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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES
CARRERA DE INGENIERÍA AMBIENTAL
TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL GRADO DE INGENIERA AMBIENTAL
DETERMINACIÓN DE CADMIO Y PLOMO EN PRODUCTOS DERIVADOS DE LA CAÑA: AZÚCAR BLANCA, MORENA Y PANELA, COMERCIALIZADOS EN
ECUADOR
AUTORA
MARÍA FERNANDA ALCÍVAR FLORES
TUTORA
LIC. BEATRIZ PERNÍA SANTOS, Ph.D
FECHA
SEPTIEMBRE, 2018
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD CIENCIAS NATURALES
CARRERA INGENIERIA AMBIENTAL
UNIDAD DE TITULACIÓN
ANEXO 10
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD CIENCIAS NATURALES
CARRERA INGENIERIA AMBIENTAL
UNIDAD DE TITULACIÓN
DETERMINACIÓN DE CADMIO Y PLOMO EN PRODUCTOS DERIVADOS DE LA CAÑA: AZÚCAR BLANCA, MORENA Y PANELA, COMERCIALIZADOS
EN ECUADOR
Autor: María Fernanda Alcívar Flores
Tutor: Lic. Beatriz Pernía Santos, Ph.D
Resumen
El plomo y el cadmio son elementos tóxicos que afectan la salud de las personas,
principalmente cuando se ingieren en alimentos contaminados. Existen evidencias de
contaminación por metales pesados en cultivos de caña y el jugo de caña. Por lo tanto, el
objetivo del presente estudio fue determinar las concentraciones de Pb y Cd en caña de azúcar
y sus productos derivados, comercializadas en Ecuador. Se analizaron muestras de caña para
verificar el origen de la contaminación de los derivados. Se eligieron tres marcas de panela,
azúcar blanco y morena de mayor consumo en el país. Se tomaron muestras por triplicado
(n=3) de cada producto, de diferentes lotes y ciudades (Quito y Guayaquil). Se realizó el análisis
por espectrofotometría de absorción atómica. Todas las marcas presentaron concentraciones
de Cd por debajo del límite de detección (>0,1 mg/kg), a diferencia de la caña donde se
encontraron concentraciones inferiores al límite permisible. Se detectó concentraciones de Pb
en la caña (4,32±0,37 mg/Kg) y en la marca M1, evidenciando mayor concentración en la
panela (2,3±1,04 mg/kg) y azúcar blanca (1,6±0,74 mg/kg) las cuales superaron los límites
máximos de la normativa nacional e internacional. Por el contrario del azúcar morena (0,3±0,08
mg/kg) no superó los límites permisibles. Se determinó que la contaminación por Pb está
directamente relacionada al uso de caña contaminada como materia prima y probablemente por
el uso de aditivos químicos con Pb en el proceso de obtención del azúcar. Se planteó una
propuesta para reducir la incidencia de metales pesados en el cultivo y proceso de productos de
la caña de azúcar.
Palabras claves: cadmio, plomo, azúcar, contaminación, seguridad alimentaria, Ecuador
ANEXO 13
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD CIENCIAS NATURALES
CARRERA INGENIERIA AMBIENTAL
UNIDAD DE TITULACIÓN
DETERMINATION OF CADMIUM AND LEAD IN PRODUCTS DERIVED
FROM CANE: WHITE SUGAR, BROWN SUGAR AND RAW CANE SUGAR,
COMMERCIALIZED IN ECUADOR
Author: María Fernanda Alcívar Flores
Advisor: Lic. Beatriz Pernía Santos, Ph.D
Abstract
Lead and cadmium are toxic elements that affect the health of people, especially when ingested
in contaminated food. There is evidence of contamination by heavy metals in cane crops and
cane juice. Therefore, the objective of the present study was to determine the concentrations of
Pb and Cd in sugarcane and its derivative products, commercialized in Ecuador. Cane samples
were analyzed to verify the origin of the contamination of derivatives. Three brands of raw cane
sugar, white and brown sugar with the highest consumption in the country were chosen.
Samples were taken in triplicate (n = 3) of each product, from different lots and cities (Quito and
Guayaquil). The analysis was performed by atomic absorption spectrophotometry. All brands
showed Cd concentrations below the limit of detection (> 0.1 mg / kg), unlike sugarcane where
concentrations below the permissible limit were found. Pb concentrations were detected in cane
(4.32 ± 0.37 mg / kg) and in the M1 brand, evidencing a higher concentration in raw cane sugar
(2.3 ± 1.04 mg / kg) and white sugar (1, 6 ± 0.74 mg / kg) which exceeded the maximum limits of
national and international regulations. On the other hand, brown sugar (0.3 ± 0.08 mg / kg) did
not exceed the permissible limits. It was determined that Pb contamination is directly related to
the use of contaminated cane as a raw material and probably due to the use of chemical
additives with Pb in the process of obtaining sugar. A proposal was made to reduce the
incidence of heavy metals in the cultivation and processing of sugarcane products.
Keywords: cadmium, lead, sugar, pollution, food safety, Ecuador
ANEXO 14
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD CIENCIAS NATURALES
CARRERA INGENIERIA AMBIENTAL
UNIDAD DE TITULACIÓN
RÚBRICA PARA LA EVALUACIÓN DE LA SUSTENTACIÓN DEL TRABAJO DE
TITULACIÓN*
Título del Trabajo: DETERMINACIÓN DE CADMIO Y PLOMO EN PRODUCTOS DERIVADOS DE LA CAÑA:
AZÚCAR BLANCA, MORENA Y PANELA, COMERCIALIZADOS EN ECUADOR Autor(s): MARÍA FERNANDA ALCÍVAR FLORES
Nombre del miembro del Tribunal de Sustentación: Biól. Williams Xavier Sánchez Arízaga
Fecha de Sustentación: 5 de septiembre de 2018
EVALUACIÓN DE LA EXPOSICIÓN ORAL PUNTAJE MÁXIMO
CALF. COMENTARIOS
El alumno realiza una presentación con seguridad, dirigiéndose hacia el tribunal, manteniendo su atención y manejando las transparencias o cualquier otro medio con soltura.
2
Capacidad de análisis y síntesis, Capacidad de organización, planificación y habilidad en la gestión de la información, administrando el tiempo de la exposición de manera adecuada.
2
Las ideas se presentan de manera clara y comprensible, dominando el tema y utilizando recursos visuales y ejemplos. La presentación es original y creativa, sin uso excesivo de animaciones. Los elementos visuales son adecuados
2
Los contenidos que se exponen son adecuados, ajustados a la memoria escrita y en un lenguaje científico.
2
Responde adecuadamente a las preguntas del tribunal, su actitud es respetuosa hacia los miembros del tribunal
2
CALIFICACIÓN TOTAL* * 10
* Cada miembro del tribunal utilizará una rúbrica para la evaluación de la sustentación y registrará su firma en el documento individualmente. **El resultado será promediado con la calificación de la memoria escrita para la obtención de la Nota Final de Sustentación del Trabajo de Titulación
FIRMA DEL MIEMBRO DEL TRIBUNAL
FIRMA Y SELLO SECRETARIA DE LA CARRERA
_________________________ C.I. No. 0925010696
_________________________ Abg. Jorge Solórzano Cabezas
C.I. No. 1201485594
ANEXO 15
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD CIENCIAS NATURALES
CARRERA INGENIERIA AMBIENTAL
UNIDAD DE TITULACIÓN
RÚBRICA PARA LA EVALUACIÓN DE LA SUSTENTACIÓN DEL TRABAJO DE
TITULACIÓN*
Título del Trabajo: DETERMINACIÓN DE CADMIO Y PLOMO EN PRODUCTOS DERIVADOS DE LA CAÑA:
AZÚCAR BLANCA, MORENA Y PANELA, COMERCIALIZADOS EN ECUADOR Autor(s): MARÍA FERNANDA ALCÍVAR FLORES
Nombre del miembro del Tribunal de Sustentación: Ing. Olga Raquel Arévalo Castro
Fecha de Sustentación: 5 de septiembre de 2018
EVALUACIÓN DE LA EXPOSICIÓN ORAL PUNTAJE MÁXIMO
CALF. COMENTARIOS
El alumno realiza una presentación con seguridad, dirigiéndose hacia el tribunal, manteniendo su atención y manejando las transparencias o cualquier otro medio con soltura.
2
Capacidad de análisis y síntesis, Capacidad de organización, planificación y habilidad en la gestión de la información, administrando el tiempo de la exposición de manera adecuada.
2
Las ideas se presentan de manera clara y comprensible, dominando el tema y utilizando recursos visuales y ejemplos. La presentación es original y creativa, sin uso excesivo de animaciones. Los elementos visuales son adecuados
2
Los contenidos que se exponen son adecuados, ajustados a la memoria escrita y en un lenguaje científico.
2
Responde adecuadamente a las preguntas del tribunal, su actitud es respetuosa hacia los miembros del tribunal
2
CALIFICACIÓN TOTAL* * 10
* Cada miembro del tribunal utilizará una rúbrica para la evaluación de la sustentación y registrará su firma en el documento individualmente. **El resultado será promediado con la calificación de la memoria escrita para la obtención de la Nota Final de Sustentación del Trabajo de Titulación
FIRMA DEL MIEMBRO DEL TRIBUNAL
FIRMA Y SELLO SECRETARIA DE LA CARRERA
_________________________ C.I. No. 0913807830
_________________________ Abg. Jorge Solórzano Cabezas
C.I. No. 1201485594
ANEXO 15
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD CIENCIAS NATURALES
CARRERA INGENIERIA AMBIENTAL
UNIDAD DE TITULACIÓN
RÚBRICA PARA LA EVALUACIÓN DE LA SUSTENTACIÓN DEL TRABAJO DE
TITULACIÓN*
Título del Trabajo: DETERMINACIÓN DE CADMIO Y PLOMO EN PRODUCTOS DERIVADOS DE LA CAÑA:
AZÚCAR BLANCA, MORENA Y PANELA, COMERCIALIZADOS EN ECUADOR Autor(s): MARÍA FERNANDA ALCÍVAR FLORES
Nombre del miembro del Tribunal de Sustentación: Ing. Clelia Isabel Naranjo Freire
Fecha de Sustentación: 5 de septiembre de 2018
EVALUACIÓN DE LA EXPOSICIÓN ORAL PUNTAJE MÁXIMO
CALF. COMENTARIOS
El alumno realiza una presentación con seguridad, dirigiéndose hacia el tribunal, manteniendo su atención y manejando las transparencias o cualquier otro medio con soltura.
2
Capacidad de análisis y síntesis, Capacidad de organización, planificación y habilidad en la gestión de la información, administrando el tiempo de la exposición de manera adecuada.
2
Las ideas se presentan de manera clara y comprensible, dominando el tema y utilizando recursos visuales y ejemplos. La presentación es original y creativa, sin uso excesivo de animaciones. Los elementos visuales son adecuados
2
Los contenidos que se exponen son adecuados, ajustados a la memoria escrita y en un lenguaje científico.
