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Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
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INDICE
RESUMEN EJECUTIVO .................................................................................................................................. 5
INTRODUCCIÓN.............................................................................................................................................. 6
1. Antecedentes ............................................................................................................................................. 8
1.1. Carotenoides ..................................................................................................................................... 8
1.2. Métodos de extracción ...................................................................................................................... 9
1.3. Acido ascórbico .............................................................................................................................. 10
1.4. Emulsiones...................................................................................................................................... 11
1.5. Microencapsulación ........................................................................................................................ 12
2. Estudio de mercado ................................................................................................................................ 13
3. Justificación ............................................................................................................................................ 14
4. Objetivos ................................................................................................................................................. 15
4.1. Objetivo general.............................................................................................................................. 15
4.2. Objetivos particulares ..................................................................................................................... 15
5. Metodología Experimental..................................................................................................................... 16
5.1. Preparación de la muestra ............................................................................................................... 16
5.2. Propiedades fisicoquímicas............................................................................................................. 16
5.3. Cuantificación de licopeno, β-caroteno y ácido ascórbico (vitamina C)......................................... 17
5.4. Extracción por solventes (ES)......................................................................................................... 17
5.5. Extracción asistida por ultrasonido (EAU) ..................................................................................... 18
5.6. Extracción asistida por ultrasonido y microondas (EAUM) ........................................................... 18
5.7. Emulsiones...................................................................................................................................... 18
5.7.1. Diámetro de glóbulo de la emulsión primaria (W1/O)................................................................ 19
5.7.2 Diámetro de glóbulo de la emulsión doble (W1/O/W2) .............................................................. 19
5.8. Microencapsulación ........................................................................................................................ 19
5.9. Propiedades reológicas.................................................................................................................... 21
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6. Resultados y Discusión ........................................................................................................................... 22
6.1. Propiedades fisicoquímicas............................................................................................................. 22
6.2. Extracción por solventes ................................................................................................................. 22
6.3. Extracción asistida por ultrasonido (EAU) y extracción asistida por ultrasonido y microondas
(EAUM) ....................................................................................................................................................... 23
6.4. Diámetro de glóbulo de la emulsión primaria (W1/O) .................................................................... 24
6.5. Diámetro de glóbulo de la emulsión doble (W1/O/W2)................................................................... 25
6.6. Propiedades reológicas de la emulsión doble (W1/O/W2)............................................................... 26
6.7. Microencapsulación ........................................................................................................................ 28
7. Diseño de planta...................................................................................................................................... 29
7.1. Diagrama de proceso....................................................................................................................... 29
7.2. Selección de equipo ........................................................................................................................ 30
7.3. Dimensionamiento de equipo.......................................................................................................... 31
7.3.1. Tanques de almacenamiento....................................................................................................... 31
7.3.2. Tanques con agitación ................................................................................................................ 32
7.3.3. Bombas ....................................................................................................................................... 35
7.3.4. Secador ....................................................................................................................................... 38
8. Layout de la planta................................................................................................................................. 41
9. Evaluación económica ............................................................................................................................ 43
10. Análisis de riesgos................................................................................................................................... 47
11. Bibliografía.............................................................................................................................................. 54
ANEXOS ......................................................................................................................................................... 58
Anexo A ........................................................................................................................................................... 58
Anexo B............................................................................................................................................................ 59
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AGRADECIMIENTOS
A nuestros padres por habernos regalado la vida, por su amor, su paciencia y todo el apoyo
que nos han brindado. Jamás podremos pagarles la confianza que han depositado en
nosotros y con quienes viviremos eternamente agradecidos por ayudarnos a cumplir uno de
los anhelos más grandes de nuestras vidas.
A la Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa por las facilidades otorgadas y al
Instituto de Ciencia y Tecnología del Distrito Federal por el financiamiento mediante el
proyecto PICSO11-64 “Proceso para la obtención de emulsiones y microencapsulados de
licopeno extraído de desperdicios de jitomate de la central de abastos de la Ciudad de
México”
Al Dr. Eduardo Jaime Vernon Carter, por habernos dado la oportunidad de trabajar con él,
por la dirección del presente proyecto terminal, le reafirmamos nuestra admiración por ser
excelente persona y por su trayectoria profesional, por su apoyo, sus enseñanzas y su gran
disposición.
Al M. en C.Q. Hector Carrillo Navas, por su apoyo durante la realización de este proyecto
terminal, por crear un ambiente propicio para el trabajo y la convivencia, y gracias por sus
recomendaciones e instrucciones, las cuales nos permitieron llevar acabo nuestro trabajo sin
retrasos.
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RESUMEN EJECUTIVO
El objetivo de este trabajo fue diseñar una planta productora de emulsiones y
microcápsulas de carotenoides extraídos de residuos de jitomate de la central de abastos de
la Ciudad de México. Se evaluaron distintos métodos de extracción y se determinó que el
método de extracción asistida por ultrasonido y microondas (EAUM) tuvo los mejores
rendimientos (97.40 % licopeno y 89.40 % β-caroteno).
Debido a que los carotenoides son compuestos termolábiles, fue necesario
protegerlos mediante la formulación de emulsiones. Estas emulsiones fueron capaces de
entrampar los carotenoides en la fase oleosa y ácido ascórbico en la fase acuosa interna de
una emulsión doble agua-aceite-agua (W1/O/W2), utilizando agentes emulsificantes de bajo
peso molecular y biopolímeros. Asimismo, se determinaron las condiciones más adecuadas
para obtener microcápsulas mediante la técnica de secado por aspersión, estableciendo las
condiciones de almacenamiento óptimas para prolongar la funcionalidad y vida de anaquel.
Se analizó la factibilidad económica del proyecto por medio de la tasa interna de
retorno (TIR), con la tasa de rentabilidad mínima aceptada (TREMA). Dando como
resultado la viabilidad del proyecto.
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INTRODUCCIÓN
El licopeno es un antioxidante que provee al jitomate su color característico. Está
demostrado que la inclusión de carotenoides en la dieta reduce el riesgo de contraer ciertos
tipos de cáncer, especialmente de próstata, pulmón, estómago, riñón y piel; así como la
reducción de enfermedades cardiacas o de degeneración muscular, enfermedades
relacionadas al envejecimiento que guían a la ceguera, oxidación lipídica de moléculas
normales de grasa que conlleva a inflamación.
El jitomate es la fuente alimenticia con mayor contenido de licopeno, siendo la
cáscara donde se encuentra la mayor concentración. Estudios realizados sobre los niveles
de licopeno en la sangre, indican que sus niveles son mayores cuando la gente ha
consumido el jitomate cocido, sugiriendo que la cocción ayuda a liberar el licopeno de las
paredes celulares, facilitando su absorción en el tracto gastrointestinal. Esta absorción
puede ser más eficaz si se acompaña la ingesta de licopeno con un aceite vegetal, debido a
que el licopeno es liposoluble. Además, se ha reportado que la combinación de compuestos
con propiedades antioxidantes puede causar un efecto sinérgico en sus propiedades
funcionales y brindarles una mayor protección contra la degradación.
El calor, luz, oxígeno, metales pesados y diversas matrices alimenticias tienen un
efecto en la isomerización y autooxidación del licopeno, por lo tanto es necesario buscar las
mejores condiciones de extracción en la que el licopeno no se degrade, debido a factores
degradativos ambientales y a establecer las condiciones de almacenamiento más adecuadas
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para lograr preservar las propiedades funcionales del licopeno y prolongar su vida de
anaquel.
Existen varias maneras de proteger a los carotenoides y vitaminas, una de ellas es
mediante la formulación de emulsiones. Recientemente, ha surgido un gran interés en el
desarrollo de emulsiones del tipo doble, es decir, agua en aceite en agua (W1/O/W2) o
aceite agua en aceite (O1/W/O2). Las emulsiones dobles del tipo W1/O/W2 consisten de
gotas de agua dispersas en gotas de aceite (W1/O), las cuales son redispersadas a su vez en
una fase acuosa externa (W2), teniendo una serie de ventajas potenciales, como la reducción
del contenido de grasas, el enmascaramiento del sabor y la protección de ingredientes
lábiles o probióticos sensibles.
A partir de la formulación de emulsiones múltiples W1/O/W2 se pueden obtener
microcápsulas, las cuales presentan ciertas ventajas, entre ellas la disminución del volumen
del producto. Facilitando su transporte y alargando la vida del producto.
