UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PER

ESCUELA DE POST GRADO

PROYECTO DE TESIS

PRESENTADO POR:

Ing. Pedro Pablo Arteaga LLacza

PARA OPTAR EL GRADO ACADMICO DE:

MAGSTER EN INGENIERIA AMBIENTAL

HUANCAYO-PERU

2013

TRATAMIENTO DE RESIDUOS DE CAMAL MEDIANTE FERMENTACIN

CIDO LCTICA

1. TTULO

Tratamiento de Residuos de Camal Mediante Fermentacin cido

Lctica.

2. TEMA DE INVESTIGACIN

Tratamiento RR. Agroindustriales provenientes de un camal mediante

fermentacin acido lctica, utilizando como sustrato melaza y como inculo

bacterias de yogurt lcteo, teniendo como indicador de estabilizacin del producto

el PH; teniendo una temperatura constante, controlando el tiempo y la cantidad de

inoculo adicionado.

3. PROBLEMA DE INVESTIGACIN

3.1. Planteamiento del Problema

Los residuos generados dentro de las actividades de beneficio animal

generan contaminacin al entorno, cuando no son adecuadamente tratados.

En La provincia de Acobamba existe una importante actividad ganadera, por

lo tanto tiene un beneficio animal considerable semanalmente, actualmente

los desperdicios o sub productos provenientes del camal, representan una

fuente valiosa de nutrientes; sin embargo, muchas veces estos son

subutilizados y desechados causando problemas ambientales y prdidas

econmicas. El presente proyecto de investigacin pretende validar un

tratamiento que permita la recuperacin y aprovechamiento de sub productos

provenientes del camal municipal de la provincia, mediante la fermentacin

cido lctica.

3.2. Formulacin del Problema

3.2.1. Problema general

De qu manera influye la fermentacin acido lctica en el tratamiento de

residuos generados en un camal de beneficio animal?

3.2.2. Problemas especficos

Los porcentajes ptimos de inculo no estn establecidos

El tiempo ptimo donde se alcanza un ph de 4.5, no esta determinado.

Se desconoce el contenido qumico proximal del producto terminado.

4. OBJETIVOS

Validar el tratamiento que permita la recuperacin y

aprovechamiento de residuos provenientes de camal.

2.3. Objetivos especficos

Determinar el porcentaje adecuado de inoculo.

Determinar el tiempo ptimo de fermentacin.

Caracterizar el contenido qumico proximal.

5. JUSTIFICACIN

Razones que motivan a la investigacin

Los desechos generados durante el proceso de beneficio animal, frecuentemente

son vertidos o dispuestos de manera deficiente; Causando graves problemas

ambientales y riesgos para la salud humana. La situacin se agrava a medida que

la mayora de estos desechos llegan a las vertientes y tomas de agua

acrecentando de esta manera la problemtica ambiental.

Importancia del tema de investigacin

Las principales fuentes generadoras de residuos lquidos en los camales son las

aguas de lavado y las corrientes provenientes de los procesos de desangrado y

evisceracin. Estas aportan gran cantidad de carga orgnica; Estos efluentes

contienen: sangre, estircol, pelos, grasas, huesos, protenas y otros

contaminantes solubles. En general, los efluentes tienen altas temperaturas y

contienen elementos patgenos, adems de altas concentraciones de compuestos

orgnicos y nitrgeno. La sangre es el principal contaminante, aportando elevada

cantidad de DQO (demanda qumica de oxigeno) y nitrgeno. Se estima que entre

un 15% - 20% de la sangre va a parar a los vertidos finales. Protenas y grasas

son el principal componente de la carga orgnica presente en las aguas de lavado,

encontrndose otras sustancias como la heparina y sales biliares. La fermentacin

cido lctica es aquella que se lleva a cabo por las bacterias cido lctica cuya

actividad se desarrolla en ausencia de oxgeno (anaerobiosis), y se manifiesta en

la transformacin de los azcares presentes en cido lctico, etanol y dixido de

carbono. Mediante este proceso, se obtienen productos estables debido a la

rpida fermentacin lctica anaerbica, la cual reduce el pH a niveles que inhiben

el crecimiento de microorganismos deteriorativos. Adems, los diversos alimentos

preparados por fermentacin lctica tienen como caractersticas principales: una

mayor vida til, cambios en propiedades organolpticas, como el sabor y la textura

que los hacen ms apetecibles, y en algunos casos, mejores en su calidad

nutricional.

