en 10ml de alcohol etílico y 5 ml de alcohol antiséptico;

todas las muestras llevarlas a 100 ml con agua.

Se tomó 300 ml de agua cruda y se vertió 30 mg de la pasta que se

forma de quitina con ácido orto fosfórico, este procedimiento se realiza

con las otras muestras de agua cruda vertiendo 20 ml de cada uno de

los alcoholes de la mezcla.

Las muestras obtenidas se lleva a una agitación constante durante 5

minutos y se lleva a filtrar la muestra dos veces.

Fotografía 4 Prueba de solubilidad de la quitina provenientes de los

caparazones del camarón blanco y del cangrejo rojo.


65

CAPITULO IV

4.1 RESULTADOS

Concentración de glucosamina presente

Gráfica 2 Concentración de glucosamina de camarón blanco VS la

absorbancia medida a 750 nm.


En la gráfica 2 se puede observar la concentración de quitina, mediante su

absorbancia, ya que este polímero de cadena larga de N-acetilglucosamina

(GlcN) por medio de una hidrolisis ácida se encontró residuos de glucosamina

presente en el caparazón de camarón y cangrejo.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0,0

00

0

0,2

00

0

0,4

00

0

0,6

00

0

0,8

00

0

1,0

00

0

1,2

00

0

1,4

00

0

1,6

00

0

1,8

00

0

2,0

00

0

2,2

00

0

2,4

00

0

2,6

00

0

2,8

00

0

3,0

00

0

A7

50

C GlcN/Gl-1

concentracion de glucosamina enel camaron blanco

concentracion de glucosamin en elcangrejo rojo

concentracion de glucosaminapatron

66

Por medio de los datos de la tabla 8, se consigue el porcentaje de quitina por

medio de sus pesos moleculares siguiendo la reacción química:

𝐶8𝐻13𝑂5𝑁 + 2𝐻2𝑂 𝐻𝐶𝑙

∆→ 𝐶6𝐻13𝑂5𝑁 + 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻

𝑄𝑢𝑖𝑡𝑖𝑛𝑎 + 𝐴𝑔𝑢𝑎 𝐻𝑖𝑑𝑟𝑜𝑙𝑖𝑠𝑖𝑠 𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎

𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟→ 𝐺𝑙𝑢𝑐𝑜𝑠𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎 + 𝐴𝑐. 𝐴𝑐𝑒𝑡𝑖𝑐𝑜