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1. Antecedentes
El jitomate se considera una fuente interesante de fibra, minerales (potasio y
fósforo), y de vitaminas (C, E), provitamina A y vitaminas del grupo B (B1 y B3), además
presenta un alto contenido de carotenoides como el licopeno, pigmento natural que aporta
al tomate su color rojo característico, convirtiendo al jitomate en una importante fuente de
antioxidantes; debido a esto ha despertado un gran interés en la última década ya que el
consumo de licopeno se asocia inversamente con el riesgo de desarrollar cánceres en varios
sitios anatómicos, incluyendo la glándula de la próstata, estómago y pulmón. (Adalid y col.,
2010).
1.1. Carotenoides
Los carotenoides son una familia de pigmentos naturales responsables de los colores
rojo, naranja y amarillo, sintetizados por algunas hojas, flores, frutas, aves, insectos, peces,
crustáceos, algas, hongos y bacterias. Son moléculas lipofílicas y se acumulan en las
membranas celulares o en las lipoproteínas, este comportamiento hidrofóbico tiene un
fuerte impacto en su absorción, transporte y excreción por el organismo (Egydio y col.,
2010). Se han identificado más de 600 carotenoides en la naturaleza; sin embargo, sólo 40
están presentes en la dieta humana típica (β-caroteno, α-caroteno, licopeno, luteína y la
criptoxantina) y 20 de ellos se han identificado en la sangre y tejidos humanos organismo
(Rao y col., 2007).
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Los carotenoides son considerados productos nutracéuticos que se definen como
cualquier sustancia que pueda considerarse alimento o parte de un alimento y que tenga
beneficios médicos o sanitarios, incluyendo la prevención y el tratamiento de enfermedades
(Strati y Oreopoulou, 2011). Estudios recientes demuestran que la acción conjunta de
carotenoides y ácido ascórbico, tiene un efecto potencializado (sinérgico) (Olives Barba y
col., 2006).
1.2. Métodos de extracción
Tradicionalmente los carotenoides se han extraído usando disolventes orgánicos o
CO2 supercrítico, pero existe una tendencia mundial a utilizar métodos extractivos más
amigables con el medio ambiente, eficientes y de menor costo. El método de extracción con
solventes (ES) requiere tiempos de extracción muy largos con baja eficiencia, además que
los solventes orgánicos pueden representar un problema para la salud.
Se ha reportado que la extracción asistida por ultrasonido (EAU) puede mejorar el
proceso de extracción mediante el aumento de la transferencia de masa entre el disolvente y
el material, además mejora la penetración del disolvente, tiene una menor dependencia del
disolvente utilizado, una extracción a temperaturas más bajas, mayores velocidades de
extracción y mayores rendimientos de producto (Konwarh y col., 2012). Por el otro lado, la
extracción asistida por microondas (EAM) también presenta ventajas inherentes (reducción
del tiempo de extracción, el volumen del disolvente, la energía y una mejor eficiencia en la
extracción) sobre técnicas de extracción convencionales tales como extracción sólido-
líquido (Li y col., 2012). Hay muy pocos casos en que se han combinado el ultrasonido y la
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tecnología de microondas para mejorar las extracciones, pero es un nuevo campo de
investigación. La EAUM tiene la ventaja de ser un método rápido y sencillo que combina el
efecto mecánico del ultrasonido que permite una mayor penetración del solvente en el
material celular, da lugar a la ruptura de las paredes de los organelos donde se encuentran
los pigmentos, facilitando la liberación de los contenidos celulares, mientras que los tejidos
absorben rápidamente la energía de las microondas logrando una tasa de calentamiento
mucho más rápida, contribuyendo a reducir el tiempo de extracción al favorecer los
procesos difusivos y aumentando el rendimiento en la extracción (Eh y Teoh, 2012).
1.3. Acido ascórbico
El ácido ascórbico es también conocido como vitamina C, trabaja fisiológicamente
como un antioxidante soluble en agua, por su capacidad de enfriamiento o de estabilización
de radicales libres previniendo enfermedades degenerativas, incluido cáncer, enfermedades
cardiovasculares, cataratas entre otras enfermedades (Braverman,1978).
En la industria de los alimentos, el ácido ascórbico es utilizado por dos razones:
como suplemento vitamínico y como antioxidante proporcionando protección en la calidad
nutricional y sensorial de los alimentos (Desai y Park, 2004). Sin embargo, presenta una
alta inestabilidad frente a factores del medio ambiente (luz, oxígeno, temperatura y
humedad); la causa principal de su deterioro es la oxidación, provocando así la pérdida de
su estructura activa y la formación de compuestos sin actividad biológica (Arroqui y col.,
2002).
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1.4. Emulsiones
Las emulsiones son sistemas dispersos formulados con dos líquidos inmiscibles, en
donde uno está disperso en forma de gotas microscópicas en el otro. Los dos tipos de
emulsiones simples más comunes son del tipo agua-en-aceite (W/O) y aceite-en-agua
(O/W). También existen emulsiones del tipo múltiple, es decir, agua en aceite en agua
(W1/O/W2) o aceite agua en aceite (O1/W/O2) (McClements, 2007). Las emulsiones dobles
del tipo W1/O/W2 consisten de gotas de agua dispersas en gotas de aceite (W1/O), las cuales
son redispersadas a su vez en una fase acuosa externa (W2), teniendo una serie de ventajas
potenciales, como la reducción del contenido de grasas, el enmascaramiento del sabor y la
protección de ingredientes lábiles o probióticos sensibles (Pimentel-González y col., 2009).
Figura 1. Emulsión primaria
W1/O.
Figura 2. Emulsión doble
W1/O/W2.
Al formular una emulsión doble W1/O/W2, es posible situar al licopeno en la fase
oleosa de la emulsión primaria, ya que el licopeno es liposoluble, además la emulsión
primaria podrá albergar acido ascórbico en la fase acuosa, considerando de esta manera a la
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emulsión que se formula como un sistema de transferencia del licopeno hacia el tracto
intestinal.
1.5. Microencapsulación
La microencapsulación es un proceso mediante el cual ciertas sustancias bioactivas
(carotenoides, vitaminas, aceites esenciales, etc.) pueden ser cubiertas de manera individual
para protegerlas del ambiente y de reacciones deteriorativas debido a la luz, temperatura y
oxígeno. Una ventaja adicional es que un compuesto encapsulado se libera gradualmente
del compuesto que lo ha recubierto y se obtienen productos alimenticios con mejores
características sensoriales y nutricionales.
El secado por aspersión como método para formar microencapsulados, es
ampliamente usado en la industria de los alimentos debido a que es un método económico,
versátil y efectivo en la protección de materiales termolábiles (Adamiec y Kalemba, 2006).
El principio de operación del secado por aspersión es la producción de un polvo seco por
medio de la atomización de una emulsión o disolución en una corriente de aire caliente en
una cámara de secado. El agua se evapora instantáneamente, permitiendo que el material
activo presente en la emulsión quede atrapado dentro de una película de material
encapsulante, el polvo seco que se obtiene cae al fondo cónico de la cámara y luego es
extraído mediante una corriente de aire hasta un colector de polvos (Gharsalloui y col.,
2007).
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2. Estudio de mercado
El mercado mundial de nutracéuticos, se divide en tres presentaciones, bebidas,
alimentos y suplementos en conjunto se estimó alrededor de $151 billones de dólares en
2011. Este mercado presenta una tasa de crecimiento anual del 6.5%, por lo que las
estadísticas indican que en el año 2016 se presentarán ventas por $207 billones de dólares.
Este crecimiento es mayor en el caso de las bebidas nutracéuticas (BBC Research, 2011).
Figura 1. Mercado global de nutracéuticos de 2009 al 2016.
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3. Justificación
El problema primitivo son los residuos de jitomate que no son aprovechados
racionalmente (10 ton/día), pudiéndose obtener varios subproductos de interés comercial,
además de contribuir a disponer de una fuente de contaminación ambiental. En este
proyecto se busca obtener un producto de gran valor agregado (carotenoides) a partir de los
residuos del jitomate.
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4. Objetivos
4.1. Objetivo general
Diseñar una planta productora de emulsiones múltiples y microcápsulas de
carotenoides extraídos a partir de los residuos de jitomate saladette (Lycopersicon
esculentum Mill.) recolectados en la central de abastos de la Ciudad de México
4.2. Objetivos particulares
• Evaluar los métodos de extracción ES, EAU, y EAUM de carotenoides.