6. REFERENCIA TERICA

6.1. Marco referencial o antecedentes

La produccin de ensilado implica una tecnologa que no es reciente; sin

embargo, en la actualidad se siguen realizando investigaciones orientadas a

evaluar los diferentes factores que afectan el proceso, adems de su

aplicacin en la alimentacin animal.

La mayora de los estudios para producir ensilado han sido enfocados al uso

del mtodo qumico. Sin embargo, muchos investigadores en el mundo han

mostrado gran inters por el mtodo biolgico debido a las ventajas que este

ofrece. Cabe mencionar que la mayora de estos estudios se han orientado a

la obtencin de ensilado a partir de subproductos hidrobiolgicos, en

consecuencia existe pocas experiencias en subproductos de beneficio

animales mamferos.

Entre los diferentes factores que afectan la produccin de ensilado biolgico,

varias fuentes de carbono han sido utilizadas; por ejemplo lactosuero, melaza

y azcar refinada, solos o en combinacin (Van y Heydenrych, 1985), lactosa

(Hassan y Heath, 1986), dextrosa (Lassen, 1994), harina de maz o tapioca

(Fagbenro y Juncey, 1993), sacarosa y lactosa (Enes Dapkevicius y col.,

2007).

Debido a su alto contenido energtico y bajo costo, la melaza ha sido

mayormente empleada para elaborar ensilado biolgico de pescado. No

obstante, existen varios reportes que difieren en cuanto al nivel ptimo

necesario de este subproducto para realizar satisfactoriamente la

fermentacin lctica de desechos de pescado.

Segn Raa y Gilbert (1982), la adicin de 10% o ms de melaza a menudo es

requerida para producir un ensilado estable. Sin embargo, Dong y col. (1993),

reportaron que un 4% de melaza en combinacin con un cultivo iniciador de

BAL, fue necesario para obtener resultados exitosos. As mismo, Fagbenro y

Juncey (1995), utilizaron un nivel del 5%; aunque posteriormente los mismos

autores (Fagbenro y Juncey, 1998) aplicaron la misma fuente de carbono en

una concentracin de 150 g/Kg, adicionando 5 ml/Kg de Lactobacilos

plantaran.

Por otra parte, se ha reportado el uso de altos niveles de melaza (40%), sin

adicin de cultivo iniciador para elaborar ensilado de pescado (Saar y col.,

2002).

Sin embargo, el control de la fermentacin requiere el uso de un cultivo

iniciador capaz de producir de forma rpida suficiente cido lctico, lo cual

provoca la disminucin necesaria del pH para inhibir las bacterias nocivas

(Hall, 2002).

En ese sentido, se han probado diferentes cepas de BAL para producir

ensilados de pescado, entre las cuales Lactobacilos alimentarias y

Lactobacilos plantaran alcanzaron la mejor fermentacin, siendo seleccionado

este ltimo para el proceso (Van y Heydenrych, 1985). En otros estudios

tambin se ha utilizado Lactobacilos plantaran en combinacin con

Estreptococos facecia (Dong y col., 1993) y como cepa pura (Hassan y Heath,

1987; Fagbenro y Juncey, 1998; Vidita y col., 2002; Enes Dapkevicius y col.,

2007) para aumentar la produccin de cido durante la produccin de ensilado

biolgico de pescado.