2
Responde adecuadamente a las preguntas del tribunal, su actitud es respetuosa hacia los miembros del tribunal
2
CALIFICACIÓN TOTAL* * 10
* Cada miembro del tribunal utilizará una rúbrica para la evaluación de la sustentación y registrará su firma en el documento individualmente. **El resultado será promediado con la calificación de la memoria escrita para la obtención de la Nota Final de Sustentación del Trabajo de Titulación
FIRMA DEL MIEMBRO DEL TRIBUNAL
FIRMA Y SELLO SECRETARIA DE LA CARRERA
_________________________ C.I. No. 0923860803
_________________________ Abg. Jorge Solórzano Cabezas
C.I. No. 1201485594
ANEXO 15
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD CIENCIAS NATURALES
CARRERA INGENIERIA AMBIENTAL
UNIDAD DE TITULACIÓN
ACTA DE CALIFICACIÓN FINAL DE TITULACIÓN (MODALIDAD TRABAJO DE
TITULACIÓN)
NOMBRE DEL ESTUDIANTE: MARÍA FERNANDA ALCÍVAR FLORES TITULO DEL TRABAJO DE TITULACIÓN: DETERMINACIÓN DE CADMIO Y PLOMO EN PRODUCTOS DERIVADOS DE LA CAÑA: AZÚCAR BLANCA, MORENA Y PANELA, COMERCIALIZADOS EN ECUADOR
CALIFICACIÓN DEL TRABAJO DE TITULACIÓN
EVALUACIÓN DE LA MEMORIA
ESCRITA
Calificación del Tutor del Trabajo de
Titulación
NOTA PARCIAL 1:
Calificación del Tutor Revisor del Trabajo final de Titulación
NOTA PARCIAL 2:
EVALUACIÓN DE LA SUSTENTACIÓN ORAL Calificación de la sustentación del Trabajo de Titulación el Tribunal
NOTA PARCIAL 3:
Biól. Williams Xavier Sánchez Arízaga Presidente (Miembro 1)
Promedio
Ing. Olga Raquel Arévalo Castro Revisor (Miembro 2)
Ing. Clelia Isabel Naranjo Freire Docente área de conocimiento (Miembro 3)
NOTA FINAL DEL TRABAJO DE TITULACIÓN
(promediar NOTA PARCIAL 1 ,2 y 3)
Firma del Tribunal Miembro 1 (Presidente)
_________________________
Biól. Williams Xavier Sánchez Arízaga
C.I. No. 0925010696
Firma del Tribunal Miembro 2
_________________________
Ing. Olga Raquel Arévalo Castro
C.I. No. 0913807830
Firma del Tribunal Miembro 3
_________________________ Ing. Clelia Isabel Naranjo Freire
C.I. No. 0923860803
Firma de Estudiante María Fernanda Alcívar Flores
_________________________ María Fernanda Alcívar Flores
C.I. No. 0954190138
Firma de la Secretaria
_________________________ Abg. Jorge Solórzano Cabezas
C.I. No. 1201485594
FECHA :
Guayaquil, 5 de septiembre de 2018.
ANEXO 16-A
I
DEDICATORIA
Dedico este trabajo a mi todo: Amanda, Elisa y Oscar.
A mi abuelita Oralia Elisa.
A mi querida Miss Beatriz.
III
TABLA DE CONTENIDO
DEDICATORIA -------------------------------------------------------------------------------- I
AGRADECIMIENTO ------------------------------------------------------------------------ II
INTRODUCCIÓN ---------------------------------------------------------------------------- 1
CAPÍTULO I ----------------------------------------------------------------------------------- 5
1.1.Justificación-------------------------------------------------------------------- 5
1.2.Planteamiento del problema ---------------------------------------------- 5
1.3.Objetivos ------------------------------------------------------------------------ 6
1.3.1. Objetivo general ------------------------------------------------------------ 6
1.3.2. Objetivos específicos ---------------------------------------------------- 6
CAPÍTULO II ---------------------------------------------------------------------------------- 7
2.1.Antecedentes ------------------------------------------------------------------ 7
2.2.Marco teórico ------------------------------------------------------------------ 9
2.2.1. Metales pesados ----------------------------------------------------------- 9
2.2.2. Cadmio ----------------------------------------------------------------------- 10
2.2.3. Plomo ------------------------------------------------------------------------- 13
2.2.4. Proceso para la elaboración de azúcar de caña---------------- 16
2.3.Marco legal -------------------------------------------------------------------- 17
CAPÍTULO III -------------------------------------------------------------------------------- 19
3.1.Materiales y métodos ------------------------------------------------------ 19
3.1.1. Área de estudio --------------------------------------------------------- 19
3.1.2. Colecta y número de muestras ------------------------------------ 23
3.1.3. Diseño Experimental -------------------------------------------------- 23
3.1.4. Metodología -------------------------------------------------------------- 24
3.1.5. Manejo de muestras ----------------------------------------------------- 25
3.1.6. Equipos e insumos ------------------------------------------------------- 25
3.1.7. Condiciones ambientales ---------------------------------------------- 27
3.1.8. Preparación de las muestras ----------------------------------------- 27
IV
3.1.9. Análisis de metales pesados ----------------------------------------- 28
CAPÍTULO IV -------------------------------------------------------------------------------- 30
4.1.Resultados --------------------------------------------------------------------- 30
4.1.1. Concentración de cadmio y plomo en los derivados de la
caña de azúcar -------------------------------------------------------------------- 30
4.2. Comparación de las concentraciones obtenidas en caña y sus
derivados, con la normativa nacional e internacional en relación
con los límites permisibles de cadmio y plomo en alimentos.---- 32
4.3.Discusión----------------------------------------------------------------------- 33
4.4. Propuesta para reducir la incidencia de metales pesados en el
proceso de obtención de productos de la caña de azúcar --------- 36
CONCLUSIONES --------------------------------------------------------------------------- 38
RECOMENDACIONES -------------------------------------------------------------------- 39
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS --------------------------------------------------- 40
ANEXOS ---------------------------------------------------------------------------------------- i
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Coordenadas de los puntos de muestreo en la ciudad de Quito ....23
Tabla 2. Coordenadas de los puntos de muestreo en la ciudad de Guayaquil
....................................................................................................................23
Tabla 3. Muestras analizadas. .....................................................................24
Tabla 4. Concentración de cadmio en la caña de azúcar, panela, azúcar
blanca y morena. .........................................................................................30
Tabla 5. Concentración de plomo en la caña de azúcar, panela, azúcar
blanca y morena. .........................................................................................30
Tabla 6. Comparación de las concentraciones de plomo en la caña de
azúcar y en los productos de la marca M1: panela, azúcar blanca y morena
con la normativa nacional ............................................................................32
Tabla 7. Comparación de las concentraciones de plomo en la caña de
azúcar y en los productos de la marca M1: panela, azúcar blanca y morena
con la normativa internacional .....................................................................32
V
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Puntos de muestreo en la Cuidad de Quito ..................................21
Figura 2. Puntos de muestreo en la Cuidad de Guayaquil...........................22
Figura 3. Concentración de plomo en la caña de azúcar, panela, azúcar
blanca y morena de la marca M1. ................................................................31
Figura 4. Gráfico de probabilidad de Pb-Normal. ........................................... i
Figura 5. Prueba de varianzas iguales. .......................................................... i
Figura 6. ANOVA .......................................................................................... ii
Figura 7. Método de Tukey ........................................................................... ii
Figura 8. Análisis de las muestras en el espectrofotómetro.......................... iii
Figura 9. Inducción con el personal técnico del laboratorio .......................... iii
ÍNDICE DE ANEXOS
Anexo 1.Gráfico prueba de normalidad Anderson-Darling ..................................i
Anexo 2. Gráfica prueba de igualdad de varianza Test Levene. ......................i
Anexo 3. Análisis de varianza (ANOVA). .............................................................. ii
Anexo 4. Método de Tukey ...................................................................................... ii
Anexo 5. Análisis en el laboratorio. ....................................................................... iii
Anexo 6. Resultados de los análisis de plomo en la caña de azúcar y en sus
productos. ................................................................................................................... iv
Anexo 7. Resultados de los análisis de cadmio en la caña de azúcar y en
sus productos. ............................................................................................................ v
Anexo 8. Resultados de los análisis de cadmio y plomo en la caña de azúcar
y en sus productos. ................................................................................................... vi
1
INTRODUCCIÓN
La seguridad e inocuidad alimentaria y la salud de las personas están
directamente relacionados a la creciente problemática global y nacional de la
contaminación por metales pesados en los alimentos (Reyes, Vergara, Torres,
Díaz, & González, 2016). Los metales pesados tienen efectos tóxicos para los
humanos, plantas y animales, pueden causar problemas fisiológicos,
morfológicos, genéticos y aumento de la mortalidad (Khan, Khan, Khan, Qamar, &
Waqas, 2015). La importancia del estudio de estos metales pesados en alimentos
es de gran relevancia para asegurar la calidad e inocuidad de los mismos en toda
la cadena alimentaria, desde el cultivo, la transformación, su transporte, hasta el
consumo del producto.
Los metales pesados son elementos que están presentes en el ambiente de
forma natural y antropogénica (Bosch, O’Neill, Sigge, Kerwath, & Hoffman, 2015),
se deriva de actividades industriales y sus descargas, como la industria de
fundición de metales, las cuales provocan el aumento de las concentraciones de
estos metales en los suelos agrícolas; otra fuente significativa de estos metales
están ligadas a las actividades agrícolas como el uso de agua contaminada para
riego, uso de fertilizantes fosfatados y plaguicidas (Cui et al., 2016; Kim et al.,
2015).
Así mismo, los metales pesados no son esenciales en los humanos y son
considerados altamente tóxicos (Bosch et al., 2015); a causa su toxicidad y su
persistencia prolongada el ambiente, estos metales tienen efectos nocivos en el
ambiente y la salud de las personas (Jaishankar, Tseten, Anbalagan, Mathew, &
Beeregowda, 2014). El cadmio y el plomo, son metales pesados considerados
tóxicos (Bosch et al., 2015), en los seres humanos estos metales se acumulan en
diferentes tejidos del cuerpo, lo cual provoca enfermedades como hipertensión y
cáncer, afectan a los riñones, hígado, cerebro y al sistema reproductivo
(Szczygłowska, Bodnar, Namieśnik, & Konieczka, 2014).
2
El cadmio es un metal pesado que se produce a bajas concentraciones de
manera natural y en altas concentraciones a partir fuentes industriales; es uno de
los metales más tóxicos debido a los efectos que causa en el ambiente y en la
salud de las personas (Flora & Agrawal, 2017). El cadmio se acumula en los
diferentes tejidos y órganos del cuerpo, lo cual genera efectos teratogénicos,
nefrotóxicos, hepatotóxicos y carcinogénicos (Flora & Agrawal, 2017).
El plomo es el segundo elemento más peligroso y tóxico para el ambiente y la
salud de las personas, además de sus características de persistencia y
distribución en el ambiente (Ashraf et al., 2015). El aumento de los estudios
realizados de este metal en relación a la calidad e inocuidad de los alimentos se
debe a su capacidad de bioacumulación y transferencia desde el suelo, los
cultivos, hasta llegar al ser humano (Ashraf et al., 2015). De forma antropogénica,
las principales fuentes de plomo son los insumos agrícolas, las descargas
industriales y municipales (Malar, Shivendra, Favas, & Perumal, 2014).
Los efectos del plomo en la salud de las personas incluyen daños del sistema
nervioso y sistema digestivo, aumentando el riesgo de hipertensión e insuficiencia
renal; produce trastornos hematopoyéticos, reticulocitosis y anemia; en los niños
afecta las funciones del riñón, el sistema vascular y la composición química de la
sangre, además causa el retraso del desarrollo mental, provoca deficiencias de
concentración y degradación de la audición (Mason, Harp, & Han, 2014;
Mirosławski & Paukszto, 2017; Rahimi, 2013). Los más vulnerables a desarrollar
enfermedades a causa de los efectos tóxicos del plomo, inclusive a bajas
concentraciones, son los fetos y los niños; el plomo afecta el sistema nervioso
central del feto y en los niños produce deficiencia de hierro y vitamina D
(Szczygłowska et al., 2014).