• Formular y caracterizar la emulsión primaria (W1/O) y doble (W1/O/W2). Evaluar la
protección de la emulsión.
• Obtener microcápsulas mediante secado por aspersión.
• Evaluar la protección de las microcápsulas
• Evaluar rentabilidad del proceso.
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5. Metodología Experimental
5.1. Preparación de la muestra
Los residuos de jitomate Saladette utilizados fueron cosechados en la zona de
producción de Los Mochis, Sinaloa y recolectados en la Central de Abastos de la Ciudad de
México. Los jitomates fueron lavados eliminando todos los defectos visibles, picados en
pequeños trozos y molidos. El puré de jitomate fue centrifugado a 3000 rpm durante 5 min
a 20 °C utilizando una centrífuga de alta velocidad HERMLE Z323K (Hermle,
Labortechnic, Alemania). El sobrenadante fue removido y el sedimento recuperado. Se
ajustó el contenido de humedad mediante secado al vacío a 60 °C y 0.01 MPa de presión en
un intervalo de 8-10 h. La muestra fue refrigerada a una temperatura de 2-8 °C hasta su uso.
5.2. Propiedades fisicoquímicas
Con el sobrenadante que se removió después de centrifugar el puré de jitomate, se
midió el pH con un potenciómetro HANNA HI 2550 (Ann Arbor, Michigan, EUA), el
contenido de sólidos solubles totales se determinó usando un refractómetro Bausch &
Lomb 33.46.10 (Rochester, Nueva York, EUA). Todas las mediciones se realizaron por
triplicado.
Los parámetros de color se obtuvieron utilizando un colorímetro Hunter Lab MS-
4,500 L. (Reston, Virginia, EUA). En los parámetros de color: L0* indica la brillantez, del
blanco hasta llegar al negro. El a0* es de verde a magenta, (para los fines de interés los
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valores de los experimentos arrojaron valores cercanos al magenta en las tres muestras) y el
parámetro b0* indica las tonalidades de azul hacia amarillo.
5.3. Cuantificación de licopeno, β-caroteno y ácido ascórbico (vitamina C)
Para determinar la cantidad de licopeno, β-caroteno y ácido ascórbico contenido en
las tres muestras que se utilizaron (jitomate sin semilla, cáscara y jitomate completo) se
formularon curvas de calibración, las soluciones patrón se realizaron a temperatura
ambiente, y a partir de estándares los cuales se adquirieron en Sigma-Aldrich S.A de C.V,
el primero con una pureza de 90%, el segundo con 95% de pureza y el tercero con 99.8%
de pureza. Los rendimientos de licopeno, β- caroteno y ácido ascórbico se determinaron
utilizando un espectrofotómetro Spectronic Genesys2 (Waltham, Massachusetts, EUA) a
dos longitudes de onda (472 y 451 nm) (Ver Anexo B).
5.4. Extracción por solventes (ES)
La extracción fue realizada utilizando una mezcla ternaria de solventes que resultó
ser la de mayor eficiencia según Olives Barba y col., 2006.
3 g de muestra de puré fueron añadidos a 50 mL de hexano, 25 mL acetona y 25 mL
etanol en un vaso de precipitados. La solución se agitó durante 30 min, posteriormente se
agregaron 15ml de agua para lograr la separación de fases. Se determinó la absorbancia de
la fase acuosa de las tres muestras, con el propósito de establecer donde se encontraba la
mayor cantidad de licopeno.
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
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5.5. Extracción asistida por ultrasonido (EAU)
La extracción se llevó a cabo en un procesador ultrasónico con potencia máxima de
300 W a una frecuencia de 40 KHz y una potencia de 50W. Durante el funcionamiento se
tomaron 2.0 g de puré de jitomate en un matraz de 250 mL y se agregó etanol, se agitó la
mezcla, se condensó y se sumergió el matraz en baño de agua por ultrasonido. Cuando se
completó la extracción, el matraz se enfrió a temperatura ambiente y se filtró la mezcla.
5.6. Extracción asistida por ultrasonido y microondas (EAUM)
Se utilizó simultáneamente un microondas de 800 W de potencia a una frecuencia
de 2450 MHz y un transductor de ultrasonidos con una potencia fija de 50 W a una
frecuencia de 40 KHz. Se agregó etanol a 2.0 g de puré de jitomate en un matraz de 250 mL
y se conectó a una columna de condensación. Cuando se completó la extracción, la mezcla
fue filtrada.
5.7. Emulsiones
La emulsión múltiple (W1/O/W2) se formuló con una fracción de fase dispersa ϕ =
0.2, la fase acuosa externa (W2) fue preparada con biopolímero y agua, mezclada con un
homogeneizador Ultra-Turrax T50 basic (IKA-WERKE Works Inc., Wilmington, NC,
EUA) a una velocidad de 5200 rpm durante 10 min. Durante el mezclado la emulsión se
mantuvo en un baño de hielo, para mantener la temperatura constante a 25°C.
Posteriormente la emulsión primaria (W1/O) se añadió gota a gota a la fase acuosa externa
(W2) mientras era mezclada con el homogeneizador.
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
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La emulsión múltiple se formuló como se muestra en la Tabla 1.
Tabla 1. Formulación de la emulsión múltiple W1/O/W2
Fracción de Fase Dispersa (ϕW1/O/W2) = 0.2
Sustancia Cantidad (kg)
Emulsión primaria W1/O 32.47
Fase Acuosa Externa W2
Biopolímero 25.97
Agua 103.89
5.7.1. Diámetro de glóbulo de la emulsión primaria (W1/O)
El diámetro de glóbulo de la emulsión primaria se determinó con un microscopio
óptico Olympus BX 45, se tomaron micrografías y estas se analizaron por medio del
software Motic Images Advanced 3.2.
5.7.2 Diámetro de glóbulo de la emulsión doble (W1/O/W2)
El diámetro de glóbulo de la emulsión múltiple (W1/O/W2) se determinó con con un
analizador de tamaño de partícula serie 2600 (Malvern Instruments, Malvern,
Worcsestershire, U.K.).
5.8. Microencapsulación
Las microcápsulas se obtuvieron haciendo fluir la emulsión múltiple (W1/O/W2) a
través de un secador por aspersión Mobile Minor Niro-Atomizer (Copenhagen, Denmark) a
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una velocidad de 20 ml/min, el aire se mantuvo a una presión de 2.8 bar, una temperatura
de entrada de 170 ± 5 °C, una temperatura de salida de 80 ± 3 °C.
El tamaño de partícula de las microcápsulas se determino con un analizador de
tamaño de partículas serie 2600 Malvern (Malvern Instruments, Malvern, Worcsestershire,
U.K.). La eficiencia de microencapsulación fue calculada con la ecuación (Rodea-González
y col., 2012):
100x
CT
CSCTME
(1)
donde:
CT = Contenido de carotenoides total [=] g
CS = Contenido de carotenoides superficiales [=] g
La concentración total de carotenoides se cuantificó solubilizando 0.05 g de polvo
en 6 ml de una mezcla 1:1 (v/v) de NaCl:metanol en un tubo. El tubo fue sellado y agitado
por 5 min, después se añadieron 30 ml de una mezcla 1:1 (v/v) de hexano:acetona. El
contenido del tubo fue centrifugado a 3000 g por 10 min a 10 °C en una centrifugadora
Hermle Z 323 K (Hermle Labortechnik GmbH, Wehingen, Germany). El sobrenadante fue
medido en un espectofotometro a 460 nm. El contenido de crotenoides superficiales se
determinó mezclando 0.1 g de polvo en 10 ml de una mezcla 1:1 (v/v) hexano:acetona. Se
agitó durante 2 min, posteriormente fue centrifugado a 1000g por 3 min a 10 °C y se
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cuantificó en un espectrofotómetro a 460 nm. Todas las mediciones se realizaron por
triplicado.
5.9. Propiedades reológicas
Las propiedades reológicas fueron determinadas para una muestra (1ml) de la
emulsión, a 25°C, con un Reómetro Kinexus Pro (Malvern Instruments, Malvern,
Worcestershire, Reino Unido) con una geometría de cono-plato, 40 mm de diámetro y un
ángulo del cono de 4º. La viscosidad de cada emulsión se determinó mediante la aplicación
de una velocidad de cizalla de 0.01 a 100 s-1 y las curvas de viscosidad fueron ajustadas a
diferentes modelos. Se aplicaron barridos de amplitud (0.1-100 % a una frecuencia de 1
KHz con el fin de determinar la región viscoelástica lineal (RVL) y barridos de frecuencia
0.1-100 KHz a una amplitud de 1% para determinar los módulos de almacenamiento (G′) y
pérdida (G″) de las emulsiones.