Por otra parte, se han evaluado cuatro cepas diferentes de BAL para

fermentar desechos de camarn, resultando Lactobacilos pentosas y

Lactobacilos spa. B2 mejores productores de cido lctico, aunque pequeas

cantidades de cido actico fueron detectadas en muestras inoculadas con

Lactobacilos pentosas, por lo que Lactobacilos spa. B2 fue seleccionado para

establecer las condiciones de la fermentacin (Siria y col., 2001). En estudios

posteriores, Lactobacilos spa. B2 fue utilizado para escalar el proceso de

fermentacin de desechos de camarn a nivel piloto (Cifra y col., 2002). Sin

embargo, a pesar de que Lactobacilos spa. B2 fue un acidificante eficiente

bajo las condiciones de los estudios mencionados anteriormente, no se ha

evaluado su uso en fermentaciones de desechos de pescado.

Adems de lo anterior, varias fuentes de pescado y desechos de pescado han

sido utilizados para producir ensilados. Por mencionar algunos ejemplos,

perca blanca y trucha entera (Hassan y Heath, 1987), tilapia entera (Fagbenro

y Juncey, 1998), desechos de salmn (Ojos y col., 2000), desechos del

procesamiento de atn (Vizcarra y col., 1999), merluza plateada entera (White

y col., 1999), sardina entera y sus desechos (Saar y col., 2002), pescado no

til para consumo humano tanto de agua dulce como de mar, adems de

residuos del fileteado de tilapia (Vidita y col., 2003), macarela azul (Enes

Dapkevicius y col., 2007). Sin embargo, existe una variacin considerable

entre diferentes lotes de ensilado debido al origen del pescado utilizado

(Arasen, 1994).

Por lo tanto, es fundamental la evaluacin de las fuentes de desechos

pesqueros existentes en cada zona geogrfica, as como tambin las fuentes

de carbono y cultivo iniciador con sus respectivos niveles para establecer las

condiciones de fermentacin, lo cual es de gran importancia para escalar el

proceso.

El escalamiento basado en similitud geomtrica es una tcnica que trabaja

sobre la base de usar las mismas proporciones fsicas durante el cambio de

escala a plantas piloto e industrial (Sonsae y col., 1992). Este mtodo ha sido

usado recientemente con xito, para escalar a nivel piloto la fermentacin

cido lctica de desechos de camarn en un reactor de columna que consta

de dos mdulos (Cifra y col., 2002). Sin embargo, no ha sido evaluado el

escalamiento del proceso para producir ensilados de pescado, empleando

este tipo de reactor.

6.2. Marco Terico

6.2.1. Ensilado qumico: Este tipo de ensilado se obtiene cuando al pescado o

subproductos pesqueros se les aade algn cido inorgnico, orgnico o

mezcla de ambos, los cuales bajan el pH a valores adecuados para

prevenir el crecimiento de organismos dainos, adems de activar las

enzimas proteolticas endgenas que aumentan la hidrlisis protenica. Los

cidos clorhdrico sulfrico, fosfrico, frmico y propinico han sido usados,

ya sea solos o en combinacin (Arason, 1994).

6.2.2. Inconvenientes del ensilado qumico: Cuando son utilizados cidos

minerales tales como el sulfrico, clorhdrico o fosfrico, se requiere bajar el

pH a 2 para alcanzar la inhibicin microbiana completa. Por otra parte, el

alto contenido de cenizas y protenas del pescado tiene un efecto

amortiguador, lo cual aumenta la cantidad de cido requerido para lograr el

valor de pH deseable; adems, antes de ser aplicado el producto en

alimentacin animal se requiere de su neutralizacin y resulta una

concentracin de sal elevada que es indeseable desde el punto de vista

nutricional (Ockerman, y Hansen, 1994; Arason, 1994).

En caso de ser utilizados cidos orgnicos como lctico, propinico,

frmico o actico para la acidificacin, no existe aumento en el contenido

de cenizas, adems no es necesario neutralizar el ensilado antes de

utilizarlo en alimentacin animal. Sin embargo, estos cidos son ms caros

que los inorgnicos lo cual aumenta el precio del producto (Levin, 1994).