𝑃𝑒𝑠𝑜𝑠 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟𝑒𝑠

203.1925𝑔

𝑔𝑚𝑜𝑙 179.17

𝑔

𝑔𝑚𝑜𝑙 60

𝑔

𝑔𝑚𝑜𝑙

4.1.1 Porcentaje de Quitina del caparazón del camarón blanco

0.149 𝑥𝑔 𝐺𝑁

0.01 𝐿𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑥

203.1925 𝑔 𝑑𝑒 𝑞𝑢𝑖𝑡𝑖𝑛𝑎

179.17 𝑔 𝑑𝑒 𝐺𝑁= 16.8977 ≈ 17%

4.1.2 Porcentaje de Quitina del caparazón del cangrejo rojo

0.1455 𝑥𝑔 𝐺𝑁

0.01 𝐿𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑥

203.1925 𝑔 𝑑𝑒 𝑞𝑢𝑖𝑡𝑖𝑛𝑎

179.17 𝑔 𝑑𝑒 𝐺𝑁= 16.3874%

4.1.3 Rendimiento de Quitina del caparazón del camarón blanco

Rendimiento de carapacho calcinando

Masa secado natural = 303g

Masa seca calcinada = 273g

Rendimiento de carapacho calcinado = 90%

1kg de carapacho seco =900.99 g de carapacho calcinado

Rendimiento de masa molida del carapacho calcinado

67

Masa seca calcinada= 273g

Masa molida = 269g

Rendimiento de masa molida= 98.53%

Rendimiento de la quitina

Masa molida = 40g

Masa de la quitina (17%de quitina)= 29.6g

Rendimiento de la quitina= 74%

Base de cálculo

1000g de carapacho seco = 900.99g de carapacho calcinado = 887.74g de

carapacho molido = 656.93g de quitina

Rendimiento final

Rendimiento final =masa de quitina

masa de carapacho seco 𝑥100 = 65.69%

Quitina pura

656.93g de producto * 0.17

Quitina pura =111.68 g

4.1.4 Rendimiento de Quitina del caparazón del cangrejo rojo

Rendimiento de carapacho calcinando

Masa seca natural = 282g


68

Rendimiento de carapacho calcinado= 82.27%

1kg carapacho seco = 822.7g de carapacho calcinado

Rendimiento de masa molida del carapacho calcinado


Masa molida = 216g

Rendimiento de masa molida= 93.1%

Rendimiento de la quitina

Masa molida= 40g

Masa de la quitina (16.38% de quitina)= 30g

Rendimiento de la quitina= 75%

Base de cálculo

1000g de carapacho seco= 822.7g de carapacho calcinado= 765.937g de

carapacho molido= 574.45g de la quitina

Rendimiento final

Rendimiento final =masa de quitina

masa de carapacho seco 𝑥100 = 57.45%

Quitina pura

574.45g de producto x 0.1638

Quitina pura= 94.09g

69

PRUEBAS DE DOSIFICACIÓN DE QUITINA PROVENIENTE DEL

CAPARAZÓN DEL CAMARÓN BLANCO

Muestra cruda

pH: 5

V: 0.3 L

DQO: 1363 mg/L

Color: 900 Pt/Co

Turbidez: 150 NTU

Muestras Dosis de quitina (mg)

Conc. De quitina (ppm)

Color (pt/co)

Turbidez (Ntu)

DQO (mg/l)

1 80 266,66 848 144

2 100 335,33 576 148

3 120 400,33 796 140

4 140 470,66 888 144

5 180 600 714 145

6 200 666,66 714 143

7 220 733,33 670 122 1300

8 240 800 730 140

9 260 866,66 574 115 1220

10 280 933,33 689 144

11 300 1000 726 148

12 320 1066,66 660 122 1276

13 340 1133,33 692 139

14 360 1200 648 139

15 380 1266,66 624 124

16 400 1333,33 626 123

17 420 1400 604 134

18 440 1466,66 610 119

19 460 1533,33 652 122

20 480 1600 688 121

21 500 1666,66 652 141

22 520 1733,33 686 141

Tabla 9 Pruebas de dosificación de quitina proveniente del caparazón del

camarón blanco con los parámetros físico-químicos.


En la tabla 9 se observa que todas las dosificaciones, las mejores muestras fueron

7, 9 y 12 de ellas se tomó una la cual fue la muestra número 9 para aumentar el

tiempo de agitación de 60 min.

70

Muestras filtradas de las pruebas de la tabla 9.

Muestras Color Pt/Co Turbidez (NTU) DQO (mg/l)

1 510 101

2 499 99

3 458 91

4 444 86

5 508 94

6 484 92

7 425 79 1300

8 381 72

9 426 79 1220

10* 318 12 93

11 427 84

12 429 86

13 399 74 1276

14 416 82

15 426 77

16 435 77

17 441 76

18 336 63

19 338 62

20 332 62

21 336 64

22 341 66

23 320 61

*tiempo de agitación de 60 min

Tabla 10 Pruebas filtrada de quitina proveniente del caparazón del camarón

blanco con los parámetros físico-químicos


En la tabla 10 se aprecia que la mejor prueba fue la muestra número 10 debido que

fue sometió a mayor tiempo de agitación de 60 min.

71

PRUEBAS DE DOSIFICACIÓN DE QUITINA PROVENIENTE DEL

CAPARAZÓN DEL CANGREJO ROJO

Muestra cruda

pH: 5

V: 0.3 L

DQO: 1363 mg/L

Color: 900 Pt/Co

Turbidez: 150 NTU

Muestras

Dosis de

quitina

(mg)

Conc. De la

quitina

(ppm)

Color

(Pt/Co)

Turbidez

(NTU)

DQO (mg)

1 140 470,66 640 114 1236

2 200 666,66 718 120 1240

3 220 733,33 692 146

4 250 833,33 698 150

5 300 1000 606 115

6 320 1066,66 592 113

7 350 1166,66 680 147

8 360 1200 690 144

9 400 1333,33 702 147

Tabla 11 Pruebas de dosificación de quitina proveniente del caparazón del

cangrejo rojo con los parámetros físico-químicos.


En la tabla 11 se observa que todas las dosificaciones, las mejores muestras fueron

1 y 2 de ellas se tomó una la cual fue la muestra número 1 para aumentar el tiempo

de agitación de 60 min.