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
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6. Resultados y Discusión
6.1. Propiedades fisicoquímicas
En la Tabla 4 se presentan propiedades fisicoquímicas (pH, sólidos solubles totales
y ácido ascórbico) de las tres muestras de jitomate empleadas, así mismo, se presentan los
valores de los parámetros de color (L0*, a0
* y b0*) donde el parámetro L0
* representa la
luminosidad de color, a0* su posición entre rojo y verde (valores negativos indican verde
mientras valores positivos indican rojo) y b0* (valores negativos indican azul y valores
positivos indican amarillo). Los resultados indican que la muestra con mayor valor de a0*
fue la cáscara de jitomate indicando indirectamente un mayor contenido de licopeno.
Tabla 2. Parámetros de color y propiedades fisicoquímicas de las tres muestras de jitomate.
Muestra
Propiedades Fisicoquímicas Parámetros de color
pHSólidos
solubles totales
Ácido ascórbico
(mg/100g)L0* a0* b0*
Jitomate completo 4.33 ± 0.01 3.60 ± 0.01 33.60 ± 0.02 42.41 ± 0.01 12.57 ± 0.03 7.09 ± 0.03
Jitomate sin semilla 4.29 ± 0.02 3.00 ± 0.01 23.57± 0.02 42.67 ± 0.03 13.12 ± 0.05 7.55 ± 0.02
Cáscara de jitomate 4.47 ± 0.01 2.80 ± 0.02 18.67± 0.01 44.27 ± 0.03 20.46 ± 0.04 10.41± 0.02
6.2. Extracción por solventes
En la Tabla 3 se muestra la cantidad de carotenoides (licopeno y β-caroteno)
extraídos utilizando el método de ES de las tres muestras de jitomate y se observó que la
mayor cantidad de carotenoides se encuentra en la cáscara de jitomate como se había
presupuesto mediante los parámetros de color.
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
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Tabla 3. Carotenoides obtenidos por el método de extracción por solventes (ES).
Muestra µg de licopeno extraído/g muestra µg de β-caroteno extraído/g muestra
Jitomate completo 59.60 ± 0.02 4.20 ± 0.02
Jitomate sin semilla 43.50 ± 0.02 3.10 ± 0.02
Cáscara de jitomate 77.30 ± 0.02 5.30 ± 0.02
6.3. Extracción asistida por ultrasonido (EAU) y extracción asistida por
ultrasonido y microondas (EAUM)
Tabla 4. Carotenoides obtenidos por el método de extracción asistido por ultrasonido y
microondas (EAUM) y extracción asistida por ultrasonido (EAU).
Método
µg de licopeno teórico/g muestra
µg de licopeno extraído/g muestra
Rendimiento
(%)
µg de β-caroteno teórico/g muestra
µg de β-caroteno extraído/g muestra
Rendimiento
(%)
EAUM 91.78± 0.01 89.40 ± 0.02 97.40 6.94± 0.01 6.20 ± 0.02 89.40
EAU 91.78± 0.01 82.78 ± 0.02 90.20 6.94± 0.01 5.66 ± 0.02 81.60
Los resultados indicaron que la EAU mejoró la eficiencia en la extracción de los
carotenoides, disminuyendo el tiempo de extracción y reduciendo el volumen del solvente
empleado, sin embrago la desventaja que presentó fue que no aumentó los rendimientos de
extracción de los carotenoides, la explicación a este hecho se puede suponer a que los
radicales hidroxilo producidos por la cavitación acústica del ultrasonido en los extractos,
generados por la presencia de agua, dieron lugar a la descomposición de los carotenoides
(Eh y Teoh, 2012). Sin embargo, en cuanto a la EAUM, con la ayuda de la cavitación
acústica y el calentamiento rápido seleccionado del microondas, la extracción se mejoró, el
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
24
tiempo de extracción fue más corto, menor volumen del disolvente y mayor rendimiento de
los carotenoides al ser comparado con la EAU. La explicación razonable de que la
asistencia ultrasónica no disminuye el rendimiento de los carotenoides fue que la extracción
se realiza en un período de tiempo relativamente corto. Se observó que la EAUM es un
método más atractivo cuando se compara con la EAU. Por último, el uso de EAUM
combinada con extracción con etanol, permite obtener rendimientos equiparables al de
procesos que realizan la extracción con la mezcla de solventes orgánicos
(Hexano/Acetona/Etanol), por lo que se utilizó este solvente en lo restante del proyecto.
6.4. Diámetro de glóbulo de la emulsión primaria (W1/O)
En la Figura 2 y 3 se muestra la morfología de la emulsión primaria recién
formulada y después de 3 semanas. En ambas figuras podemos observar que la emulsión
primaria formulada presenta una distribución de tamaño de glóbulo monodispersa, por lo
tanto se considera que entre menor sea el tamaño y más homogéneo la emulsión es más
estable a fenómenos de inestabilidad física como la coalescencia.
Figura 2. Emulsión primaria (W1/O)
recién formulada.
Figura 3. Emulsión primaria (W1/O) 3
semanas después de formulada.
1 µm 1 µm
Tabla 5. Diámetro de glóbulo de la emulsión primaria (W1/O) recién formulada y 3
semanas después de formulada.
Semana Diámetro (µm)
0 0.44 ± 0.02
3 0.52 ± 0.02
El incremento relativo en el tamaño de glóbulo de la emulsión primaria con el
tiempo de almacenamiento nos permite establecer que tiene una buena estabilidad contra la
coalescencia.
6.5. Diámetro de glóbulo de la emulsión doble (W1/O/W2)
Las emulsiones dobles pueden presentar diferente morfología dependiendo del tipo
y tamaño de glóbulo dentro de la emulsión y son comúnmente conocidas como tipo A, B y
C (Garti, 1997a). Las emulsiones tipo A son sistemas compuestos predominantemente por
una gota de la fase interna. Las emulsiones tipo B pueden contener de fase interna una o
más gotas. Las emulsiones tipo C contienen gran número de gotas de fase interna, este tipo
de emulsión presenta la mejor estabilidad y generalmente es considerada como el mejor
vehículo controlador de la liberación de sustituyentes.
En la Figura 4 se muestra la morfología de la emulsión doble W1/O/W2 3 semanas
después de formulada y podemos observar que su morfología es del tipo C, debido a que
contiene un gran número de glóbulos en la fase interna.
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
26
Figura 4. Emulsión doble W1/O/W2 3 semanas después de formulada.
La emulsión doble W1/O/W2 recién formulada mostró un diámetro de glóbulo de
3.31 ± 0.02 µm y 3 semanas después de formulada 3.53 ± 0.02. Con base a lo anterior
podemos inferir que la emulsión doble es estable a fenómenos de coalescencia, debido a
que la tasa de crecimiento 3 semanas después de formuladas fue de 6.64 %, menor a lo
reportado por Carrillo-Navas y col., 2012.
6.6. Propiedades reológicas de la emulsión doble (W1/O/W2)
La Figura 5 muestra que la emulsión primaria presentó un comportamiento
reoadelgazante. Cuando la velocidad de cizalla fue mayor, las gotas de las emulsiones
comenzaron a alargarse en mayor medida en dirección del flujo, lo que indica una
disminución de la viscosidad de la emulsión (reoadelgazamiento).
Por otro lado la Figura 6 muestra que G′ y G″ aumentaron cuando la frecuencia se
incrementó, siendo valores de G″ mayores que los de G′ en todo el intervalo de frecuencias,
indicando que la emulsión se comportó como fluido predominante líquido (Murillo-
Martínez y col., 2011).
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
27
0.1 1 10 1001E-3
0.01
0.1
1
10
W1/O
Vis
cosi
dad
(P
a s)
Velocidad de Cizalla (s-1)
Figura 5. Viscosidad aparente en función de la velocidad de cizalla de las emulsiones.
0.1 1 10 1001E-3
0.01
0.1
1
10
100
1000
10000
G' W1/O
G'' W1/O
G',
G''
(P
a)
Frecuencia (Hz)
Figura 6. Módulos de almacenamiento (G′) y pérdida (G″) de las emulsiones.