Adems, tanto los cidos inorgnicos como los orgnicos son corrosivos y

difciles de manejar en volumen (Hall, 2002).

Se ha reportado que el consumo de ensilado elaborado con cidos

inorgnicos puede causar deficiencia de calcio en los animales, entre otros

daos. Por otra parte, cuando son utilizados cidos orgnicos, tambin

pueden causar problemas a los animales; por ejemplo, el desarrollo de

lceras y dao en membranas mucosas por cido frmico (Szakcs y col.,

1988).

Contrariamente, el cido lctico puede ser metabolizado fcilmente por

animales como los peces sin causar dao alguno (Dong y col., 1993).

6.2.3. Ensilado biolgico: La produccin de ensilado biolgico de pescado

requiere de una alta concentracin de BAL. Adems, debido a que el

pescado es pobre en carbohidratos, es necesario aadir una fuente de

azcares altamente fermentables en forma de mono o disacridos para el

buen crecimiento de BAL y la produccin suficiente de cido lctico. Lo

anterior es recomendable para que la fermentacin sea exitosa al

obtenerse valores de pH por debajo de 4.5, lo cual permita inhibir el

crecimiento de microorganismos nocivos (Enes Dapkevicius y col., 2000).

6.2.4. Ventajas del ensilado biolgico versus ensilado qumico: Algunas de

las ventajas principales del proceso de ensilado biolgico en comparacin

con el ensilado qumico son: ahorro econmico porque se evita la compra

de cidos; fcil mantenimiento y reproduccin del cultivo iniciador; adems,

es fcil el secado ya que el ensilado de pescado fermentado presenta

menor contenido de humedad que el ensilado qumico (Martin, 1996).

Aunado a lo anterior, desde el punto de vista nutricional, la hidrlisis

protenica que resulta del ensilado de pescado fermentado es menor que

en el ensilado producido por adicin de cido. Adems, el proceso de

fermentacin ayuda a estabilizar la calidad del aceite en el producto, lo cual

resulta ms atractivo para los animales (Enes Dapkevicius y col., 1998;

Kjos y col., 2001).

6.2.5. Seleccin de la fuente de carbono: Los niveles de cido lctico en el

pescado son insuficientes para bajar el pH a valores que permitan suprimir

el crecimiento de bacterias Gram-negativas. Por otra parte, el equilibrio

entre la produccin de cido lctico y amonio en el pescado depende de la

cantidad de azcares libres disponibles en el sistema (Hall, 2002).

Por lo tanto, la seleccin de la fuente de carbono y el nivel apropiado de

esta son factores determinantes, ya que el proceso requiere carbohidratos

fcilmente fermentables como una fuente de carbono para el crecimiento

de las BAL; de modo que, se pueda lograr una excelente acidificacin en

tiempo corto (Cira y col., 2002). Entre las diversas fuentes de carbono han

sido utilizadas, lactosa (Hassan y Heath, 1987), dextrosa (Lassen, 1994),

harina de maz o tapioca (Fagbenro y Juncey, 1993), melaza de caa de

azcar (Guerouali y col, 1995; Fagbenro y Juncey, 1998; Vidotti y col.,

2002; Zahar y col., 2002), sacarosa y lactosa (Enes Dapkevicius y col.,

2007), aunque la melaza presenta ventajas por su menor precio y alto

contenido de azcares solubles. Adems, la melaza presenta capacidad

ligante, y mejora la estabilidad y caractersticas sensoriales del ensilado y

los alimento en los cuales es incluido (Fagbenro y Juncey, 1998).

