La industria del curtido genera grandes cantidades de residuos ricos en colágeno llamados virutas de cromo. Este documento estudia la hidrólisis alcalina-enzimática de estas virutas para extraer y valorizar el colágeno. Los resultados mostraron que el pH óptimo es 9 y la mejor relación NaOH/virutas es 0.1, obteniendo una concentración de proteína cercana a 36 gr/l. Esto permite desarrollar una técnica para aprovechar comercialmente el colágeno en estos dese

1. HIDROLISIS ALCALINA-ENZIMÁTICA DE COLÁGENO EN RESIDUOS DE
CURTIDURÍA (VIRUTAS DE CROMO)
Fátima del Rosario Reyes García a
, Eder Víctor Hugo Villegas Sánchezb
,
Alejandro Munguía Franco a
, Marcos D. González Llanes a
, Eleazar M. Escamilla Silva a
a
Departamento de Ingeniería Química, Instituto Tecnológico de Celaya.
Av. Tecnológico y A. García Cubas S/N , Celaya, Gto., C.P. 38010, México. fatima.reyes.g@gmail.com
b
Instituto Politécnico Nacional. Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingenierías campus Guanajuato (UPIIG).
RESUMEN
La industria del curtido es altamente contaminante, por lo cual el tratamiento de sus desechos es
imprescindible. Entre los residuos más abundantes del proceso de curtido es el colágeno. La
hidrólisis es una de las transformaciones que se le pueden hacer al sustrato. En la cual se usa alguna
ruta para desdoblar de cadenas largas en unidades más simples, en este caso se usa una combinación
de hidrólisis química y enzimática.
En el presente trabajo se varió el pH y la reacción de NaOH/virutas, manteniendo contante la
relación enzima/sustrato. Encontrando que el pH donde de obtuvieron mayores concentraciones de
proteína disuelta en el hidrolizado es de 9 y la mejor relación de NaOH/virutas es de 0.1,
alcanzando una concentración cercanas a 36 gr/l de proteína.
INTRODUCCIÓN
La industria curtidora transforma la piel en cuero mediante el proceso de curtido y le confiere
diversas características como son elasticidad, resistencia, firmeza y belleza para satisfacer las
demandas que el mercado requiere [2.]. Durante la operación de rebajado (igualación de espesor)
del cuero húmedo, luego del proceso de curtido con sales básicas de cromo se generan los residuos
llamados “virutas de cromo”, este residuo representan un volumen considerable de los desechos
generados por la industria curtidora [2].
La minimización de estos residuos se lleva a cabo desarrollar tecnologías que permitan la
valoración de las virutas de cromo, ricas en colágeno y obtener subproductos que puedan aplicarse
como materias primas de otros procesos mediante el reciclaje de la proteína colágeno desperdiciada
en los desechos.
Gracias a sus características químicas únicas, el colágeno se ha utilizado en diversos campos de la
industria. El colágeno hidrolizado cuenta con potenciales aplicaciones en distintos sectores
industriales.
El hidrolizado de colágeno se realiza a partir de fragmentos de polipéptidos de cadenas α de la
molécula de colágeno. La masa molecular media variar desde unos pocos cientos hasta 90,000 a
95,000, dependiendo de la intensidad del proceso de hidrolizar [3] y el grado de digestión alcanzado
[2].
Memorias del XXXIV Encuentro Nacional y III Congreso Internacional de la AMIDIQ
7 al 10 de mayo de 2013, Mazatlán, Sinaloa, México
© 2013 Academia Mexicana de Investigación y Docencia en Ingeniería Química (AMIDIQ)
ISBN: 978-607-95593-1-1
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2. METODOLOGÍA
Inicialmente se realizó una caracterización de sustrato empleado. Se realizaron las determinaciones
de proteína, grasa, humedad, cenizas totales y cromo total. Siguiendo el método oficial de la
Asociación Oficial de Químicos Analistas (AOAC).
Se realizó un diseño experimental central compuesto en el que las variables involucradas fueron: la
relación NaOH/Virutas (0.1, punto central) y pH (9, punto central). La enzima empleada fue
proteasa alcalina bacteriana de Bacillus licheniformis (DETERZYME® L-660 de ENMEX) a una
concentración contante de 300 µl por 100 gr de sustrato. La relación virutas/agua empleada es de
0.053; los experimentos se realizaron en un matraz erlemeyer, la temperatura de trabajo fue de
70°C, la agitación de mantuvo constante y el tiempo de reacción fue de 4 horas.
La determinación de proteína disuelta se realizó por el método de Biuret [4], en un
Espectrofotómetro UV-Visible Perkin-Elmer Lambda 25. Y la determinación de cromo total se
realizó por el método de permanganato-nitruro [1].
Para el análisis de datos de uso el software NCSS 2007.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
De la caracterización de las virutas de cromo se obtuvieron los resultados mostrados en la tabla 1.