Los datos obtenidos mediante las pruebas reológicas fueron de importancia para
determinar las dimensiones del equipo, ya que al conocer el comportamiento de la emulsión
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
28
primaria, se tendrá noción de cómo será su comportamiento al ser transportada y bajo qué
condiciones podrá ser bombeada a los tanques, sin que se separen las fases y se conserve la
estabilidad del sistema.
6.7. Microencapsulación
En la Figura 7 podemos observar que las microcápsulas exhibieron una morfología
externa de formas esféricas, características de aquellas elaboradas con goma de mezquite
mediante secado por aspersión, con superficies abolladas y un alto grado de integridad, es
decir, no se observaron grietas o poros en la superficie externa y mostraron un diámetro de
partícula de 27.91 ± 0.02 µm (Murrieta-Pazos y col., 2012).
La eficiencia de microencapsulación fue de 85.3 % con una retención total de
carotenoides de 82.4 %, esto indica que las membranas formadas con los tensoactivos y la
goma de mezquite permitieron proteger de buena forma los carotenoides y ayudaron a
evitar su degradación (Guadarrama-Lezama y col., 2012).
Figura 7. Morfología de las microcápsulas de carotenoides.
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
29
7. Diseño de planta
7.1. Diagrama de proceso
Figura 8. Diagrama de proceso.
Deca
nta
dor
DC
-1
Molin
oM
-1
EA
UM
Ext
racc
ión
T-1
Aire +
Agu
a
SD
-1
En
vasa
do
Alm
acé
n p
rodu
cto
term
inado
Seca
dor
Ace
ite +
em
uls
ific
ante
en
atm
ósf
era
in
erte (N
2)
Caro
ten
oid
es
Mate
ria
Prim
aAco
ndic
ionam
iento
M
. P
Solv
en
te
Fase
ole
osa
Em
uls
ión
mú
ltiple
W1/O
/W2
T-6
Aci
do a
scórb
ico +
agu
a
Aire
Mic
rocá
psu
las
Agu
a +
bio
polím
ero
Em
uls
ión p
rim
aria
W1/0
Desa
ireador
D-1
Alm
ace
nam
iento
Radia
ción
UV
L-1
Agu
a T-2
T-3
T-4
B-1
0
B-1
Sólid
os
Cen
trifu
gad
ora
C-1
B-3
B-2
B-4
B-5
B-7
B-8
B-9
B-6
Ban
da
tran
sportadora
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
30
7.2. Selección de equipo
En lo pertinente al diseño de equipo, este se describirá de manera concreta,
puntualizando las dimensiones y el costo.
Tabla 6. Lista de equipos de proceso.
Equipo Cantidad Características
Bandas transportadoras 1Material: PVC, espesor = 0.02 m, L = 1.50 m, m = 2.4
kg/m2, capacidad de transporte = 2.83 m3/h
Mezcladora con cuchillos 1
Material: acero inoxidable, capacidad = 1.50 m3/h, No.
de cuchillas rotativas = 3, No. de cuchillas fijas = 2,
Largo de cuchillas = 1.20 m, embudo de alimentación
= 1.20 x 6.00 m, cámara de molienda = 1.20 x 6.00 m
Lámpara de radiación UV 4 L = 2.00 m y P = 40 W, λ = 130 - 300 nm
Ultrasonicador y Microondas 1 T = 50 °C, P = 98 W, F = 40 KHz, t = 0.10 h
Centrifugadora 1Material: acero inoxidable, capacidad = 0.50 m3/h, ө =
3500 rpm
Decantador 1Material: acero inoxidable ,capacidad = 1.49 m3/h, H =
1.82 m, D = 1.25 m.
Desaireador al vacío 1Material: acero inoxidable, capacidad = 2.00 m3/h, L =
1.10 m, W = 1.20 m, H = 2.80 m, P = 5.5 Kw
D= diámetro, H= altura, L= longitud, w= ancho.
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
31
7.3. Dimensionamiento de equipo
7.3.1. Tanques de almacenamiento
Figura 9. Tanque No. 1.
Tabla 7. Tanque No. 1.
Clave M – 1
Diámetro (m) 0.75
Altura (m) 0.50
Volumen (m3) 0.22
Figura 10. Tanque No. 2.
Tabla 8. Tanque No. 2.
Clave DC – 1
Diámetro (m) 1.50
Altura (m) 0.84
Volumen (m3) 1.89
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
32
Figura 11. Tanque No. 3.
Tabla 9. Tanque No. 3.
Clave T – 2
Diámetro (m) 0.300
Altura (m) 0.198
Volumen (m3) 0.014
7.3.2. Tanques con agitación
Figura 12. Tanque con agitación para extracción.
Tabla 10. Tanque con agitación para extracción.
Clave T – 1
Diámetro (m) 1.45
Altura de tanque (m) 1.45
Volumen (m3) 2.41
Diámetro de agitador (m) 0.50
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
33
Altura del agitador al fondo del tanque (m) 0.50
Ancho deflectores (m) 0.15
Viscosidad aparente (kg/m s) 1.64
Reynolds Generalizado 7384
Potencia (J/s) 3.85 x 10-4
Figura 13. Tanque con agitación No. 1.
Tabla 11. Tanque con agitación No. 1.
Clave T – 3
Diámetro (m) 0.27
Altura de tanque (m) 0.27
Volumen (m3) 0.02
Diámetro de agitador (m) 0.09
Altura del agitador al fondo del tanque (m) 0.09
Ancho deflectores (m) 0.03
Viscosidad aparente (kg/m s) 0.01
Reynolds Generalizado 30000
Potencia (J/s) 9.53
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
34
Figura 14. Tanque con agitación No. 2.
Tabla 12. Tanque con agitación No. 2.
Clave T – 4
Diámetro (m) 0.34
Altura de tanque (m) 0.34
Volumen (m3) 0.03
Diámetro de agitador (m) 0.11
Altura del agitador al fondo del tanque (m) 0.11
Ancho deflectores (m) 0.03
Viscosidad aparente (kg/m s) 0.01
Reynolds Generalizado 47603
Potencia (J/s) 3.00
Figura 15. Tanque con agitación No. 3.
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
35
Tabla 13. Tanque con agitación No. 3.
Clave T - 6
Diámetro (m) 0.59
Altura de tanque (m) 0.59
Volumen (m3) 0.16
Diámetro de agitador (m) 0.20
Altura del agitador al fondo del tanque (m) 0.20
Ancho deflectores (m) 0.06
Viscosidad aparente (kg/m s) 3 x 10-3
Reynolds Generalizado 2227822
Potencia (J/s) 3.14 x 10-3
7.3.3. Bombas
Tabla 14. Bomba No. 1.
Transporta Puré
Eficiencia 60 %
Reynolds Generalizado 43.21
Potencia (J/s) 171.55
Tabla 15. Bomba No. 2.
Transporta Etanol
Eficiencia 60 %
Reynolds 193705.57
Potencia (J/s) 142.18
Tabla 16. Bomba No. 3.
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
36
Transporta Etanol
Eficiencia 60 %
Reynolds 176920.77
Potencia (J/s) 159.96
Tabla 17. Bomba No. 4.
Transporta Etanol
Eficiencia 60 %
Reynolds 16841.50
Potencia (J/s) 12.57
Tabla 18. Bomba No. 5.
Transporta Carotenoides
Eficiencia 60 %
Reynolds Generalizado 3.66E-02
Potencia (J/s) 1.87 x 10-3
Tabla 19. Bomba No. 6.
Transporta Agua
Eficiencia 60 %
Reynolds 2284.77
Potencia (J/s) 20.33
Tabla 20. Bomba No. 7.
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
37
Transporta Carotenoides
Eficiencia 60 %
Reynolds Generalizado 9.16 x 10-1
Potencia (J/s) 4.69 x 10-2
Tabla 21. Bomba No. 8.
Transporta Emulsión
Eficiencia 60 %
Reynolds Generalizado 44.14
Potencia (J/s) 5.85 x 10-2
Tabla 22. Bomba No. 9.
Transporta Emulsión
Eficiencia 60 %
Reynolds Generalizado 104.70
Potencia (J/s) 1.17 x 10-1
Tabla 23. Bomba No. 10
Transporta Emulsión
Eficiencia 60 %
Reynolds Generalizado 19.80
Potencia (J/s) 8.66 x 10-1
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
38
7.3.4. Secador
Figura 16. Diagrama del secador por aspersión.