6.2.6. Seleccin del cultivo iniciador: Los microorganismos acidificantes

pueden estar presentes en la microflora nativa del pescado, tal y como es

reportado por Zahar y col. (2002) quienes evitan la adicin de cultivo

iniciador empleando un alto nivel de melaza (40%), lo cual conlleva a la

inhibicin de microrganismos dainos por efecto de presin osmtica y

acidificacin.

No obstante, la seleccin y uso de un cultivo iniciador es recomendable y

muy importante para iniciar una rpida produccin de cido lctico, lo cual

provoca la cada consecuente del pH e inhibicin del crecimiento de

bacterias patgenas y dainas (Hall, 2002). Adems, el cido lctico

provoca cambios en las caractersticas sensoriales debido a la

desnaturalizacin de las protenas musculares (Yin y col., 2005). Por otra

parte, la seleccin del iniciador es fundamental para el control de la

fermentacin y mejora de la calidad, ya que las BAL varan en su habilidad

para estabilizar el ensilado de pescado (Van Wyk y Heydenrych 1985;

Shirai y col., 2000; Cira y col., 2002; Vidotti y col., 2002). En ese sentido, se

han considerado algunos tipos de Lactobacillus con capacidad para

prevenir la oxidacin de las grasas, de modo que, cuando es incorporado el

ensilado fermentado en dietas para animales aumenta su palatabilidad

(Raa y Gildberg, 1982; Enes Dapkevicius y col.,1998). Adems, los

ensilados inoculados pueden ser una fuente valiosa de probiticos con

varios beneficios para los animales (Salminen y Wright, 1998, Jay, 2000).

6.2.7. Composicin qumica de ensilado de desechos pesqueros: El ensilado

de pescado ofrece un gran potencial para utilizar los desechos pesqueros

como una fuente de nutrientes en alimentacin animal. Sin embargo, el

contenido de protenas lpidos y minerales del ensilado de pescado

depende principalmente de la materia prima utilizada para su elaboracin

(Martin, 1996); aunque por lo general, el ensilado presenta altas

concentraciones de estos nutrientes (Tabla 2). Adems, el ensilado de

pescado presenta valores satisfactorios de aminocidos esenciales (Espe y

col., 1994; Vidotti y col., 2003), as como tambin elevada digestibilidad de

la protena (Vidotti y col., 2002).

6.2.8. Hidrlisis de las protenas (autlisis).

Durante el proceso de produccin de ensilado de pescado, el cido activa

las enzimas endgenas propias del sustrato (pescado o desechos de

pescado), las cuales hidrolizan las protenas. El proceso es llamado

autolisis y provoca un aumento en la concentracin de aminocidos libres

y pptidos, lo cual da lugar a un incremento de la solubilidad (Raa y

Gildberg, 1982; Haard y col., 1985).

Cuando el ensilado es producido por fermentacin lctica, se ha

encontrado que

microorganismos del gnero Bacillus spp. son eficientes agentes

hidrolizantes pudiendo contribuir en la digestin de las protenas del

pescado (Martin, 1998).

La licuefaccin resultante es dependiente de la temperatura, de las

especies de pescado utilizadas y su presentacin. De modo que, al

incrementar la temperatura aumenta el contenido de nitrgeno soluble y si

la materia prima no ha sido desviscerada, la velocidad de la proteolisis

incrementa (Mackie, 1982; Arason, 1994). Independientemente del tipo de

ensilado, por arriba del 70% del nitrgeno presente ser soluble despus

de una semana si la temperatura de almacenamiento se mantiene cerca de

30C (Arason, 1994). Las caractersticas del ensilado de pescado son

similares a las de salsas de pescado, mostrando licuefaccin considerable

debido a la autlisis de protenas, as como tambin liberacin de lpidos,

cuando son usadas especies de pescado grasas (Hall, 2002). Por otra

parte, al incrementar la hidrlisis de protena tambin aumenta la

digestibilidad, lo cual resulta en su mejor aprovechamiento cuando el

ensilado de pescado es usado en dietas para animales monogstricos

(Espe y col., 1999).