En cuanto al origen de exposición a metales pesados en los humanos, los
alimentos son una fuente significativa. Se ha demostrado que la exposición de las
personas a los metales mediante la ingesta es mayor que la exposición mediante
la inhalación; por lo tanto es de gran importancia realizar el control en los
alimentos (Elder, Nordberg, & Kleinman, 2015; Sapunar-Postružnik, Bažulić, &
Kubala, 1996). En este sentido, se ha generado preocupación mundial debido al
creciente uso en la agricultura de aguas contaminadas y fertilizantes fosfatados
3
que contienen metales pesados, los cuales contaminan los cultivos (Elder et al.,
2015).
La absorción del cadmio está directamente relacionada con la dieta específica
de una población, es decir con lo que consume diariamente cada persona
(Asagba, 2013). Los cultivos de alimentos son de gran importancia en la dieta de
las personas y estos pueden contener una cantidad de metales tóxicos (Khan et
al., 2015) que pueden tener efectos nocivos para la salud.
La caña de azúcar es uno de los cultivos más importantes a nivel industrial, se
cultiva en aproximadamente 109 países en una superficie total aproximada de 20
millones de hectáreas (Ha), con una cosecha mundial de 1,91 billones de
toneladas (Dotaniya et al., 2016; Yadav, Jain, & Rai, 2010). Este cultivo crece en
zonas tropicales y subtropicales, es el más importante para la obtención del
azúcar y de biocombustibles (Dotaniya et al., 2016; Zhao & Li, 2015).
Los productos derivados que se producen a partir de este cultivo son azúcar
morena, blanco, panela, jarabes, melaza; también se obtienen fibras,
combustibles con los residuos y productos químicos como el alcohol (Dotaniya et
al., 2016). Aproximadamente el 80% del azúcar producido en el mundo proviene
del cultivo de la caña azúcar y los países en desarrollo consumen el 77% de la
oferta mundial de este producto (International Sugar Organization, 2018).
El consumo de azúcar en el mundo en los últimos 50 años se ha triplicado y se
espera que siga en aumento (British Dental Association, 2017), por lo tanto es de
importancia económica y social a nivel global, ya que se utiliza como materia
prima de la mayoría de productos que consume la población mundial. Por lo tanto,
el estudio de la concentración de metales pesados en el azúcar de caña y sus
derivados es de vital importancia a nivel nacional e internacional (Morales, 2015).
Como se mencionó anteriormente, el azúcar morena, panela y el azúcar blanca
son subproductos que se obtiene a partir del cultivo de caña, estos son los
productos de más alto consumo mundial (Morales, 2015).
En Ecuador el cultivo de caña es uno de los más importantes y los
subproductos que se obtienen a partir de este cultivo son la base fundamental
para la preparación de alimentos que se consumen a nivel nacional (Castillo &
Silva, 2004; Centro de Investigación de la Caña de Azúcar del Ecuador, 2013).
4
Estudios realizados en Ecuador indican que existe contaminación en cultivos y
productos comercializados en Ecuador, cabe mencionar que los cultivos y
productos analizados fueron la soya, arroz, café, banano, cacao, entre otros
(López, 2017; Muñoz, 2017; Pernía et al., 2016).
Por lo tanto, la información sobre las concentraciones de metales pesados en
los productos alimenticios y su ingesta alimentaria es muy importante para evaluar
su riesgo para la salud humana.
Mediante este estudio se determina las concentraciones de cadmio y plomo en
los derivados de la caña: azúcar blanca, morena y panela, comercializadas en
Ecuador y se realiza una propuesta para asegurar la inocuidad alimentaria.
5
CAPÍTULO I
1.1. Justificación
En Ecuador no existe información sobre la contaminación por cadmio y plomo
en productos de la caña de azúcar, además cabe recalcar que no existen
regulaciones nacionales en cuanto a cadmio en azúcar o en sus derivados que
son expendidos en el país, por lo tanto es necesario realizar investigaciones más
exhaustivas en el tema de la salud y seguridad alimentaria y en el campo de la
toxicología de metales pesados en alimentos y sus efectos en la salud de las
personas.
Este estudio servirá como base para investigaciones futuras en el campo de
toxicología de metales pesados en Ecuador, especialmente en el campo de la
cañicultura y los productos derivados de la misma. Será de utilidad para relacionar
la ingesta de estos productos con las enfermedades que se desarrollan.
Cabe recalcar que en Ecuador el cáncer, diabetes, hipertensión, enfermedades
cerebrovasculares, entre otras, son las causas principales de mortalidad en la
población (Instituto Nacional de Estadísticas y Censos, 2015; Ministerio de Salud
Pública, 2017); por lo tanto, se justifica este estudio para obtener información
acerca de si estas enfermedades podrían estar relacionadas con los efectos del
cadmio y plomo en la salud de las personas.
1.2. Planteamiento del problema
El Ecuador siendo un país agrícola y el cultivo de caña de azúcar el más
relevante en la provincia del Guayas, es de suma importancia contar con los
estándares de calidad nacionales e internacionales para cumplir con los límites
máximos permisibles de cadmio y plomo en los alimentos, para evitar el deterioro
de la salud de la población, la cual está directamente relacionada con el consumo
de alimentos contaminados con metales pesados.
En el cultivo y en el proceso de refinación de la caña y sus derivados se utilizan
diferentes agroquímicos y aditivos respectivamente, los cuales pueden ser fuente
de contaminación por contener metales pesados que podrían afectar al producto
final y llegar al consumidor afectando su salud a largo plazo. ¿Existirá
6
contaminación por cadmio y plomo en los productos derivados de la caña de
azúcar en Ecuador?
1.3. Objetivos
1.3.1. Objetivo general
Determinar la concentración de cadmio y plomo en los derivados de la caña:
azúcar blanca, morena y panela, comercializadas en Ecuador y realizar una
propuesta para asegurar la inocuidad alimentaria.
1.3.2. Objetivos específicos
-Determinar la concentración de cadmio y plomo en los derivados de la caña de
azúcar por el método de espectrofotometría de absorción atómica.
-Comparar las concentraciones obtenidas con la normativa nacional e
internacional en relación con los límites permisibles de cadmio y plomo en
alimentos.
-Proponer medidas para reducir la incidencia de metales pesados en el proceso
de obtención de productos de la caña de azúcar.
7
CAPÍTULO II
2.1. Antecedentes
Una de las actividades agrícolas con mayor importancia socioeconómica del
mundo es el cultivo de la caña de azúcar (Osorio, 2007). La caña de azúcar
(Saccharum spp.) es el cultivo con mayor producción y con una demanda
creciente a nivel mundial, además se obtienen varios productos derivados de la
misma, como el azúcar, panela, alcohol, entre otros (Silva et al., 2016). Para
aumentar la productividad de este producto, se realizan investigaciones para
determinar el uso de variedades de caña de alto rendimiento; además el
incremento en el uso de agroquímicos y lodos residuales los cuales son una
fuente de metales pesados para el suelo y los cultivos (Yadav et al., 2010).
Un estudio realizado en fincas de caña de azúcar en Kenia, determinó el
impacto causado por los fertilizantes en las concentraciones de metales pesados
en los suelos de los cultivos, las concentraciones de metales pesados excedían
los límites máximos permisibles de las normativas internacionales (Omwoma,
Lalah, Ongeri, & Wanyonyi, 2010). Así mismo, en México, Irán, Australia y Brasil
se realizaron estudios en suelos y caña de azúcar, los cuales analizaron las
concentraciones de metales pesados en los mismos; además se relacionó estas
concentraciones con estudios anteriormente realizados en caña y se determinó
que las concentraciones detectadas eran mayores en comparación con las otras
investigaciones (Barzegar, Koochekzadeh, Xing, & Herbert, 2005; De la Cruz et
al., 2012; Yadav et al., 2010), así mismo las concentraciones de cadmio fueron
detectadas en mayor concentración en el tallo de la planta (Yadav et al., 2010).
Por otro lado, Rodrigues et al. (2013) determinó que la aplicación de lodos
residuales aumenta las concentraciones de metales pesados como el cadmio y
plomo, en la planta y en el jugo de la caña de azúcar. Además se encontró que
las concentraciones de cadmio en la planta de caña de azúcar tuvieron una
variación de 0.002 a 0.074 mg/kg, así mismo la acumulación de este metal se
evidenció en el tallo de la planta, el cual se usa como materia prima para la
producción del azúcar (Rodrigues et al., 2013).
Otros autores también analizaron las concentraciones de plomo y cadmio en el
jugo y en la caña de azúcar. Como se mencionó anteriormente, el uso de lodos
8
residuales y de compost orgánico en la agricultura generan contaminación con
metales pesados en el suelo, hoja y el jugo de la caña de azúcar (Leite,
Bertoncini, Vitti, Ferracciú, & Abreu, 2016). De la misma forma, en un estudio
realizado en Zambia, se analizaron los contenidos de metales pesados en el jugo
de caña obtenido de cultivos donde se usaban aguas residuales para el riego y se
encontraron concentraciones de plomo que superaron los límites máximos
permisibles (Yadav et al., 2010).
En Ecuador la caña de azúcar, banano y palma africana son los cultivos
permanentes de mayor producción a nivel nacional (Instituto Nacional de
Estadísticas y Censos, 2016). Datos del INEC indican que en el 2016 la superficie
cosechada de caña de azúcar en Ecuador se mantiene en aumento (Instituto
Nacional de Estadísticas y Censos, 2016). La región donde principalmente se
encuentran cultivos de este producto, es la Región Costa; en la misma región, en
la provincia del Guayas se concentra la mayor producción de caña para azúcar
con el 80,37% del total nacional y su producción representa el 8.7% del PIB
agrícola (Centro de Investigación de la Caña de Azúcar del Ecuador, 2017;
Instituto Nacional de Estadísticas y Censos, 2016).
Por otro lado, en el proceso para la obtención del azúcar, para la clarificación y
remoción del color en el azúcar, se utilizan diferentes procesos y sustancias
(Centro de Investigación de la Caña de Azúcar del Ecuador, 2009), las cuales en
su composición pueden tener presencia de metales pesados como el subacetato
de plomo.
Estudios realizados en Ecuador indican que el origen de la contaminación por
metales pesados en los suelos agrícolas de la provincia del Guayas está
relacionado con la naturaleza geogénica de estos metales y por actividades
antropogénicas realizadas en el área y los residuos de las mismas, destacando
también al uso excesivo de agroquímicos como otra fuente significativa (Pozo,
Sanfeliu, & Carrera, 2011).
Pernía et al. (2016) afirma que estudios realizados en Ecuador demuestran la
evidencia de contaminación por cadmio en suelos agrícolas, los cuales se
mencionan con sus respectivas concentraciones: cultivos de café (0,020-0,303
mg/kg Cd), palma africana (0,02-0,68 mg/kg Cd), banano (0,09-0,38 mg/kg Cd),
9
cacao 0,06-2,59 mg/kg Cd, arroz 0,04-0,39 mg/kg Cd y plátano (0,06-0,096 mg/kg
Cd). También se han realizado estudios en arroz, cacao, soya, y fertilizantes
encontrando contaminación por cadmio (Chavez et al., 2015; López, 2017;
Muñoz, 2017).
Por estos antecedentes mencionados, se cree que la caña podría estar
contaminada con cadmio y plomo; los mismos que pudieran llegar al producto
final. Otra fuente de estos metales en los productos derivados de la caña podría
ser la contaminación por aditivos que se utilizan en el proceso para la obtención
del azúcar.