72

Muestras filtradas provenientes de la tabla 11

Muestras Color

(Pt/Co)

Turbidez (NTU) DQO (mg/l)

1 344 62 1236

2 * 310 11 85

3 333 61 1240

4 369 65

5 360 61

6 333 61

7 328 59

8 342 61

9 340 59

10 459 92

*tiempo de agitación de 60 min

Tabla 12 Pruebas filtrada de quitina proveniente del caparazón del

cangrejo rojo


En la tabla 12 se aprecia que la mejor prueba fue la muestra número 1 debido que

fue sometió a mayor tiempo de agitación de 60 min dando mejores resultados.

73

4.1.5 Dosificación óptima para el tratamiento de agua residual de

almidón de la industria cartonera del proceso de cartón corrugado

Tabla 13 Dosificación óptima para la remoción de los parámetros

Color, Turbidez, DQO


Estado del agua cruda de la industria cartonera

Gráfica 3 Estado inicial físico- químico del agua cruda de la industria

cartonera


Muestras Dosis

de

quitina

(mg)

Conc. De

quitina

(mg/l)

Color

(Pt/Co)

Turbidez

(NTU)

DQO (ppm)

Cr 1 ---- --- 900 150 1425

Cg 2 140 470,66 310 11 86

Cm 3 260 866,66 310 12 93

Muestras Dosis

de

quitina

(mg)

Conc. De

quitina

(mg/l)

Color

(Pt/Co)

Turbidez

(NTU)

DQO (ppm)

Cr 1 ---- --- 900 150 1425

Cg 2 140 470,66 310 11 86

Cm 3 260 866,66 310 12 93

Muestras Dosis

de

quitina

(mg)

Conc. De

quitina

(mg/l)

Color

(Pt/Co)

Turbidez

(NTU)

DQO (ppm)

Cr 1 ---- --- 900 150 1425

Cg 2 140 470,66 310 11 86

Cm 3 260 866,66 318 12 93

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

1

Agu

a re

sid

ual

cru

da

1

turbidez 150

color 900

DQO 1425

74

La Gráfica 3 nos indica el estado inicial en que se encontró el agua cruda,

con estos resultados se realizó la comparación de remoción de los

parámetros físico-químicos DQO, color y turbidez.

Remoción de parámetros físico- químico con quitina originario del

caparazón de camarón blanco como se muestran en las siguientes graficas:

Gráfica 4 Remoción del color aparente del agua residual de la industria

cartonera con quitina procedente del camarón.


En la gráfica 4 se observa tres mejores concentraciones de quitina las

cuales fueron: 335,33 ppm, 866,66 ppm y 1066,66. Eligiendo así la que

obtuvo un mayor porcentaje de remoción de color aparente con un 16% a

una dosificación de 260 mg de quitina, con una concentración de 866,66

ppm.

100

200

300

400

500

600

700

800

900

26

6,66

40

0,33

60

0

73

3,33

86

6,66

93

3,33

10

66,6

6

12

00

13

33,3

3

14

66,6

6

16

00

17

33,3

3

colo

r (P

t/C

o)

Concentración de quitina (PPM)

REMOCIÓN DE COLOR APARENTE

Remoción de Color

Color presente

75

Gráfica 5 Remoción de la turbidez del agua residual de la industria



En la gráfica 5 se observa la mejor concentración de quitina la cual es de

866,66 ppm teniendo un porcentaje de remoción de turbidez del 70%

seguida de otras concentraciones óptimas, que fue de 1400 ppm pero a

diferencia de la mejor esta va necesitar mayor dosificación que no es

beneficioso para ninguna industria ya que generan gastos.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

26

6,66

33

5,33

40

0,33

47

0,66

60

0

66

6,66

73

3,33

80

0

86

6,66

86

6,66

93

3,33

10

00

10

66,6

6

11

33,3

3

12

00

12

66,6

6

13

33,3

3

14

00

14

66,6

6

15

33,3

3

16

00

16

66,6

6

17

33,3

3

Turb

ide

z (N

TU)

concentración de quitina (ppm)

REMOCIÓN DE TURBIDEZ

Remocion De Turbidez

Turbidez Presente

76




La gráfica 6 explica la remoción de carga contaminante con un porcentaje

del 93% a una concentración de quitina de 867 ppm saliendo con un DQO

de 85 mg/L, a comparación del agua cruda que tiene un DQO de 1363 mg/L.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

26

6,66

33

5,33

40

0,33

47

0,66

60

0

66

6,66

73

3,33

80

0

86

6,66

86

6,66

93

3,33

10

00

10

66,6

6

DQ

O (

mgt

/L)

Concentracion de quitina (ppm)

REMOCIÓN DE DQO

Remoción de DQO

DQO Presente

77

Gráfica 7 Remoción del color aparente del agua residual de la industria

cartonera con quitina procedente del cangrejo.