6.2.9. Mtodos para determinar el grado de hidrlisis de protenas: Debe

tenerse presente que durante la hidrlisis protenica no sucede una sola

reaccin, sino un conjunto de reacciones simultneas de rotura de enlaces

con distintos grupos cargados en equilibrio, lo que hace muy complejo este

tipo de proceso (Guadix y col., 2000).

En ese sentido, se han reportado tres cambios importantes de la protena

nativa durante la hidrlisis enzimtica: 1) Principalmente, incremento en el

nmero de grupos ionizables (NH3+,COO-), hidrofobicidad y carga neta; 2)

disminucin en el peso molecular de la cadena polipeptdica y 3) alteracin

de la estructura molecular, permitiendo la exposicin de zonas hidrbofas al

ambiente acuoso (Mahmoud y col., 1992).

Cuando sucede la hidrlisis de protenas, el rompimiento de cada enlace

peptdico da lugar a la formacin de un grupo -carboxlico, as como

tambin un grupo -amino (Adler-Nissen, 1994). Una forma de medir la

licuefaccin de la protena es por su grado de hidrlisis (GHP), el cual se

define como: la proporcin que existe entre el nmero de enlaces

peptdicos rotos mediante hidrlisis y el nmero total de enlaces peptdicos

de la protena, expresado como un porcentaje (Ravallec y col., 2001)

Existen varios mtodos para medir el GHP, por ejemplo, pH stat,

osmometra, contenido de nitrgeno soluble y el mtodo del cido trinitro-

benzeno-sulfnico (TNBS). Este ltimo, es ampliamente utilizado y consiste

en un ensayo espectrofotomtrico del cromforo formado por la reaccin

del TNBS con los grupos -amino liberados durante la hidrlisis de las

protenas (Adler-Nissen, 1979).

6.2.10. Escalamiento de los procesos de fermentacin: El escalamiento se

define como el conjunto de tcnicas que conducen a predecir, con un

riesgo mnimo, las condiciones bajo las cuales debe de operar un equipo a

cualquier escala, mayor o menor, con base a resultados experimentales en

la escala disponible. El objetivo final del escalamiento es el de reproducir

los resultados experimentales de la escala disponible en la escala que se

pretende, respetando un factor de escala, un principio inviolable de similitud

y con base a un criterio idntico en las dos escalas (Cira y col., 2001).

El escalamiento no es un mtodo justo en una sola va, incluyendo

sistemas de escala ms pequeo a ms grande (scale-up), sino tambin

incluye el mtodo reverso, comnmente llamado scale-down. Este ltimo

tambin es valorado para la obtencin de informacin adicional de

procesos que se estn llevando a cabo y es caracterizado por ser

econmico, simple y eficiente (Lonsane y col., 1992).

El problema del escalamiento es uno de los de mayor importancia no slo

en fermentaciones sino en la industria en general (Quintero, 1981), siendo

en el caso del mtodo scale-up, el eslabn crucial en la transferencia de un

proceso a escala de laboratorio a un proceso de escala comercial.

En los procesos de fermentacin en medio slido FMS, el proceso de

escalamiento es ms complicado en comparacin con la fermentacin en

medio lquido FML, debido principalmente a que la FMS implica el uso de

varios tipos de biorreactores, intensa generacin de calor en la mayora de

los casos y falta de homogeneidad en el sistema (Mitchell y Lonsane,

1992).

6.3. MARCO CONCEPTUAL

a. Beneficio Animal

Por proceso de beneficio animal se entiende la muerte profesional e

indolora de animales por sangrado y la subsiguiente manipulacin con

adecuado despiece de la canal (Prandl O.; Fisher A. 1994).Antes del

sacrificio se evitara toda maniobra que excite o suponga maltrato para el

ganado de abasto.