Salida de aire + H2O80°C
Calentador
Microcápsulas(Producto seco)
X2 = 0.06T = 60°C
170°C
Entrada de aire25 °C
5 % Humedad
Flujo de aire
Atomizador
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
39
Balance de materia y energía
Cálculo de entalpía de aire a la entrada del secador
Cálculo de entalpía para el aire saliente
Capacidad calorífica de la Emulsión
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
40
Las entalpías del sólido
Balance de humedad
Balance de entalpía
Resolviendo balance de humedad y balance de entalpía
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
41
8. Layout de la planta
-Ó
K+
-P
´+Á
rea
de
Pro
ceso
Área de Venta
Áre
a de
M
ante
nim
ient
o
Alm
acén
de
prod
ucto
fina
l
EstacionamientoRecepción de materia prima
Con
tene
dor
19m
9m
7.5m 7.5m 5m
20m
20m
15m
2m3m
Figura 17. Layout general de la planta.
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
42
9m
Molin
o
Áre
a de
prepa
raci
ón d
e m
ate
ria
prim
a
Áre
a de
ext
racc
ión
U-M
U-M
Lic
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Áre
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de
emuls
iones
Em
uls
ión
doble
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muls
ión
prim
aria
Áre
a de
enva
sado
y a
lmac
én
Alm
acé
nS
eca
dor
Alm
acé
n
Enva
sado
19m
12m
6m
5m
5m 3m
3m
Figura 17. Layout del área de proceso.
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
43
9. Evaluación económica
A continuación se muestra el análisis económico con el que se determinó la
factibilidad de la planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
extraídos de residuos de jitomate de la Central de Abastos del la Ciudad de México.
En este apartado se analizó la factibilidad de la empresa, esto fue calculado por
medio del valor presente neto (VPN). Tomando 10 años (10 periodos de tiempo) para
recuperar la inversión.
Los datos con los que se cuenta para la elaboración del proyecto son los siguientes:
Tabla 24. Inversión de la planta.
Terreno y Edificio $148,200
Maquinaria $14,005,461
Activo circulante $1,000,000
Inversión total inicial $15,153,661
Tabla 25. Ganancias anuales de la panta.
Ventas emulsiones y microcápsulas $5,010,509
Ventas puré de tomate $360,000
Ventas netas $5,370,509
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
44
Tabla 26. Costos fijos por proceso.
Administración $ 180,000
Producción $ 144,000
Renta anual $ 148,200
Energía eléctrica $ 10,000
Teléfono $ 5,000
Agua $ 20,000
Mantenimiento $ 10,000
Varios $ 10,000
Tabla 27. Impuestos e inflación anual.
Impuestos 13 % 0.15
Inflación anual 20 % 0.2
Con los datos anteriores realizó el cálculo del valor presente neto (VPN), para
analizar sí es conveniente poner en marcha la planta productora de emulsiones y
microcápsulas de carotenoides extraídos de residuos de jitomate de la Central de Abastos
del la Ciudad de México.
Tabla 28. Datos para calcular el valor presente neto (VPN).
NVentas
anuales
FAI
sin inflación
FAI
con inflaciónDepreciación
Ingreso
GravableImpuesto Estímulos
FDI
corrientes
FDI
constantes
0 0 $15153661 0 0 0 0 0 0 0
1 $3909110 $3326910 3992292 $-1400546 $2591746 $-336927 $200000 $2454819 $2045683
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
45
2 $3909110 $3326910 4790751 $-1400546 $3390205 $-440727 $200000 $3149478 $2187138
3 $3909110 $3326910 $5748901 $-1400546 $4348355 $-565286 $200000 $3983069 $2305017
4 $3909110 $3326910 $6898681 $-1400546 $5498135 $-714758 $200000 $4983378 $2403249
5 $3909110 $3326910 $8278418 $-1400546 $6877872 $-894123 $200000 $6183748 $2485110
6 $3909110 $3326910 $9934101 $-1400546 $8533555 $-1109362 $200000 $7624193 $2553327
7 $3909110 $3326910 $11920921 $-1400546 $10520375 $-1367649 $200000 $9352727 $2610174
8 $3909110 $3326910 $14305106 $-1400546 $12904560 $-1677593 $200000 $11426967 $2657547
9 $3909110 $3326910 $17166127 $-1400546 $15765581 $-2049526 $200000 $13916055 $2697025
10 $3909110 $3326910 $20599352 $-1400546 $19198806 $-2495845 $200000 $16902961 $2729923
11 $3909110 $3326910 $24719223 $-1400546 $23318677 $-3031428 0 $20287249 $2730420
12 $3909110 $3326910 $29663067 $-1400546 $28262521 $-3674128 0 $24588393 $2757752
13 $3909110 $3326910 $35595681 $-1400546 $34195135 $-4445368 0 $29749767 $2780529
14 $3909110 $3326910 $42714817 $-1400546 $41314271 $-5370855 0 $35943416 $2799509
15 $3909110 $3326910 $51257780 $-1400546 $49857234 $-6481440 0 $43375794 $2815326
16 $3909110 $3326910 $61509336 $-1400546 $60108790 $-7814143 0 $52294648 $2828507
17 $3909110 $3326910 $73811204 $-1400546 $72410658 $-9413385 0 $62997272 $2839491
18 $3909110 $3326910 $88573444 $-1400546 $87172898 $-11332477 0 $75840421 $2848645
19 $3909110 $3326910 $106288133 $-1400546 $104887587 $-13635386 0 $91252201 $2856273
20 $3909110 $3326910 $127545760 $-1400546 $126145214 $-16398878 0 $109746336 $2862629
Calculando el VPN:
VPN = $ 267,324.00
El resultado de VPN positivo indica que el proyecto es económicamente factible.
Por lo que se recomienda poner en marcha la planta productora de emulsiones y
microcápsulas de carotenoides extraídos de residuos de jitomate de la Central de Abastos
del la Ciudad de México. Una vez calculado del VPN se iguala a cero y se obtiene la tasa
interna de retorno (TIR):
TIR = 15 %
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
46
Comparando el TIR con el TREMA:
TREMA = 13.5 %
Se tiene que el TIR> TREMA.
Con base a que el resultado de VPN es positivo y el TIR es mayor al TREMA, se
toma la decisión de que el proyecto es económicamente factible.
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
47
10.Análisis de riesgos
Tabla 29. Análisis de riesgos HAZOP.
C.P C BF-MAP. P P BF- MAE MR PMR BF- MAMR P MR BF- MA
1 Alumbramientos de aguas No - - - - - - - - - -
2 Aluviones No - - - - - - - - - -
3Asentamiento de terreno- Falla geomecánica
No - - - - - - - - - -
4 Avalancha No - - - - - - - - - -
5Contaminación ambiental de fuentes externas que afecten el proyecto
No - - - - - - - - - -
6 Crecida pluvial No - - - - - - - - - -
7 Derrumbes No - - - - - - - - - -
8Humedad. Neblina ambiental
No - - - - - - - - - -
9
Incendios de bosques pastizales, construcciones externas que afecten al proyecto
No - - - - - - - - - -
10 Inundación No - - - - - - - - - -
11 Lluvias extremas No - - - - - - - - - -
12 Maremoto No - - - - - - - - - -
13 Nevazones extremas No - - - - - - - - - -
14 Sequía Si O 0 1 2 4 1 0 11
15 Sismo Si P,C,BF 1 2 2 4 1 2 8Sistema de alerta sísmica en el local de trabajo, zona de seguridad.
16Temperatura ambiental baja /alta
No - - - - - - - - - -
17 Tormenta eléctrica No - - - - - - - - - -
18 Viento blanco No - - - - - - - - - -
19Viento sobre los límites aceptados como normales
No - - - - - - - - - -
NIVEL DE CRITICIDAD
MAGNITUD DEL RIESGON° RIESGO-EVENTO I A P
NIVEL A QUE
AFECTAMEDIDAS DE CONTROL APLICADA
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
48
20
Falla o menor cantidad en el suministro de productos para el proceso (proveedor externo)
Si O 0 1 2 4 0 0 4 0 LeveBuscar materia prima alterna ( sandia, guayaba, pimiento verte, etc)
21Falta de combustibles en Planta. Cero stock
No - - - - - - - - - -
22Falta de agua para procesos en Planta
Si O 0 1 3 6 0 0 6 0 SerioUso de sisterna, utilizar pipas (camiones de suministro de agua)
23Falta/falla total de energia
eléctrica. Suministro externo.