2.2. Marco teórico
2.2.1. Metales pesados
Los metales pesados son los elementos químicos que en su estado elemental
su densidad es igual o superior a 5 g/cm3 y su número atómico es superior a 20;
se encuentran en la corteza terrestre y su presencia es menor al 1% (Navarro,
Aguilar, & López, 2007).
Los metales pesados son una de las problemáticas actuales en la seguridad
alimentaria, por el impacto de los mismos en la salud humana, su absorción,
transformación y bioacumulación en las plantas (Tóth, Hermann, Da Silva, &
Montanarella, 2016).
Una de las características de los metales pesados es su persistencia en el
cuerpo humano y por consiguiente tienen efectos tóxicos, son carcinogénicos,
mutagénicos y teratogénicos (García, Lima, Ruiz, Santana, & Calderón, 2016).
La contaminación del suelo por metales pesados está relacionada con las
diferentes fuentes antropogénicas, como el uso de aguas residuales para riego,
deposición de desechos sólidos y las actividades industriales (Khan, Cao, Zheng,
Huang, & Zhu, 2008). La disponibilidad y acumulación de estos metales en los
suelos agrícolas aumenta la incidencia de absorción de metales pesados en los
cultivos y como consecuencia afecta la calidad de los alimentos y a la salud
humana (Khan et al., 2008). La exposición oral a estos metales tienen efectos
negativos en los seres humanos, entre los efectos que se les atribuyen, se
10
mencionan: la deficiencia del sistema inmune, retraso del crecimiento intrauterino,
desnutrición y cáncer (Khan et al., 2008)
Los metales tóxicos como el plomo y el cadmio son componentes naturales de
la corteza terrestre; por otro lado también se encuentran estos metales derivados
de procesos industriales y sus productos finales, los cuales son otra fuente de
exposición para el ser humano (Bjermo et al., 2013). Como se mencionó
anteriormente, estos metales se pueden liberar al ambiente a través de diversas
actividades humanas, en el caso del cadmio, este puede ser liberado mediante
uso de fertilizantes fosfatados que contienen este metal (Devesa & Vélez, 2016).
2.2.2. Cadmio
El cadmio es un metal de transición, no esencial, de apariencia blanquecina, de
característica maleable, soluble en ácidos, posee una densidad de 8.65 g/cm3 y su
punto de fusión y ebullición es 321°C y 765°C respectivamente (Devesa & Vélez,
2016; Wang & Du, 2013). Los vapores de la ebullición del cadmio son de aspecto
amarillo y son altamente tóxicos; pertenece al grupo 12 de la tabla periódica, su
número atómico es 48 y su masa atómica es de 112 (Devesa & Vélez, 2016).
Generalmente su presencia en el ambiente no es como metal puro, este se
combina con otros elementos y puede formar óxido de cadmio, cloruro de cadmio
o sulfato de cadmio (Devesa & Vélez, 2016).
El cadmio es un elemento no esencial, considerado tóxico por sus
características químicas y físicas que afectan al ambiente y los seres vivos, este
elemento incluyendo a otros elementos tóxicos son motivo de preocupación para
los entes reguladores de la inocuidad y la salud de los alimentos (Devesa & Vélez,
2016). Una de las características del cadmio es su permanencia prolongada en el
agua y suelo, debido a que no se descompone en el ambiente y este puede ser
absorbido por las plantas y la fauna del lugar, es decir, se bioacumula a través de
toda la cadena alimentaria (Zang, 2016).
El Cd se caracteriza por sus efectos tóxicos y por su persistencia biológica, la
cual es aproximadamente en los humanos de 20-30 años, su baja tasa de
eliminación del cuerpo y almacenamiento en tejidos blandos son otros de los
efectos en los humanos (Cuatrecasas, Arbor, Ganten, Herken, & Melmon, 1995).
11
En 1960, se comenzaron a desarrollar más investigaciones en relación a la
toxicología del cadmio, debido al suceso de contaminación en alimentos y
consecuente enfermedad de itai-itai en Japón; por sus características y efectos
anteriormente mencionados, el cadmio es considerado un tema de interés
mundial, a esto se debe añadir que los niveles ambientales de este metal se han
incrementado como consecuencia del aumento de las fuentes antropogénicas y la
movilización del mismo (Cuatrecasas et al., 1995).
2.2.2.1. Exposición y mecanismo de acción del cadmio en el
cuerpo.
La principal fuente de cadmio en las personas, es la ingesta oral a través de los
alimentos, esto se debe al uso de fertilizantes a base de roca fosfatada
contaminada con Cd en los cultivos y al uso de agua contaminada (Thévenod &
Lee, 2013).
A largo plazo, la exposición por ingesta oral de alimentos que contiene trazas
de cadmio altera el metabolismo del calcio, lo que conduce a la osteoporosis y la
osteomalacia, en las mujeres posmenopáusicas (Nordberg, Nogawa, & Nordberg,
2014). En pruebas de laboratorio realizadas en animales se ha comprobado que
el cadmio está relacionado al cáncer de pulmón, próstata y otros órganos
(Nordberg et al., 2014).
La exposición de los humanos a estos metales a través de la ingesta de
productos de cultivos contaminados está relacionada con los efectos sobre la
salud humana (Smolders & Mertens, 2013). La ingesta de cadmio en la dieta
alimenticia constituye más del 90% de la exposición a este metal, las
concentraciones de ingesta de este metal también dependen de los hábitos
dietéticos de cada persona, los vegetarianos y consumidores de mariscos estarán
más expuestos al cadmio en su dieta (Järup & Åkesson, 2009; Smolders &
Mertens, 2013).
De origen natural el cadmio está presente en todos los suelos, se produce
como un catión divalente en concentraciones que oscilan entre 0,1-1,0 mg/kg; a
pesar de que este metal se encuentra de forma natural en los suelos, el uso de
agroquímicos ha aumentado las concentraciones del mismo en los suelos
(Smolders & Mertens, 2013). Por otro lado, la persistencia del cadmio en el suelo
12
es prolongada y su biodisponibilidad a través del tiempo no se ve afectada ni
disminuida (Smolders & Mertens, 2013).
El cadmio se une a la albúmina y se absorbe en las células sanguíneas,
posteriormente se une a una proteína; luego de unirse a la albúmina este llega al
hígado y se induce la síntesis de la metalotioneína, esta se une con el cadmio y
llega a los riñones para su posterior excreción (Flora & Agrawal, 2017). El cadmio
unido a la metalotioneína se absorbe mediante los túbulos renales y se libera
cadmio en los lisosomas de los túbulos, donde permanece en el riñón
aproximadamente de 10 a 40 años (Flora & Agrawal, 2017).
La ingesta promedio mundial de este metal en adultos es de 150 μg/día, con un
rango de 25-200 μg Cd, para evitar que el cadmio cause efectos tóxicos en las
personas su ingesta semanal y diaria respectivamente deberá ser de 0.4-0.5 mg
Cd y 60-70 µg Cd (Szczygłowska et al., 2014).
2.2.2.2. Efectos del cadmio en la salud.
Según la IARC, el cadmio es considerado carcinógeno para los humanos
(International Agency for Research on Cancer, 2012). Al estar presente este metal
en toda la cadena alimentaria, afecta consecuentemente a los seres humanos; la
toxicidad aguda y crónica de dicho metal conlleva una serie de efectos a la salud
de las personas, los cuales desencadenan en enfermedades como daño renal,
diabetes, hipertensión osteoporosis y cáncer (Pernía et al., 2016). Otros efectos
asociados al cadmio y su toxicidad en humanos son: deformidades esqueléticas y
pérdida ósea (Abarikwu, 2013). Cuando ocurre la ingesta oral de este metal en la
dieta de las personas provoca daños en los tejidos, tales como los testículos,
corazón, huesos, ojos y cerebro (Asagba, 2013).
Los efectos de la toxicidad del cadmio dependen de diferentes factores como
la ruta o mecanismo, cantidad y la tasa de exposición al metal; la principal ruta de
absorción del cadmio en el cuerpo es el tracto gastrointestinal (Bernhoft, 2013;
Klaassen, Liu, & Diwan, 2009). En los humanos, el órgano diana en la toxicidad
de este elemento es el riñón, donde se deposita aproximadamente el 30% de
cadmio que ingresa al cuerpo; por consiguiente se produce un daño oxidativo y se
obstruye el transporte de proteínas y mitocondrias que inducen a la apoptosis de
13
células tubulares (Bernhoft, 2013). Por otro lado, el cadmio puede alterar el
metabolismo de la vitamina D en el riñón, teniendo un impacto negativo sobre el
hueso, lo que conlleva a aumentar el riesgo de desarrollar osteomalacia y
osteoporosis (Bernhoft, 2013).
Como se mencionó anteriormente, el cadmio desarrolla diferentes
enfermedades en los humanos, como la hipertensión y diabetes, además tiene un
efecto en la transcripción génica en el endotelio vascular; también se vincula a
este metal con otros efectos como la muerte súbita cardíaca, la enfermedad
arterial periférica, infarto de miocardio, enfermedades neurodegenerativas como
la enfermedad de Parkinson, Alzheimer y la enfermedad de Huntington (Bernhoft,
2013; Wang & Du, 2013). El cadmio se deposita y acumula, además del riñón en
diferentes partes del cuerpo como en la pared de la aorta, en las células del
músculo liso vascular y produce apoptosis de las células endoteliales (Bernhoft,
2013). Estudios realizados en animales demuestran que causa infertilidad
masculina y además se produce la vasoconstricción cavernosa y se suprime la
testosterona (Bernhoft, 2013).
2.2.3. Plomo
El plomo es un metal pesado natural, presente en pequeñas cantidades en
todos los suelos, agua y alimentos; es un metal blando, de apariencia azul
grisácea; su punto de fusión y ebullición respectivamente es 327.4 °C y 1.750-
1.755 °C y lo más relevante, es el segundo compuesto más tóxico y persistente
(Gupta & Lu, 2013; Stacchiotti, Corsetti, & Rezzani, 2013).
Está presente en el ambiente de manera natural y antropogénica, de manera
natural el plomo se encuentra en todo el mundo en pequeñas cantidades, su
concentración en los suelos es aproximadamente entre 2-200 mg/kg (Reilly,
2002). Por otra parte, las fuentes antropogénicas incluyen la industria y sus
productos; la toxicidad de este elemento es un importante riesgo para la salud del
ambiente y los seres vivos (Gupta & Lu, 2013). Cuando este metal llega al suelo,
su persistencia en el mismo es muy larga y está biodisponible para las plantas;
consecuentemente el plomo se bioacumula a través de la cadena alimentaria
hasta llegar a afectar a los humanos (Gupta & Lu, 2013; Patočka & Černý, 2003).
14
La agricultura es considerada otra fuente de este metal, especialmente en el uso
de fertilizantes y plaguicidas, la eliminación de desechos, las baterías, la
deposición de lodos de aguas residuales en tierras de cultivo, entre otros (Gupta
& Lu, 2013).
2.2.3.1. Exposición y mecanismo de acción del plomo en el
cuerpo.
La absorción de los metales luego de la ingesta comienza cuando el metal se
transfiere al tracto gastrointestinal, luego al tracto respiratorio y se transporta por
aclaramiento mucociliar a la faringe (Elder et al., 2015). El tamaño de las
partículas a veces puede afectar su solubilidad y absorción; las concentraciones
absorbidas del metal en el tracto gastrointestinal dependen de la edad del
individuo, esta será mayor en recién nacidos o jóvenes, es decir, ellos serán más
susceptibles al metal cuando este se ingiere (Elder et al., 2015).