Lo mismo que en el manejo previo al sacrificio de animales vivos, se deben

utilizar practicas humanitarias e higinicas en las operaciones de

aturdimiento, trabado, degello y sangra de los animales cuya carne tiene

que ser vendida para consumo humano. Una vez que el animal ha sido

aturdido certeramente, es esencial que sea trabado, colgado, degollado y

sangrado sin demora.

b. Composicin de la sangre: A pesar de que la sangre es un elemento

constante en los organismos, su composicin qumica cambia en funcin

de factores como la raza, edad, estado fisiolgico, alimentacin, etc. Sin

embargo se puede hablar de una composicin media: 80% agua, 18% de

protenas y 2% de hidratos de carbono, lpidos y sales minerales.

Se divide en dos partes el plasma y el paquete celular, este ultimo

constituido por los glbulos rojos, los glbulos blancos y plaquetas. En el

bovino, el plasma representa del 60 al 65% del total y el paquete globular

del 35 al 40% (Linden G., Lorient D. 1996).

c. Bacterias lcticas: Las bacterias cido lcticas (BAL) son un grupo de

microrganismos compuestas por varios gneros con un nmero de

caractersticas morfolgicas, fisiolgicas y metablicas en comn. En

general las BAL pueden ser caracterizadas como cocos o bacilos Gram-

positivos no esporulados, anaerbicos, microaeroflicos o aerotolerantes;

los cuales son oxidasa, catalasa y benzidina negativos, carecen de

citocromos, no reducen el nitrato a nitrito y producen cido lctico como el

nico o principal producto de la fermentacin de los carbohidratos (Carr y

col.,

2002). Este tipo de microorganismos son generalmente utilizadas como

cultivos iniciadores en la elaboracin de productos lcteos, tales como

leche acidificada, yogurt, mantequilla y quesos; as como tambin en el

procesamiento de carnes, bebidas alcohlicas y vegetales (Hall, 2002).

d. Caractersticas fermentativas de las bacterias lcticas: Aunque existen

diversos gneros de BAL, estas son agrupadas como homofermentadoras

o heterofermentadoras basado en el producto final de su fermentacin. Las

homofermentadoras poseen la enzima aldolasa y producen cido lctico

como el producto principal de la fermentacin de la glucosa utilizando la

va de Gluclisis (Embden-Meyerhof).

Mientras que, las heterofermentadoras convierten hexosas a pentosas por

la va

6-fosfogluconatofosfocetolasa, produciendo en el proceso adems de cido

lctico, cantidades significantes de otros productos como acetato, etanol y

CO2 (Carr y col., 2002).

e. Componentes antimicrobianos producidos por bacterias lcticas: La

conservacin de alimentos por medio de fermentacin con BAL es debida

a la inhibicin de un gran nmero de microorganismos patgenos y

dainos por varios productos finales de la fermentacin. Estas sustancias

son cidos como lctico y actico, perxido de hidrgeno, diacetilo,

bacteriocinas y productos secundarios generados por la accin de

lactoperoxidasa sobre el perxido de hidrgeno y tiocianato (Shirai y col.,

1996).

f. Produccin de cidos: La acumulacin de cido lctico y otros cidos

orgnicos producidos por BAL, reduce el pH del ambiente con un efecto

inhibitorio de bacterias Gram-positivas y Gram-negativas. La forma no

disociada del cido orgnico puede penetrar con mayor facilidad la pared

celular microbiana donde el pH ms alto del contenido celular promueve la

disociacin, dando lugar a la liberacin de iones hidrgeno y el anin

correspondiente; de modo que, ambos iones interfieren en el metabolismo

celular. El valor del pKa del cido orgnico es importante porque las

formas sin disociar pueden predominar a un pH por debajo del pKa para

cada cido. Por lo tanto, el cido actico (pKa 4.76) tendr mayor actividad

antimicrobiana que el cido lctico (pKa 3.86) (Ouwehand, 1998; Hall,

2002).