Si O 0 1 2 6 0 0 6 0 SerioTener una planta de generadora de energía eléctrica
24Material entregado no cumple estandares
No - - - - - - - - - -
25Producto entregado por el proveedor está contaminado
No - - - - - - - - - -
26 Virus computacional No - - - - - - - - - -
27Caída de personas a distinto nivel
No - - - - - - - - - -
28Caída de personas a mismo nivel
Si P 2 1 2 6 4 16 6 Serio SerioColocar barandales, Mantener limpio el local de trabajo
29 Cargas dinámicas. Si P,BF,O 2 1 2 6 4 16 6 Serio SerioAvisos en zonas de riesgo, protecciones adecuadas en zonas de riesgos.
30Cargas estáticas (cargas suspendidas)
No - - - - - - - - - -
31 Claim(reclamo) No - - - - - - - - - -
32 Colapso estructural No - - - - - - - - - -
33Comunicación deficicente entre personas.
Si P,O 2 1 2 6 4 16 6 Serio SerioComunicación visual (escrita o por medio de pictogramas)
34
Conocimiento deficiente de la operación, por parte del personal.
Si P,O 2 2 2 6 4 16 12 Serio Serio Capacitación adecuada
35Consumo de alcohol o drogas.
Si P,O 3 2 2 6 4 24 12 Grave SerioSupervisión constante. Estudios antidrogas (antidoping)
36Congelamiento de sistemas, equipos, tuberias, otros.
No - - - - - - - - - -
37Contacto con elementos agresores que afecten a personas.
No - - - - - - - - - -
38 Corrosión. No - - - - - - - - - -
39Cortes de correas- cables - piolas
No - - - - - - - - - -
40Choques- Volcamientos (accidentes de tránsito)
No - - - - - - - - - -
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
49
41Deficiencia en la vigilancia de los paramentros del proceso.
Si O 0 1 2 6 4 0 6 0 Serio
42Deficiencia en los sistemas de puesta en marcha y parada
Si O 4 2 2 3 4 32 6 Grave SerioBotones de encendido centrlizados y a la mano de los operarios
43Derrames de líquidos/ sólidos internos en la planta
Si O 4 2 2 3 4 32 6 Grave SerioSistemas de contención de líquidos ( albercas de contención)
44Derrumbes por excavaciones- demoliciones
No - - - - - - - - - -
45 Detención de equipo crítico Si O 4 2 2 3 4 32 6 Grave SerioBotones de encendido centrlizados y a la mano de los operarios
46 Enllampe- obstrucción Si O 0 1 2 2 0 0 2 0 Leve Programa de mantenimiento adecuado
47Exceso de fluido para un equipo o sistema.
Si BF,O 0 2 2 2 0 0 0 0 LeveEquipo de contención (tanques) para disminir la afectación.
48
Explosión por presencia de vapores, polvos o sobrepresiónes, en recipientes o redes.
Si P,C,BF,O, MA4 4 2 1 4 32 4 Grave Leve Sistema de enfriamiento de emergencia.
49
Exposición de las personas a agentes nocivos. Físicos Biológicos
Si P 1 1 2 3 4 8 3 Serio Leve Equipo de protección adecuado al proceso
50Falta de combustible para un proceso determinado (reservas en el área)
No - - - - - - - - - -
51Falta de destreza/habilidades por parte del operador
No - - - - - - - - - -
52Falta de energía electrica para un determinado proceso
Si O 0 1 2 6 0 0 6 0 SerioTener una planta de generadora de energía eléctrica
53Falta de iluminación o bajo estandar
No - - - - - - - - - -
54Falta de espacio para operar.
No - - - - - - - - - -
55Falta de espacio para mantención
No - - - - - - - - - -
56Falta de herramientas- dispositivos para intervenir los equipos o sistemas
Si BF,O 0 2 2 3 0 0 6 0 SerioAnalisis de herramienta necesaria y adquisición de herramienta adeuada.
57Falta de presión de aire comprimido para un proceso determinado
No - - - - - - - - - -
58Falta de protección a elementos moviles
No - - - - - - - - - -
59 Falta de repuestos críticos. No - - - - - - - - - -
60Falla en un componente o equipo
Si BF,O 0 2 2 4 0 0 8 0 Serio Asesoria de técnico especializado.
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
50
61Falla en los sistemas de control general del proceso.
No - - - - - - - - - -
62
Falla en los sistemas de seguridad del sistema o equipo.
Si P,BF,O 4 5 2 2 4 36 10 Grave Serio Mantenimiento preventivo
63 Falla en soldaduras. Si P,BF 4 5 2 2 4 36 10 Grave Serio Mantenimiento preventivo
64 Fallas topograficas. No - - - - - - - - - -
65Formación de atmósferas inflamables/ explosivas.
SiP,BF,C,O
4 5 2 2 4 36 10 Grave Serio Enfriamiento de emergencia.
66Fuga por uniones y empaquetaduras.
SiP,BF,C,O
4 5 2 2 4 36 10 Grave Serio Mantenimiento preventivo
67Golpear contra un objeto fijo o en movimiento.
Si P.O 2 1 2 5 4 16 5 Serio Serio Capacitación adecuada, equipo de protección.
68 Incendio. Si P,O 4 5 2 2 4 36 10 Grave SerioSensores de humo, sistema de rocio de sustancia contraincendios. Equipo
69Inestabilidad de equipos, estructuras, almacenamientos.
No - - - - - - - - - -
70 Ignición espontánea. SiP,C,BF,O
4 5 2 2 4 36 10 Grave Serio
Válvula de alivio de presión, sistema de enfriamiento de emergencia, paro automático de proceso.
71Ingreso a espacio confinado.
No - - - - - - - - - -
72Insuficiencia de fluídos de lubricación.
No - - - - - - - - - -
73Insuficiencia en fluídos refrigerantes.
No - - - - - - - - - -
74Lectura equivocada de instrumentos.
Si P,C,CF 4 5 2 2 4 36 10 Grave Serio
Tablero con digitos adecuados (tamaño de números o letras legibles), idioma adeacuado.
75 Liberación de energía. Si P,C,CF 4 5 2 2 4 36 10 Grave Serio Mantenimiento Adecuado76 Mantención deficiente. Si P,C,CF 4 5 2 2 4 36 10 Grave Serio Personal adecuado y técnicos adecuados.
77Mezcla de productos no deseados en procesos.
No - - - - - - - - - -
78 Neblina ácida. NO - - - - - - - - - -
79Prendimiento en un objeto.
SiP,C,BF,MA
4 5 2 2 4 34 10 Grave SerioEquipo contraincendios, mantenimiento adecuado.
80Proyección de partículas de polvo o líquidas (aerosoles).
No - - - - - - - - - -
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
51
81 Quedar atrapado en. si P,O 4 2 2 2 4 36 4 GraveLeve Capacitación de personal, ropa adecuada, paro de emergencia de proceso.
82 Resplandor. No - - - - - - - - - -83 Saturación. Si O 0 1 2 5 0 0 5 0 Serio Recipiente de contención.84 Ser golpeado por. Si P,O 2 1 2 5 4 16 10 Serio serio Capacitación y equipo de protección.
85Sobre presión en recipiente/red.
SiP,C,BF, O
4 5 2 2 4 36 10 Grave Válvulas de alivo
86 Sobreesfuerzo. No - - - - - - - - - -87 Stress físico/mental. Si P 2 1 2 6 4 36 10 GraveSerio Descanso entre la jornada laboral
88Temperaturas fuera de los estándares en sistemas, equipos o instalaciones.
SiP,C,BF,O
4 5 2 2 4 36 10 GraveSerio Válvulas de alivio
89 Ventilación bajo estándar. No - - - - - - - - - -
90 Visibilidad baja. No - - - - - - - - - -
91Contaminación Ambiental por RIL.
No - - - - - - - - - -
92Contaminación Ambiental por RIS.
No - - - - - - - - - -
93Contaminación del aire por gases-vapores-humos-aerosoles.
No - - - - - - - - - -
94 Despachos equivocados. No - - - - - - - - - -
95Manejo de Residuos Sólidos.
No - - - - - - - - - -
96Formación de productos secundarios, residuos o impurezas.
No - - - - - - - - - -
97Mezcla de productos desechados.