Una de las principales vías de contaminación por plomo en los seres humanos,
es mediante la absorción por medio del sistema gastrointestinal; cuando este es
absorbido se retiene en la sangre aproximadamente por un mes para luego
dispersarse y posteriormente acumularse y permanecer en los diferentes tejidos
del cuerpo como en el hígado, cerebro (dos años), pulmones, bazo, huesos y
dientes (25 años aproximadamente) (Gillis, Arbieva, & Gavin, 2012). El tejido
donde se deposita las mayores concentraciones de plomo es el hepático (Gillis et
al., 2012).
2.2.3.2. Efectos del plomo en la salud.
Según el Centro Internacional de Investigaciones sobre el Cáncer , el plomo es
considerado probablemente carcinógeno para los humanos (International Agency
for Research on Cancer, 2006). El plomo no es un elemento esencial en el cuerpo
por lo que no cumple ninguna función biológica, cuando este ingresa al cuerpo
causa efectos irreversibles, genera daños en el sistema nervioso central,
inmunitario, cardiovascular, hematopoyético, sistema reproductivo y renal; tiene
efectos adversos conductuales, fisiológicos y bioquímicos (Abarikwu, 2013; Flora,
Gupta, & Tiwari, 2012). Por otra parte, causa la generación de una especie
reactiva de oxígeno (ROS) que causa daños en el ADN, las enzimas, las
15
proteínas, los lípidos y deteriora el sistema de defensa antioxidante (Abarikwu,
2013; Flora et al., 2012; Gillis et al., 2012).
Otros de los efectos del plomo en las personas, es la interrupción de la síntesis
de la hemoglobina provocando la anemia, pero cabe recalcar que cuando se
producen efectos neurológicos en los niños, no es necesario desarrollar anemia
para que los infantes mueran (Abarikwu, 2013). Las enfermedades relacionadas
a los efectos del plomo en la salud incluyen la hipertensión, daños
gastrointestinales, efectos neuropsicológicos, déficits cognitivos y
neuroconductuales en niños y adultos, además está relacionado con la
neurodegeneración en la enfermedad de Alzheimer (Abarikwu, 2013; Cardozo &
Lyda, 2013).
Estudios realizados verifican otros efectos en los humanos, el déficit cognitivo y
conductual en niños y adultos es generado por la exposición a este metal
(Cardozo & Lyda, 2013). De igual manera, el sistema inmune en los humanos
también se ve afectado por el plomo, disminuyendo su resistencia a las
infecciones por diversos patógenos, incluidas bacterias y virus, aumenta las
reacciones alérgicas y promueve enfermedades autoinmunes (Kasten &
Lawrence, 2013).
Cuando el ser humano es intoxicado por la exposición a fuentes comunes de
plomo como el polvo, agua, aire, alimentos, o cosméticos pueden presentar
diferentes síntomas y estarán directamente relacionados con las concentraciones
de plomo en la sangre; estos síntomas pueden incluir: anemia microcítica e
hipocrómica, además puede ocasionar envenenamiento (plumbemia) o hasta la
muerte (Castaño et al., 2012; D. Gupta & Lu, 2013). Otro de los sistemas
afectados en el ser humano son el sistema nervioso central, el tracto
gastrointestinal y los riñones; cuando ocurre la intoxicación por plomo también
existirán efectos sobre el SNC y la hematopoyesis (Castaño et al., 2012; Gupta &
Lu, 2013).
Los efectos del plomo, especialmente en los niños, son la hiperactividad, el
deterioro mental, problemas de desarrollo y disminución del coeficiente intelectual;
en los adultos los efectos son la anorexia, debilidad de articulaciones, pérdida de
memoria, entre otros (Gupta & Lu, 2013). En las mujeres embarazadas, este
16
metal atraviesa la placenta y está relacionado con los partos prematuros, bajo
peso del niño en el nacimiento y la muerte intrauterina (Gupta & Lu, 2013).
2.2.4. Proceso para la elaboración de azúcar de caña
El proceso de elaboración del azúcar de caña se realiza en dos etapas: campo
y planta (San Carlos, 2013). En el campo se realiza la cosecha en los cultivos de
caña, también conocida como zafra, esta se realiza doce meses después de la
siembra; puede ser manual en quemado o en verde y también se la puede realizar
de forma mecanizada (Díaz & Portocarrero, 2002).
Por otro lado, la etapa de planta está compuesta por diferentes procesos:
recepción de la materia prima, lavado y preparación de la caña, molienda,
tamizado y pesado del jugo; sulfatación, encalamiento y calentamiento,
clarificación, evaporación, cristalización, centrifugación, secado, envasado y
almacenamiento (Ministerio del Ambiente, 2011).
En la recepción de la materia prima se procede al pesaje de la caña,
posteriormente se realiza el muestreo y el lavado (Díaz & Portocarrero, 2002). En
el lavado se utiliza agua para retirar impurezas como lodo, tierra o arena
(Ministerio del Ambiente, 2011), luego del lavado, la caña es transportada hacia
las picadoras para ser desmenuzada y a los molinos para extraer el jugo (San
Carlos, 2013). El jugo obtenido es pesado, tamizado, desinfectado y clarificado;
en el tamizado se producirá el bagazo o caña deshidratada, el cual es utilizado
para elaborar abono orgánico y para la cogeneración eléctrica (Díaz &
Portocarrero, 2002; Ministerio del Ambiente, 2011).
De la misma forma, en la desinfección se procede a la sulfatación,
encalamiento y calentamiento; los gases del azufre se mezclan con el jugo de
caña y se añade sacarato de calcio para mantener el pH neutro, posteriormente
se procede a calentar y decantar el jugo, así mismo se adiciona cal para la
precipitación de las impurezas (Ministerio del Ambiente, 2011; San Carlos, 2013).
Luego se procede clarificación, se utiliza la técnica de sedimentación y
floculación para luego ser llevado el jugo a los clarificadores, cabe mencionar que
para el proceso de sedimentación es necesario que el jugo se caliente a
temperaturas >230 ° F para mantener la eficiencia del proceso (San Carlos,
17
2013) . El residuo en esta etapa se conoce como cachaza, la cual es filtrada y se
obtiene un residuo sólido o torta de cachaza y un residuo líquido o jugo filtrado el
cual es recirculado en el proceso (San Carlos, 2013).
Posteriormente el jugo clarificado es evaporado para reducir el contenido de
agua, el concentrado que se obtiene se conoce como meladura, luego se procede
a la cristalización en equipos de vaporación al vacío o tachos para luego llevar a
cabo la centrifugación y separación de la melaza. Por lo tanto, luego de estos
procesos se obtiene el azúcar, la cual es secada y enfriada para luego ser
empacada, almacenada y distribuida (Díaz & Portocarrero, 2002; Ministerio del
Ambiente, 2011; San Carlos, 2013). En estos últimos procesos se utilizan aditivos
para la remoción del color final en el azúcar (Centro de Investigación de la Caña
de Azúcar del Ecuador, 2009).
2.3. Marco legal
La Constitución de la República del Ecuador establece en el artículo 66, inciso
2: ―El derecho a una vida digna, que asegure la salud, alimentación y nutrición,
agua potable, vivienda, saneamiento ambiental, educación, trabajo, empleo,
descanso y ocio, cultura física, vestido, seguridad social y otros servicios sociales
necesarios‖ (Asamblea Nacional Constituyente, 2008, pg. 50).
El artículo 13 menciona que todas las personas tiene el derecho al acceso a
alimentos sanos y en el artículo 281, sobre la soberanía alimentaria, en el inciso
13 se recalca que se deberá prevenir y proteger a las personas sobre el consumo
de alimentos contaminados los cuales ponen en riesgo la salud o que la ciencia
tenga incertidumbre sobre sus efectos (Asamblea Nacional Constituyente, 2008).
La Norma del Codex para los Azucares, CODEX STAN 212-1999, establece
diferentes límites de aditivos y contaminantes para los azúcares destinados al
consumo humano (Food and Agriculture Organization, 2001).
La Ley Orgánica del Régimen de la Soberanía Alimentaria establece los
mecanismos para garantizar a las personas el acceso de alimentos sanos y
nutritivos, se constituye por normas conexas para establecer políticas públicas
agroalimentarias para promover el consumo de alimentos sanos a través de toda
18
la cadena alimentaria (Asamblea Nacional del Ecuador, 2010). Además establece
en el Art. 3 uno de los deberes del Estado será:
Incentivar el consumo de alimentos sanos, nutritivos de origen
agroecológico y orgánico, evitando en lo posible la expansión del
monocultivo y la utilización de cultivos agroalimentarios en la producción de
biocombustibles, priorizando siempre el consumo alimenticio nacional.
(Asamblea Nacional del Ecuador, 2010, pg.5)
Por otro lado, sobre la investigación, asistencia técnica y diálogo de saberes, en el
extracto del Art. 10 de esta ley se menciona:
El Estado fomentará la participación de las universidades y colegios
técnicos agropecuarios en la investigación acorde a las demandas de los
sectores campesinos, así como la promoción y difusión de la misma.
(Asamblea Nacional del Ecuador, 2010, pg.8)
Las Normas Técnicas INEN que establecen los requisitos que debe cumplir el
azúcar crudo, blanco, y panela granulada son las siguientes respectivamente:
NTE INEN 258:2000, NTE INEN 259:2000 y NTE INEN 2332:2002. En estas
normas regulan la concentración máxima permitida de contaminantes en el
producto (Insitituto Ecuatoriano de Normalización, 2000a, 2000b, Instituto
Ecuatoriano de Normalización, 2000, 2002).
19
CAPÍTULO III
3.1. Materiales y métodos
3.1.1. Área de estudio
El área de estudio fue delimitada en las ciudades principales del Ecuador,
donde se concentra la mayor población ecuatoriana. Las ciudades escogidas
fueron Guayaquil y Quito.
El Distrito Metropolitano de Quito, es uno de los ocho cantones que se
encuentran localizados en la provincia de Pichincha, se ubica en la cordillera
occidental de los Andes (Programa de las Naciones Unidas para el Medio
Ambiente & Facultad Latinoamericana de Ciencias Sociales, 2011).
Quito es una de las ciudades más pobladas del Ecuador y será el cantón
más poblado para el año 2020 (CAF, FLACSO, & ONU HABITAT, 2016;
Instituto Nacional de Estadística y Censos, 2010, 2013). Cuenta con
aproximadamente 2.239.191 de habitantes, de acuerdo al último censo de
población y vivienda realizado en el Ecuador (CAF et al., 2016; Instituto
Nacional de Estadística y Censos, 2010, 2013). El distrito Metropolitano de
Quito, capital del Ecuador, está constituido por 65 distritos geográficos
administrativos y posee una extensión de 423 mil hectáreas (Carrera,
Bustamante, & Sáenz, 2016; Roldos, Hopenhayn, Sacoto, & Bustamante,
2017).
En datos de mortalidad, las principales causas de la misma en la población
quiteña son las enfermedades cerebrovasculares, la diabetes, enfermedades
circulatorias, infecciones del sistema respiratorio y digestivo (Roldos et al.,
2017). Así mismo, las causas de mortalidad en los niños de 10-19 años son las
enfermedades del sistema nervioso. Por otro lado, las enfermedades que más
afectan a los adultos mayores de 60 años son las enfermedades crónicas.
Cabe destacar que las enfermedades que se han incrementado en la
población, son las enfermedades crónicas como diabetes e hipertensión
(Roldos et al., 2017).