La grafica 7 muestra las respuestas que se obtuvieron en dicho tratamiento

con varias concentraciones de quitina determinando así la más óptima, la

cual fue de 470 mg/L con una dosificación de 140 mg teniendo un

porcentaje de remoción de color de 18%.

0

200

400

600

800

1000

0

47

0,66

47

0,66

66

6,66

73

3,33

83

3,33

10

00

10

66,6

6

11

66,6

6

12

00

13

33,3

3

Co

lor

(Pt/

Co

)

Concentración de quitina (ppm)

Remoción de color

Color Presente

78

Gráfica 8 Remoción de la turbidez del agua residual de la industria

cartonera con quitina procedente del cangrejo.


Por medio de la gráfica 8 se puede observar que a una concentración de

quitina de 471 ppm con un porcentaje de remoción de 73% mientras que

una mayor concentración de quitina aumenta la turbidez.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0

470

,66

470

,66

666

,66

733

,33

833

,33

100

0

106

6,6

6

116

6,6

6

120

0

133

3,3

3

Tu

rbid

ez (

NT

U)


R E M O C I Ó N D E T U R B I D E Z

Remocion de turbidez

Turbidez Presente

79


cartonera con quitina procedente del cangrejo rojo.


En la gráfica 9 se puede observar que existe una similitud en la remoción

de la carga contaminante sin embargo en la tabla 11 se pude verificar, que

a una concentración de 471ppm de quitina arrojando como resultado un

DQO de 85 mg/L con un porcentaje del 94%

-30

80

190

300

410

520

630

740

850

960

1070

1180

1290

1400

0 470,66 470,66 666,66

DQ

O (

mg

/l)


R E M O C I Ó N D E D QO ( C A N GR E J O R O J O )

Remoción de DQO

DQO Presente

80

4.2 Análisis de resultado

Se trabajó con el equipo espectrofotómetro de UV visibles 10 a una longitud

de onda de 750 nm, el cual indica que a una absorbancia de 0.149 existe

presencia de glucosamina, teniendo un porcentaje de quitina en el camarón

blanco del 17% con un rendimiento de 65.96% mientras que en el cangrejo

rojo una absorbancia de 0.1445 dando un 16.38% con un rendimiento de

94.09% del sustancia final.

Tomando al proyecto de investigación como tratamiento primario se

hicieron las pruebas de dosificación de quitina de camarón blanco como

indica en la tabla 9 se puede observar que a la concentración de quitina

733 ppm dando en color 670 Pt/Co, turbidez de 122 NTU y de DQO 1300

mg/l, a 867ppm da un color 574 Pt7Co , turbidez 115 NTU y DQO de 1220

mg/l mientras que a una concentración mayor la cual es de 1067 ppm da

de color 660 Pt/Co, turbidez 122NTU y de DQO fue de 1276 mg/l;

seleccionando como la mejor dosificación la de concentración de quitina

867 ppm las cuales se filtraron analizaron teniendo resultados de color 318

Pt/ Co, turbidez 12 NTU y DQO de 93 mg/l, los cuales se indican en la tabla

10.

En la tabla 12 la dosificación optima de cangrejo rojo a una concentración

de quitina 471 ppm dando color 18 Pt/Co, turbidez 12 NTU y de DQO es

de 85 mg/l obteniendo mejores valores de remoción en los parámetros

físico químicos al variarle el tiempo de agitación el cual fue de 60 min, para

el tratamiento del agua residual del proceso de la almidonera de la industria

cartonera.

81

Se hicieron pruebas de solubilidad de la quitina, se puede observar en la

fotografía 26, no alcanza disolverse en su totalidad en dichas soluciones

pero se hicieron pruebas de test de jarra con ellas; el cual la de ácido orto

fosfórico fue la que mejor se observó, se le hicieron dos filtrado teniendo

como resultado un agua clara pero con una DQO de 1248 mg/l, el cual daría

lo mismo si se verte el producto directo reduciendo el costo del reactivo

como en este caso el ácido orto fosfórico.

82

Capítulo V

5.1 Conclusiones

Se obtuvo quitina mediante el proceso de despro

obtención de quitina del caparazón de cangrejo rojo y...

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