Tabla 1 Caracterización de Virutas de Cromo
Contenido
en %
Humedad 11.13
Cenizas 11.40
Grasa 1.46
Proteína 76.08
El contenido de cromo total es de 14.9 mg de cromo por gramo de sustrato de sustrato. En la figura
1 se puede ver la apariencia del sustrato, el color azul es por la cantidad de cromo presente en él
Figura 1.-Virutas de Cromo antes de ser hidrolizadas.
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3. Al observar el contenido de proteína en las virutas de cromo y la cantidad de estos residuos que son
desechadas podemos notar que existe una gran cantidad de proteína, la cual puede ser hidrolizada y
purificada para darle diversos empleos.
Los resultados obtenidos de los experimentos del diseño central compuesto se muestran en la tabla
2, mostrándose las variables, las variables codificadas y el contenido de proteína disuelta al término
del tiempo de reacción. Estos datos fueron analizados en el software NCSS 2007, de estos datos
se obtuvo la gráfica de contornos que relaciona las variables porción NaOH/Virutas y el pH, con
el contenido de proteína disuelta en el hidrolizado, es importante aclarar que el colágeno se
encuentra contenido en las virutas de cromo que son insolubles en agua y al hidrolizarse el colágeno
las cadenas de proteínas más cortas si son solubles en agua.
Tabla 2 Resultados del diseño central compuesto
Variables Variables Codificadas
Experimento Relación
NaOH/Virutas
pH x1 x2 Proteína
(gr/l)
1 0.1 9 0 0 0.930
2 0.1 9 0 0 4.432
3 0.15 11 1 1 12.422
4 0.15 7 1 -1 23.344
5 0.05 11 -1 1 4.962
6 0.05 7 -1 -1 35.618
7 0.1 6.2 0 -1.414 6.073
8 0.1 11.8 0 1.414 26.480
9 0.03 9 -1.414 0 35.288
10 0.17 9 1.414 0 38.056
La figura 2 muestra la gráfica de contornos resultado del diseño central compuesto, en esta se puede
observar cual es la región factible de trabajo para mayor contenido de proteína disuelta en el
hidrolizado es en la parte central.
Para la relación NaOH/Virutas tenemos que en la región central de la gráfica se tiene una
concentración aproximada de 36 gr/l de proteína disuelta, esto es a una relación de 0.1, si se
trabajan a menores relaciones la cantidad de NaOH agregado no es suficiente para realizar la
hidrolisis alcalina que es necesaria en la reacción, y por ello es más difícil que la enzima pueda
romper los enlaces peptídicos, si se trabaja a relaciones más altas se está teniendo exceso de
reactivo el cual podría estar ocasionando una desnaturalización de las proteínas.
Para el pH es bien sabido que la enzima tiene mayor actividad a pH alcalino, pero si su intervalo de
actividad no excede el pH 11, es por ello que su área óptima es alrededor de pH 9. A pH alrededor
de 7 el contenido de proteínas es muy bajo, esto se debe a las características de la enzima, pues su
actividad disminuye a pH neutros y a pH menores a 5 se inactiva.
Obtener los mejores valores de estas dos variables se puede proceder a hacer un proceso de
hidrólisis donde se incluyan más variables en el diseño experimental, quedando alguna de estas fijas
o haciendo más pequeño el rango de trabajo.
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4. Figura 2.-Grafica de contornos del contenido de proteína resultado del diseño central compuesto
CONCLUSIONES
El desarrollo del presente trabajo permitió establecer lo siguiente: la relación NaOH/virutas que se
beneficia la hidrólisis alcalina-Enzimática del colágeno es de 0.1, y se debe a pH alcalinos, evitando
trabajar pH cercanos al neutro para evitar la inactivación de la enzima proteasa alcalina bacteriana
de Bacillus licheniformis (DETERZYME® L-660 de ENMEX) y pH mayor de 11, que podría
provocar una desnaturalización de proteínas.
REFERENCIAS
1. Association, American Public Health. Métodos estándar para el examen de aguas de
desecho: incluyendo sedimentos bentales y lodos. Editorial Interamericana, 1963.
2. Cantera, Carlos, y Carlos. Bértola. Valorización de residuos sólidos en la industria del
cuero. Lima: Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente, 1999.
3. Chirita, M., C. Oniscu, Daniela M. Vlad, y G. Veisa. «Contributions at the Biomaterials
Base Development. The Collagen Hydrolyse from Sheep Skin, for Biomedical
Applications.» Roum. Biotechnol. Lett. 6, nº 6 (2001): 511-520.
4. Hung, N.D., M. Vas, E. Cheke, y S.Z.A. Bolcsi. «Relative tryptic digestion rates of food
proteins.» Journal of Food Science 49 (1984): 1535-1542.
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