20
Con respecto a los puntos de muestreo, se seleccionaron panaderías o
tiendas de abastos y supermercados, los cuales son lugares a los que acude la
mayoría de población para satisfacer su demanda de alimentos. El primer
punto escogido fue el Supermercado X1. El segundo punto escogido fue una
panadería X2 en un sector popular de la ciudad; como último punto se escogió
el Supermercado X3.
En cuanto a la ciudad de Guayaquil, es la ciudad más poblada del país, en la
cual se concentra la mayor parte de la población ecuatoriana con
aproximadamente 2.350.915 de habitantes, esto se debe a su ubicación
comercio, puerto marítimo y demás factores que han contribuido en el
incremento de su población y la migración a la cuidad (Gobierno Provincial del
Guayas, 2013; Instituto Nacional de Estadística y Censos, 2010; Núñez, 2016).
Ocupa 6.027,05 km2 del territorio de la provincia del Guayas y se localiza en la
parte central de la provincia del Guayas, en la Región Litoral del Ecuador
(Gobierno Provincial del Guayas, 2013).
Los datos de mortalidad, en estudios demuestran que existe un incremento
en la incidencia de cáncer en la ciudad de Guayaquil, el mismo autor menciona
que los hábitos alimenticios son un factor determinante en que esta
enfermedad siga en aumento (Tanca & Arreaga, 2010).
En relación a los puntos de muestreo se escogió el Mercado Municipal X4 y
el Supermercado X5. A continuación se detallan los puntos de muestreo donde
se realizó las compras de los diferentes productos para su posterior análisis. En
cada cuidad se recolectó 24 muestras respectivamente. El mapa y las
coordenadas de Quito se muestran en la Figura 1 y Tabla 1. Los puntos de
muestreo en Guayaquil se observan en la Figura 2 y Tabla 2.
21
Figura 1. Puntos de muestreo en la Cuidad de Quito
Supermercado X1
Panadería X2
Supermercado X3
Establecimientos comerciales
22
Figura 2. Puntos de muestreo en la Cuidad de Guayaquil
Mercado Municipal X4
Supermercado X5
Mercado Municipal X4
Supermercado X5
23
Tabla 1. Coordenadas de los puntos de muestreo en la ciudad de Quito
Puntos Puntos de muestreo Coordenada x Coordenada y
Punto 1
Supermercado X1 786470,282 9977163
Punto 2
Panadería X2 788910,142 9976228,55
Punto 3
Supermercado X3 788687,773 9976096,79
Fuente: Elaboración propia
Tabla 2. Coordenadas de los puntos de muestreo en la ciudad de Guayaquil
Puntos Puntos de muestreo Coordenada x Coordenada y
1 Mercado Municipal X4 623161,381 9764565,07
1 Supermercado X5 625229,898 9772998,68
Fuente: Elaboración propia
3.1.2. Colecta y número de muestras
Las muestras se adquirieron por triplicado en supermercados de la ciudad de
Guayaquil y el muestreo se realizó en base a la Normativa Ecuatoriana NTE INEN
262:2011. Además, se recolectó una muestra triplicada de la caña de azúcar para
determinar si la posible contaminación por cadmio y plomo proviene directamente
de la caña por el uso de fertilizantes y agroquímicos.
De las tres réplicas tomadas de cada marca y tipo de producto se obtuvieron
cuarenta y ocho muestras de azúcar y tres muestras de caña, fueron
transportadas para su análisis al Laboratorio Certificado por el SAE Analítica
Avanzada – Asesoría y Laboratorios ANAVANLAB de la ciudad de Quito.
3.1.3. Diseño Experimental
Se colectaron muestras de azúcar blanca, morena y panela de las marcas más
comercializadas de la ciudad de Guayaquil y Quito. Las marcas son: M1, M2 Y
M3. Se colectó 18 muestras de azúcar morena, 18 muestras de azúcar blanca y
12 muestras de panela granulada. Así mismo, se colectó para su análisis 3
muestras de caña de azúcar de la variedad Ragnar, provenientes del cantón La
Troncal para verificar si la contaminación proviene desde los cultivos o si es
contaminado en la fase de producción.
24
Las muestras se obtuvieron de supermercados y tienda de abastos, con
diferentes números de lote y fecha de caducidad vigente. Las muestras de los
productos fueron codificadas de tal forma que se diferencian los productos entre
sí. En total se analizaron 51 muestras para cadmio y plomo.
Tabla 3. Muestras analizadas.
Marcas Azúcar blanca Azúcar crudo Panela
Granulada
Caña de azúcar
(Saccharum spp.)
n= 3
M1 n= 3 n= 3 n= 3
M2 n= 3 n= 3 n= 3
M3 n= 3 n= 3 ---
Fuente: Elaboración propia Nota: n= número de muestras.
3.1.4. Metodología
La metodología escogida es el Método de Espectrofotometría de Absorción
Atómica, la cual es una de las técnicas analíticas más utilizadas para la
determinación de elementos inorgánicos, debido a su alta selectividad y
sensibilidad (Lorenzo, Reyes, Blanco, & Vasallo, 2010).
El método utilizado está basado en el método estándar de la EPA 7000 A:
―Métodos de Absorción Atómica‖ y en el método EPA 3051: ―Digestión Ácida
asistida por Microondas de sedimentos, lodos, suelos y aceites‖.
En espectrofotometría de absorción atómica se determina metales si se
encuentran en solución, por lo tanto la muestra y otros residuos sólidos requieren
ser digeridos para el análisis. La muestra en solución es aspirada a una llama y es
atomizada. Un haz de luz es dirigido a través de la llama, luego pasa al
monocromador, y llega al detector que mide la cantidad de luz absorbida por el
elemento atomizado en la llama.
25
La cantidad de energía a la longitud de onda característica que fue absorbida
en la llama es proporcional a la concentración del elemento en la muestra, dentro
de un rango de concentración predeterminado.
3.1.5. Manejo de muestras
3.1.5.1. Recolección, preservación y almacenamiento
Las muestras fueron recolectadas y luego refrigeradas aproximadamente a 4°C.
3.1.5.2. Tiempo máximo de análisis
Las muestras fueron digeridas en un tiempo máximo de 10 días.
3.1.6. Equipos e insumos
3.1.6.1. Equipos
Espectrofotómetro de absorción atómica Perkin-Elmer AAnalyst 400.
Compresor de aire de pistón seco.
Horno Microondas.
Estufa.
Balanza Analítica con resolución de 0.1 mg, calibrada.
Lámparas de cada metal, cátodo hueco o EDL.
Purificador de Agua tipo II.
Pipeta automática (1 – 5 mL), calibrada
3.1.6.2. Materiales
Cabeza de mechero para llama aire - acetileno
Cabeza de mechero para llama óxido nitroso
Viales de reacción
Pipeta volumétrica de 1 mL clase A, verificada.
Pipeta volumétrica de 2 mL clase A, verificada.
26
Pipeta volumétrica de 5 mL clase A, verificada.
Pipeta volumétrica de 10 mL clase A, verificada.
Balón aforado de 25 mL clase A, verificado.
Balón aforado de 50 mL clase A, verificado.
Balón aforado de 100 mL clase A, verificado.
Vasos de precipitación varios volúmenes
Espátula metálica
Erlenmeyer de 250 mL
Embudos de vidrio
Cápsulas de porcelana
Desecador de vidrio
Viales de teflón para digestión por microondas
Probeta de 10mL
Papel filtro cualitativo
Embudos de vidrio
3.1.6.3. Reactivos y MRC
3.1.6.3.1. Reactivos
Aire limpio y seco, proviene de compresor
Acetileno extra puro de grado absorción atómica (2.7 o superior)
Óxido nitroso estándar de grado absorción atómica pureza > 99%
Agua libre de metales, desionizada tipo II
Ácido clorhídrico concentrado
Ácido nítrico concentrado
Ácido sulfúrico concentrado
Peróxido de hidrógeno 30%
Cloruro de Potasio
27
Oxido de Lantano
Sílica gel con indicador de humedad.
3.1.6.4. Patrones y MRC
Estándar grado absorción atómica o ICP de Cadmio y plomo
(aproximadamente 1000 μg/mL).
Material de Referencia Certificado de Metales en Suelo CRM033.
3.1.7. Condiciones ambientales
- Se mantuvo las condiciones ambientales generales durante la realización del
ensayo, entre 15 y 30°C y humedad relativa entre 20 y 80%.
3.1.8. Preparación de las muestras
Las muestras estuvieron a temperatura ambiente entre 15 a 30 °C, antes de
realizar el análisis, luego se trasladó el código de cada muestra asignado a cada
material volumétrico, de vidrio o auxiliar, en donde la muestra, sus diluciones o
sus preparaciones fueron colocadas, de manera que se mantuvo identificada a lo
largo de todo el proceso de análisis.
Se procedió a homogenizar previamente la muestra antes de ser analizada.
Para el análisis por espectrofotometría de absorción atómica, las muestras, fueron
tratadas previamente con una digestión ácida asistida por microondas con ácido
nítrico concentrado al %65 (Merck) según el método EPA 3051. Las muestras
deben ser digeridas para minimizar las interferencias de los residuos sólidos para
luego proceder al análisis.
3.1.8.1. Digestión ácida asistida por microondas
Se inició colocando los viales de digestión limpios y secos dentro de las
chaquetas numeradas y ordenar ascendentemente, se pesó 0.50 g de muestra en
un vial de digestión y se realizó el mismo tratamiento para duplicados. Se
procedió a añadir 10 mL de ácido nítrico concentrado a cada vial y se preparó un
blanco con ácido nítrico únicamente. Fue colocado el disco de liberación de
presión sobre los viales y se tapó los viales, de la misma forma se llevó la
28
manguera de ventilación a una campana de extracción y en el equipo se se
distribuyó las muestras. Por último se dejó enfriar hasta por lo menos 60°C, de la
misma forma se dejó que los viales se enfríen completamente al ambiente y se los
llevó a una campana de extracción. Se sacó el primer vial y se transfirió a un
embudo de vidrio con papel filtro, se recogió el filtrado en un balón aforado de 25
mL clase y se realizó un lavado con agua desionizada, sin sobrepasar el volumen
de 25 mL del balón aforado; por último se aforó con agua desionizada. Así mismo,
cada diez muestras se realizó la digestión por duplicado para los controles de
repetibilidad y reproducibilidad.
3.1.8.2. Digestión ácida asistida en plancha de calentamiento
Para las muestras de caña se procedió con una digestión ácida en plancha de
calentamiento con ácido clorhídrico concentrado (Merck). Se pesó
aproximadamente 3.0 g de muestra en un Erlenmeyer de 250 mL y se adicionó 10
mL de ácido clorhídrico concentrado a cada Erlenmeyer y 10 mL de agua
desionizada, añadiendo de uno a tres núcleos de ebullición. Posteriormente se
colocó el Erlenmeyer en la plancha de calentamiento bajo la campana de
extracción hasta observar que la muestra se aclare y el volumen sea de
aproximadamente unos 10 mL. Finalmente se dejó enfriar y filtrar en un balón
aforado de 25 mL clase A y se realizó un lavado con agua desionizada, sin
sobrepasar el volumen de 25 mL del balón aforado. Para concluir se aforó con
agua desionizada.
3.1.9. Análisis de metales pesados
3.1.9.1. Curva de calibración
Se realizó la cuantificación relacionando la concentración del metal en mg/L Pb o
Cd (Accustandard) con la señal producida y se construyó la curva de calibración.