No - - - - - - - - - -
98Producto final contaminante-tóxico-agresivo.
No - - - - - - - - - -
99Producto final no cumple estándares.
No - - - - - - - - - -
100Ruido que afecte a la comunidad.
No - - - - - - - - - -
101 Actos de sabote. No - - - - - - - - - -
102Intromisión de personas ajenas al personas.
No - - - - - - - - - -
103 Robo de valores. No - - - - - - - - - -104 Vandalismo. Si O,BF 0 2 2 4 0 0 8 0 serio Sistema de seguridad (camaras)
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
52
Tabla 30. Análisis de riesgos por área de proceso y equipo.
ÁREA NODO VARIABLES CAUSAS CONSECUENCIAS COMENTARIOSACCIONES POSIBLES
ACCIONES FINALES
1Área de
preparación de Mp
Banda transporta-
doraCarga y velocidad
Exceso de carga de materia prima,
exceso de velocidad, falta de
mantenimiento
Variaciones en producción
(retrasos, sobre saturacion de
equipo).
Supervisión contante de
velocidad, control de peso de materia prima por unidad
de tiempo, programa de
mantenimiento adecuado.
Control de ingreso de materia prima.
2Área de
preparación de Mp
MolinoVelocidad de
corte (cuchillas)
Variacion de energia electrica, exceso de carga
Daño molino, ret raso de de producción
La variacion de energia electrica pude quemar el
motor del molino
Supervisón constante del
proceso, reportar variaciones al supervisor en
turno
Supervisión del encrgado en curso.
3Área de
preparación de Mp
UVVelocida del
fluido, diametro de la tuberia
Fallas en cálculo de tuberia,
taponamiento en tubería
La materia prima no es inocua, el
licopeno se degrada.
El licpeno es sensible a la
iluminacion y a la temperatura
Realizar cuidadosamente
los cálculos, mantenimiento a
la tubería para evitar
acumulación de materia prima.
Progama de mantenimiento adecuado.
4Área de
extracciónExtractor
Temperatura, velocidad de
agitación (velocidad de
giro de propelas) , flujo adecuado
de solvente.
Aumento en la temperaturara
(exceso de temperatura),
falla en control de temperatura, falta
de control en velocida de giro de
propelas.
Al elevarse la temperatura el
solvente se volat ilza, la
agitación no es la adecuada.
Co ntro l de tempera tura
(s ens o res en e l extrac to r), Sitema de
enfriamiento de emergenc ia ,
Supervis ió n de giro en revo luc io nes de
las pro pe la s .
Control de temperatura y de velocidad de giro de propelas.
Tabla de Nodos
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
53
5Área de
extracciónCentrifuga-dora
Carga de material,
residuos en centrifugadoras y velocidad de
giro de centrifugadoras.
Falta de control de entrada de
materia prima, adherencia de
material, control de
velocidad de giro.
Alteración en el proceso de
producción. Daño en equipo.
Sistema de control
adecuado (peso y desolojo de
material), sistema de control de velocidad.
Supervisión en residuos y control de velocidad.
6Área de
extracciónDesaerador
Flujo de entrada,
concentraciones a la entrada (exceso de
componente), presión de entrada al
desaerador.
Falta de control de entrada de
los componentes, Variación de la
presión.
Daño en el equipo,
variacion en calidad del producto.
Variaciones en la producción.
Control adecuado en los componentes.
Co ntro l adecuado en lo s
co mpo nentes , s upervis ió n de
pres ió n, revis ió n co ns tante de l
equipo , repo rte en variac ió n de
pres ió n.
Sensor de presión, reporte de variación al
supervisor.
7Área de
extracciónDecantador
Capacidad del decantador.
Tiempo de residencia del
equipo.
Derrame del producto, daño
en el equipo, variaciones en la producción.
El derrame puede causar
daños en equipos
aledaños.
Sensor de cantidad de
líquido, válvula automátizada de
paro del proceso.
Implementar válvula
automatizada de paro del proceso.
8Área de
extracción
Tanque con atmosfera
controlada de N2.
Presión (N2), tiempo de
residencia, flujo de carotenoides
Variación de la presión del gas,
variación de suministro de
licopeno
Explosión del tanque,
degradación de los
carotenoides.
El licopeno se degrada cuando
se expone al O2.
Válvulas adecuadas para
el sensor de presión, válvula
en el flujo del gas, revisión de
empaques.
Sistema de válvulas
9Área de
formulación de emulsiones
Tanque agitado.
Velocidad de la propela,
velocidad de flujo.
Falla mecánica en las propelas,
exceso de potencia en
bombas.
Mala agitación de la emulsión, baja calidad del
producto terminal, daño en bombas y
propelas
Producto fuera de estandáres.
Limpieza adecuada y programa
continuo de mantenimiento
a equipos.
Mantenimiento a equipos.
10
Área de envasado de envasado y
almacén
Secador por aspersión.
Flujos, temperatura.
Variación de la temperatura y de los flujos.
Baja calidad en el producto,
daño al equipo.
Pérdidas económicas.
Sensor de temperatura y
supervisión constante del
equipo.
Supervisión constante del
equipo.
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
54
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Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
58
ANEXOS
Anexo A
PROPIEDADES DEL LICOPENO
El licopeno es un compuesto lipofílico soluble en cloroformo, hexano, benceno,
disulfuro de carbono, acetona y éter de petróleo e insoluble en agua, etanol y metanol. Es
un hidrocarburo de cadena abierta que contiene 11 dobles enlaces conjugados y dos no
conjugados con un arreglo lineal, tiene dos grupos metilo en la posición 1,6. Es un
antioxidante muy sensible a la luz, alta temperatura y oxígeno, causando su degradación. El
licopeno en forma de polvo es de color café-rojizo (Shi y Le Maguer y col., 2004). Sus
propiedades son:
Punto de fusión de 172-175°C
Fórmula molecular C40H56
Peso molecular: 536.85 g/mol
PROPIEDADES DEL β-CAROTENO
El β-caroteno es uno de los principales nutrientes que se encuentran en frutas y
verduras, es el principal precursor de la vitamina A, es un excelente antioxidante y estimula
al sistema inmune.
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
59
Anexo B
CUANTIFICACIÓN DE ÁCIDO ASCÓRBICO, LICOPENO Y β - CAROTENO
Ácido ascórbico (vitamina C)
El ácido ascórbico se preparó en un matraz Erlenmeyer en el cuál se colocaron
0.02g de ácido ascórbico, se diluyó con agua desionizada y se aforó a 100ml, a partir de
esta solución patrón se realizaron disoluciones y se determinó su absorbancia.
Tabla 31. Valores de la concentración de ácido ascórbico (vitamina C) y absorbancia.
Concentración (µg/mL) Absorbancia Promedio
2 0.130
4 0.232
6 0.327
8 0.435
10 0.551
12 0.645
14 0.745
16 0.863
18 0.963
Con base a los resultados en la Tabla 31 se determinó la curva de calibración del
ácido ascórbico (vitamina C).
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
60
Figura 19. Curva de calibración para Ácido Ascórbico (vitamina C).
β-Caroteno
Para el β- caroteno se realizó una muestra patrón con una cantidad de 5.10 x 10-4 g
de β-caroteno y se aforó a 100mL con hexano, a partir de esta solución se realizaron
diluciones y se determinó la absorbancia.
Tabla 32. Valores de la concentración de β-caroteno y absorbancia.
Concentración (µM) Absorbancia Promedio
1.881 0.096
6.860 0.232
11.875 0.376
16.854 0.514
21.870 0.655
26.886 0.789
31.901 0.944
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
61
Con base a los resultados que se muestran en la tabla 2 se determinó la curva de
calibración de β- caroteno.
Figura 20. Curva de calibración de β-caroteno.
Licopeno
Para el licopeno se pesaron 5.10 x 10-4 g de licopeno y se agregaron a un matraz,
que se aforó con hexano a 100 mL. A partir de esta solución patrón se realizaron diluciones
para después obtener la curva de calibración.
Tabla 33. Valores de la concentración de licopeno y absorbancia.
Concentración (µM) Absorbancia Promedio
1.881 0.096
6.860 0.232
11.875 0.376
16.854 0.514
21.870 0.655
26.886 0.789
31.901 0.944
Con base a los resultados se determinó la curva de calibración de licopeno.
Diseño de una planta productora de emulsiones y microcápsulas de carotenoides
62
Figura 21. Curva de calibración de licopeno.