- Se aspiró un blanco previamente digerido.
- Se realizó la lectura de cada uno de los estándares de calibración en forma
ascendente.
29
- Al finalizar la lectura del último estándar, apareció el resumen de la curva de
calibración, y se registró la curva en el formato de análisis del metal
correspondiente y se revisó el cumplimiento de los parámetros.
3.1.9.2. Cuantificación de muestras
- Se procedió a leer un blanco de ácido digerido como las muestras, el resultado
fue <LC del metal.
- Se aspiró las muestras previamente digeridas, para analizarlas, realizando una
sola replica.
- Se procedió a leer en el equipo un estándar de control cada 10 muestras, para
verificar que la recta de calibración se hubiese mantenido. Finalmente, para la
validación de los datos se midió un material de referencia (CRM033, Sigma-
Aldrich).
3.1.9.3. Expresión de Resultados
- Los resultados se reportaron en mg/Kg y se utilizó un decimal en el resultado.
- Si el valor fue menor al Límite de cuantificación, se reportó como ―<0.1‖.
30
CAPÍTULO IV
4.1. Resultados
Los resultados se encuentran en los Anexos del presente estudio (Anexo 6,7 y
8)
4.1.1. Concentración de cadmio y plomo en los derivados de la caña
de azúcar
La caña de azúcar de la variedad Ragnar ampliamente utilizada en Ecuador
presentó contaminación por cadmio y plomo (Tabla 4 y 5). Los valores mínimos y
máximos de Cd respectivamente fueron: 0,10 mg/kg y 0,20 mg/kg. El promedio de
concentración de cadmio en la caña de azúcar fue 0,15±0,05 mg/kg.
En cuanto al Pb se apreciaron altas concentraciones en la caña con valores
mínimos de 3,99 mg/Kg y máximos de 4,72 mg/kg y valores promedio de
4,32±0,37 mg/Kg.
Tabla 4. Concentración de cadmio en la caña de azúcar, panela, azúcar blanca y morena.
Cd (mg/Kg)
M1 M2 M3
CAÑA 0,15±0,05 0,15±0,05 0,15±0,05
PANELA < 0,1 < 0,1 < 0,1
AZÚCAR BLANCA < 0,1 < 0,1 < 0,1
AZÚCAR MORENA < 0,1 < 0,1 < 0,1
Fuente: Elaboración propia Nota. M1: marca 1, M2: marca 2, M3: marca 3
Tabla 5. Concentración de plomo en la caña de azúcar, panela, azúcar blanca y morena.
Pb (mg/Kg)
M1 M2 M3
CAÑA 4,32±0,37 4,32±0,36 4,32±0,36
PANELA 2,3±1,04 < 0,1 < 0,1
AZÚCAR BLANCA 1,6±0,74 < 0,1 < 0,1
AZÚCAR MORENA 0,3±0,08 < 0,1 < 0,1
Fuente: Elaboración propia
31
Sin embargo, en ninguno de los derivados de la caña de azúcar se evidenció
contaminación por Cd, siendo todos los valores menores al límite de detección
(<0,1 mg/Kg) en todas las marcas estudiadas. Por el contrario, se observó
contaminación por Pb en los derivados de la caña en la marca M1, donde se
evidenció una mayor concentración en la panela y el azúcar blanco, mayores a las
halladas en el azúcar morena (F=19,25; p= 0,001) (Figura 3).
Figura 3. Concentración de plomo en la caña de azúcar, panela, azúcar blanca y morena de la
marca M1. Los resultados se muestran como media±desviación estándar (n=3). Letras iguales indican que no hay diferencias significativas según ANOVA de una vía y test a posteriori de Tukey (p>0,05).
Así mismo, en la marca M1, en el azúcar blanco, se detectaron
concentraciones mínimas de plomo de 1,04 mg/kg y valores máximos de 2,47
mg/kg. En la misma marca, en la panela granulada se apreciaron valores
mínimos y máximos de Pb respectivamente de 1,5 mg/kg y 3,5 mg/kg. Por último,
en el azúcar morena, se detectaron valores mínimos de Pb de 0,2 mg/kg y valores
máximos de 0,35 mg/kg.
a
b
b
c
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
CAÑA PANELA BLANCA MORENA
Pb
[m
g/k
g]
32
El promedio de concentraciones de plomo en la panela, azúcar blanca y
morena fue respectivamente de 2,3±1,4 mg/kg, 1,6±0,74 mg/kg y 0,3±0,08 mg/kg.
Cabe indicar que las muestras se tomaron de diferentes lotes y en diferentes
ciudades y aun así se evidenció contaminación significativa por Pb.
4.2. Comparación de las concentraciones obtenidas en caña y sus
derivados, con la normativa nacional e internacional en relación con
los límites permisibles de cadmio y plomo en alimentos.
Se realizó la comparación de las concentraciones con la normativa nacional
(Tabla 6) y con la normativa internacional (Tabla 7). Las normativas nacionales
empleadas para realizar las comparaciones fueron las Normas Técnicas
Ecuatorianas del Servicio Ecuatoriano de Normalización para el azúcar blanca,
morena y panela granulada.
Tabla 6. Comparación de las concentraciones de plomo en la caña de azúcar y en los productos de la marca M1: panela, azúcar blanca y morena con la normativa nacional
Parámetro Muestra
Normativa
Nacional
Aplicable
Límite máximo Permisible
(mg/kg)
Resultado
concentración
(mg/kg)
Plomo Panela NTE INEN
2332
(CODEX
ALIMENTARIO)Exento 2,3±1,04
Plomo Azúcar
blanca NTE INEN 259 0,5 1,6±0,74
Plomo Azúcar
morena NTE INEN 258 0,5 0,3±0,08
Fuente: Elaboración propia
Tabla 7. Comparación de las concentraciones de plomo en la caña de azúcar y en los productos de la marca M1: panela, azúcar blanca y morena con la normativa internacional
Parámetro Muestra
Normativa
Internacional
Aplicable
Límite máximo
Permisible
(mg/kg)
Resultado
concentración
(mg/kg)
Plomo Panela CODEX
ALIMENTARIUS Exento 2,3±1,04
Plomo Azúcar CODEX 0,5 1,6±0,74
33
blanca ALIMENTARIUS
Plomo Azúcar
morena
CODEX
ALIMENTARIUS 0,5 0,3±0,08
Fuente: Elaboración propia
Se observó que las concentraciones de plomo en la panela y el azúcar blanco de
la marca M1 excedieron los límites máximos permisibles establecidos por la
normativa nacional e internacional.
4.3. Discusión
Luego de realizar los análisis de los productos derivados de la caña: azúcar
blanca, morena y panela, comercializadas en Ecuador, se determinó que en las
muestras de las marcas M1, M2 y M3, los niveles de Cd no fueron detectables
(<0,1 mg/kg); sin embargo, se detectó concentraciones de cadmio en la caña de
azúcar inferiores a los límites máximos establecidos (0,5 mg/kg). Por el contrario,
se hallaron altas concentraciones de Pb en las muestras de la marca M1 y en la
caña de azúcar, sobrepasando los límites máximos permisibles establecidos por
las normas nacionales NTE INEN 2332, NTE INEN 259 y NTE INEN 258 y la
norma internacional Codex Alimentarius.
En la panela se encontró altos valores de Pb, en contraposición con la
normativa nacional e internacional que menciona que debe estar exenta de plomo
(Food and Agriculture Organization, 2001). Así mismo, en el azúcar blanco superó
3,2 veces el LPM de las normativas. Sin embargo, el azúcar morena se encuentra
por debajo de los límites máximos permisibles.
Por lo tanto, no existió contaminación por Cd en el azúcar en ninguna de las
marcas analizadas, a diferencia del plomo que se evidenció contaminación en la
panela y el azúcar blanco, evidenciando la contaminación de estos productos.
Por otro lado, la fuente de contaminación por Pb en los derivados de la caña
demostró ser la planta de caña de azúcar. Varios estudios han examinado las
concentraciones de Pb en la caña de azúcar y en el jugo. Se ha determinado que
en el tallo de la caña las concentraciones de Pb en India fueron de 0,01 – 1,11
mg/kg Pb (Pandey, Suthar, & Singh, 2016), menores a los niveles hallados en el
presente trabajo. Por el contrario, en China encontraron concentraciones
34
superiores de plomo en la caña 5,92 a 26,98 mg/kg (Xia, Chi, & Cheng, 2009),
cabe recalcar que estos fueron irrigados con aguas contaminadas. Así mismo, se
han analizado las concentraciones de Pb en el jugo de la caña en India
encontrándose valores medios de 0,04 mg/L Pb (Damodharan & Reddy, 2014) y
en Perú se halló una concentración media de 0,446 mg/L Pb (Huanri, 2014).
Por otra parte, la presencia de Pb en la caña implica que existe contaminación
en los suelos. Se ha determinado las concentraciones de Pb en suelos cultivados
con la caña de azúcar. Vieira et al., (2016) encontró 11,2 mg/kg Pb en los suelos
cultivados con caña en Brasil. Cabe mencionar, que en Ecuador se ha
evidenciado la contaminación por metales pesados en los suelos agrícolas
(Pernía et al., 2016), por lo cual se podría confirmar la relación que existe de los
suelos contaminados con la posterior contaminación de los cultivos y del producto
final.
Xia et al., 2009 menciona que la caña de azúcar puede ser utilizada para la
fitorremediación de suelos contaminados con Pb, por lo tanto tiene un potencial
para absorber este metal pesado y no debería ser cultivado en suelos
contaminados.
Una posible explicación de las altas concentraciones de plomo en los productos
analizados, es que comparando las concentraciones de Pb que se obtuvieron en
la caña, se puede determinar que la contaminación podría provenir desde los
cultivos y del uso de aditivos en la producción. La contaminación del suelo y
posteriormente en la caña podría provenir del uso de agua contaminada para
riego o del excesivo uso de agroquímicos como fertilizantes y pesticidas, se ha
demostrado la presencia de cadmio en fertilizantes con una concentración
máxima de 41,30±1,65 mg/Kg Cd (Muñoz, 2017; Omwoma et al., 2010; Reilly,
2002). Así pues, los metales pesados se bioacumulan en la planta, en este caso
se almacena en el tronco de la caña la cual es usada como materia prima para
extraer el azúcar (Rodrigues et al., 2013; Yadav et al., 2010).
Por otra parte, en el proceso para elaborar los productos derivados de la caña,
se utilizan aditivos que contienen métales pesados tales como el acetato básico
de plomo o subacetato de plomo (Sociedad Agrícola e Industrial San Carlos S.A,
35
2015). A pesar de que la Marca M1 según versiones emitidas a través de
informes anuales, se menciona que se ha sustituido el uso de compuestos
clarificantes con plomo al uso de otros aditivo como el Octapol (Sociedad Agrícola
e Industrial San Carlos S.A, 2015), este compuesto puede contener hasta 10 ppm
de metales pesados (Orozco, 2006). En contraposición a lo anteriormente
mencionado, mediante los resultados obtenidos en los productos finales
analizados se verifica la presencia de plomo en altas concentraciones,
contradiciendo las versiones establecidas en dicho informe.
Considerando los factores que podrían generar la contaminación por metales
pesados en los productos analizados, se podría apoyar la hipótesis de que la
contaminación podría estar asociada a los aditivos químicos añadidos además de
la contaminación proveniente desde el cultivo de la caña.
La contaminación de la panela, azúcar blanca y morena pone en riesgo a los
consumidores, considerando que el azúcar es uno de los productos mayormente
consumidos a nivel nacional, especialmente en niños y jóvenes (Freire et al.,
2013); además se utiliza en el hogar diariamente en todos los niveles sociales de
la población ecuatoriana, de igual manera se usa como materia prima para los
jugos, postres, entre otros (Freire et al., 2013).
Los consumidores más afectados por el Pb son los niños y mujeres
embarazadas, ya que se ha demostrado que es el responsable de causar el
deterioro mental, problemas de desarrollo y disminución del coeficiente intelectual,
hiperactividad, muerte intrauterina, partos prematuros, bajo peso del niño en el
nacimiento (Gupta & Lu, 2013). Así mismo, el plomo está clasificado como
probablemente carcinógeno para los humanos (International Agency for Research
on Cancer, 2006). En los adultos también causa efectos negativos en la salud,
tales como la hipertensión, daños en el sistema gastrointestinal y el sistema
nervioso central, daños en el sistema inmune, efectos neuropsicológicos,
neuroconductuales y provoca la neurodegeneración en la enfermedad de
Alzheimer (Abarikwu, 2013; Cardozo & Lyda, 2013; Castaño et al., 2012; Gupta &
Lu, 2013; Kasten & Lawrence, 2013).
36
Como se ha mencionado, el plomo cuando es ingerido mediante los alimentos
casusa efectos negativos en la salud de las personas, así pues, se puede
relacionar que siendo las enfermedades cerebrovasculares, enfermedades del
sistema digestivo, infecciones, hipertensión, cáncer, enfermedades del sistema
nervioso en los niños la causas de mortalidad en los ecuatorianos (Instituto
Nacional de Estadísticas y Censos, 2015; Ministerio de Salud Pública, 2017;
Roldos et al., 2017; Tanca & Arreaga, 2010) y podrían estar relacionadas con el
consumo de azúcar contaminada por Pb.
A pesar que la Constitución ecuatoriana y la Ley Orgánica Del Régimen De La
Soberanía Alimentaria mencionan que se deberá garantizar la soberanía
alimentaria mediante el consumo de alimentos sanos y se prevendrá a las
personas sobre los alimentos contaminados (Asamblea Nacional Constituyente,
2008; Asamblea Nacional del Ecuador, 2010), no se realizan los respectivos
análisis o controles en los productos que son expendidos a nivel nacional.
4.4. Propuesta para reducir la incidencia de metales pesados en el
proceso de obtención de productos de la caña de azúcar
Se proponen las medidas para para prevenir la acumulación de metales
pesados en la caña de azúcar y sus productos:
1. Incentivar y capacitar a los agricultores sobre agricultura sostenible y
buenas prácticas agrícolas. Se debe capacitar a los agricultores sobre temas de
metales pesados en los suelos y cómo reducir su incidencia. Además, se deben
incluir temas como la agricultura sostenible con el apoyo de las autoridades para
incluirlos en programas internacionales como en los programas de la
Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura.
2. Capacitar a los agricultores en las medidas que puedan tomar in situ
para remediación de suelos contaminados y la prevención de contaminación
por metales pesados. Las medidas podrían ser:
- Corrección del pH: Aplicar compuestos como hidróxido de calcio para
reducir la biodisponibilidad del plomo (Ortiz, Sanz, Dorado, & Villar,
2007). La solubilidad y por lo tanto la biodisponibilidad de los metales
pesados es mayor cuando el pH es ácido (Chuan, Shu, & Liy, 1995).
37
- Enmiendas orgánicas: Para la inmovilización del metal y reducir la
toxicidad en los suelos, usar enmiendas orgánicas o incrementar el
material orgánico del suelo, para disminuir su biodisponibilidad para las
plantas (Wuana & Okieimen, 2011).
- Composición de agua de riego: Controlar y analizar la composición del
agua que será utilizada para riego para prevenir la acumulación excesiva
de metales en la cadena alimentaria (Sarabia, Cisneros, Aceves,
Durán, & Castro, 2011).
3. No usar fertilizantes y pesticidas que no contengan o con bajos niveles
de metales pesados en su composición. Como se ha mencionado
anteriormente, la incidencia de los fertilizantes y pesticidas tienen un impacto
negativo en la concentración de metales pesados en la panta (Omwoma et al.,
2010; Reilly, 2002)
4. Realizar el control sobre los productos químicos aditivos que se utilizan
tanto en el proceso de cultivo de la caña como en la elaboración de los productos,
además se debe considerar productos alternativos que no tengan efectos letales
para la salud de las personas. Cada empresa debería elaborar un informe de
toxicidad de los productos utilizados en el proceso de fabricación de productos
alimenticios.
5. Verificar por parte de las autoridades de control que los pequeños
agricultores que venden la caña a los ingenios azucareros, utilicen productos que
no contengan metales pesados y que su nivel de toxicidad sea bajo. Por lo tanto,
asegurando la inocuidad del producto desde el inicio de la cadena alimentaria se
podrá asegurar el expendio responsable del mismo a los consumidores.
38
CONCLUSIONES
Mediante los resultados obtenidos a partir del presente se llegó a la conclusión de
los siguientes puntos:
- Se determinó la concentración de cadmio y plomo en los derivados de la caña:
azúcar blanca, morena y panela, comercializadas en Ecuador. La
concentración de cadmio no fue detectable (>0,1 mg/kg Cd) en los productos
pero si fue detectada en la caña de azúcar (0,15±0,05 mg/kg Cd).
- Se determinó que las concentraciones de plomo en caña de azúcar (4,32±0,37
mg/kg Pb) y en los derivados de la Marca M1: panela (2,3±1,04 mg/kg), azúcar
blanca (1,6±0,74 mg/kg), azúcar morena (0,3±0,08 mg/kg), superando los tres
primeros los límites máximos permisibles establecidos por la normativa
nacional e internacional.
- Las concentraciones de Pb en la caña y en los productos derivados de esta
fueron con el siguiente patrón de clasificación caña> panela> azúcar blanca>
azúcar morena.
- Se propuso medidas para reducir la incidencia de metales pesados en el
proceso de obtención de productos de la caña de azúcar para que sea
aplicada en el Ecuador y asegurar la inocuidad alimentaria.
39
RECOMENDACIONES
Este análisis permitió identificar cuáles serían las recomendaciones necesarias
para evitar la contaminación del producto a través de toda la cadena alimentaria.
- A pesar de existir la normativa legal, no se cumple sus funciones debido a la
falta de políticas gubernamentales para hacer cumplir las mismas. El estado
debería garantizar el buen uso que se dé a todos los productos utilizados en la
elaboración de productos alimenticios de consumo masivo.
- Se recomienda a las autoridades realizar controles periódicos a los productos
alimenticios, se debería crear nuevos organismos de control dedicados a la
inocuidad y seguridad alimentaria en el país.
- El Ministerio de Salud debería intervenir en los controles de productos
utilizados en toda la industria nacional, sobre todo en los productos
alimenticios y debería obligar a las empresas azucareras a cumplir con las
normas NTE INEN 2332, NTE INEN 259 y la NTE INEN 258.
.
40
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i
ANEXOS Anexo 1.Gráfico prueba de normalidad Anderson-Darling
Figura 4. Gráfico de probabilidad de Pb-Normal.
Anexo 2. Gráfica prueba de igualdad de varianza Test Levene.
Figura 5. Prueba de varianzas iguales.
P1
M1
CAÑA
B1
76543210
Valor p 0.012
Valor p 0.457
Comparaciones múltiples
Prueba de Levene
MU
ES
TR
A
Prueba de varianzas iguales: PLOMO mg/kg vs. MUESTRAMúltiples intervalos de comparación para la desviación estándar, α = 0.05
Si los intervalos no se sobreponen, las Desv.Est. correspondientes son significativamente diferentes.
ii
Anexo 3. Análisis de varianza (ANOVA).
Figura 6. ANOVA
Anexo 4. Análisis en el laboratorio
Anexo 4. Método de Tukey
Figura 7. Método de Tukey
iii
Anexo 5. Análisis en el laboratorio.
Figura 8. Análisis de las muestras en el espectrofotómetro
Figura 9. Inducción con el personal técnico del laboratorio
iv
Anexo 6. Resultados de los análisis de plomo en la caña de azúcar y en sus productos.
Muestra No. de Laboratorio Identificación Resultado Plomo mg/kg
8574-1 N1 - AB - 1 - PB
1,43
8574-2 N1 - AB - 2 - PB
2,47
8574-3 N1 - AB - 3 - PB
1,04
8574-4 N1 - AM - 1 - PB
0,35
8574-5 N1 - AM - 2 - PB
0,29
8574-6 N1 - AM - 3 - PB
0,2
8574-7 N1 - PG - 1 - PB
3,5
8574-8 N1 - PG - 2 - PB
2,01
8574-9 N1 - PG - 3 - PB
1,5
8574-10 N2 - AB - 1 - PB
< 0,1
8574-11 N2 - AB - 2 - PB
< 0,1
8574-12 N2 - AB - 3 - PB
< 0,1
8574-13 N2 - AM - 1 - PB
< 0,1
8574-14 N2 - AM - 2 - PB
< 0,1
8574-15 N2 - AM - 3 - PB
< 0,1
8574-16 N2 - PG - 1 - PB
< 0,1
8574-17 N2 - PG - 2 - PB
< 0,1
8574-18 N2 - PG - 3 - PB
< 0,1
8574-19 N3 - AB - 1 - PB
< 0,1
8574-20 N3 - AB - 2 - PB
< 0,1
8574-21 N3 - AB - 3 - PB
< 0,1
8574-22 N3 - AM - 1 - PB
< 0,1
8574-23 N3 - AM - 2 - PB
< 0,1
8574-24 N3 - AM - 3 - PB
< 0,1
8574-25 CAÑA 4,72
8574-26 CAÑA 4,26
8574-27 CAÑA 3,99
v
Anexo 7. Resultados de los análisis de cadmio en la caña de azúcar y en sus productos.
Muestra No. de Laboratorio Identificación Resultado Cadmio mg/kg
8574-28 N1 - AB - 1 - CD
< 0,1
8574-29 N1 - AB - 2 - CD
< 0,1
8574-30 N1 - AB - 3 - CD
< 0,1
8574-31 N1 - AM - 1 - CD
< 0,1
8574-32 N1 - AM - 2 - CD
< 0,1
8574-33 N1 - AM - 3 - CD
< 0,1
8574-34 N1 - PG - 1 - CD
< 0,1
8574-35 N1 - PG - 2 - CD
< 0,1
8574-36 N1 - PG - 3 - CD
< 0,1
8574-37 N2 - AB - 1 - CD
< 0,1
8574-38 N2 - AB - 2 - CD
< 0,1
8574-39 N2 - AB - 3 - CD
< 0,1
8574-40 N2 - AM - 1 - CD
< 0,1
8574-41 N2 - AM - 2 - CD
< 0,1
8574-42 N2 - AM - 3 - CD
< 0,1
8574-43 N2 - PG - 1 - CD
< 0,1
8574-44 N2 - PG - 2 - CD
< 0,1
8574-45 N2 - PG - 3 - CD
< 0,1
8574-46 N3 - AB - 1 - CD
< 0,1
8574-47 N3 - AB - 2 - CD
< 0,1
8574-48 N3 - AB - 3 - CD
< 0,1
8574-49 N3 - AM - 1 - CD
< 0,1
8574-50
N3 - AM - 2 - CD
< 0,1
8574-51 N3 - AM - 3 - CD
< 0,1
8574-52 CAÑA 0,20
8574-53 CAÑA 0,10 8574-54 CAÑA 0,15