g. Perxido de hidrgeno y dixido de carbono: Cuando el oxgeno est

presente, las BAL pueden producir perxido de hidrgeno, el cual puede

generar radicales hidroxi que causan peroxidacin a los lpidos de la

membrana y susceptibilidad de la clula microbiana de muchos

microorganismos. El dixido de carbono es un producto final de la

fermentacin heterolctica y en ocasiones se obtiene por descarboxilacin

de aminocidos por BAL. El dixido de carbono promueve un ambiente

anaerbico, reduce el pH y puede ayudar a destruir la integridad de la

pared celular microbiana (Hall, 2002).

h. Diacetilo: El diacetilo es producido por bacterias lcticas que fermentan el

citrato y es sintetizado en el metabolismo intermediario del piruvato. Se

caracteriza por el aroma a mantequilla que le imparte a productos lcticos

cultivados. Se ha mostrado la actividad antimicrobiana del diacetilo a nivel

de 200 g/ml para levaduras y bacterias Gram-negativas y a 300 g/ml

para bacterias Gram-positivas no lcticas (Jay, 1982; Ouwehand, 1998).

i. Bacteriocinas: Las bacteriocinas son pptidos o protenas producidos por

muchas bacterias y que presentan actividad antimicrobiana contra otras

cepas de bacterias estrechamente relacionadas (Holo y col., 2001). Varias

de las bacteriocinas de bacterias Gram positivas son muy potentes, tienen

amplio espectro inhibitorio y pueden encontrar uso como agentes

antimicrobianos en varias aplicaciones prcticas (Holo y col., 2001; Ray,

2001). Todas las especies de BAL usadas para producir alimentos

fermentados son capaces de producir bacteriocinas, las cuales han atrado

gran inters debido a su uso potencial como aditivos seguros no txicos en

la preservacin de alimentos (Klaenhammer, 1988; Holo y col., 2001).

Existen tres clases de bacteriocinas producidas por BAL: 1) lantibiticos; 2)

pptidos pequeos hidrofbicos estables al calor (30,000 Da) (Ouwehand, 1998).

La mayora de las bacteriocinas producidas por BAL son pptidos

pequeos catinicos e hidrofbicos y estables al calor (Jack y col., 1995).

Entre estas, la nisina es producida por cepas de Lactococcus lactis y es

uno de los antibiticos mejor estudiados (Ray, 2001).

j. Fermentacin cido lctica, importancia y aplicaciones: La

fermentacin cido lctica, es uno de los mtodos ms antiguos para

preservar alimentos, que consiste en un proceso microbiano muy complejo

en el cual una poblacin de bacterias lcticas llega a ser la microflora

predominante (Shirai y col., 1996).

Mediante este proceso, se obtienen productos estables debido a la rpida

fermentacin lctica anaerbica, la cual reduce el pH a niveles que inhiben

el crecimiento de microrganismos deteriorativos. Adems, los diversos

alimentos preparados por fermentacin lctica tienen como caractersticas

principales: una mayor vida til, cambios en propiedades organolpticas,

como el sabor y la textura que los hacen ms apetecibles, y en algunos

casos, mejores en su calidad nutricional (Shirai y col., 1996; Yin y col.,

2005).

La fermentacin cido lctica tambin es aplicable en la recuperacin de

productos con valor agregado a partir de desechos de mariscos (Shirai,

1999) y en la preservacin de subproductos o desechos de origen vegetal y

animal con la finalidad de producir alimentos para animales (Martin, 1996).

Durante la fermentacin lctica, adems del cido lctico, se producen en

menor cantidad otros compuestos como diacetilo, perxido de hidrgeno y

bacteriocinas, los cuales de manera conjunta con la disminucin del pH

inhiben el crecimiento de microorganismos dainos y patgenos

aumentando la vida de anaquel del producto (Enes Dapkevicius y col.,

2000).

k. Factores que afectan la fermentacin cido lctica.

El xito en la conservacin de alimentos por fermentacin cido lctica

depende del rpido crecimiento de BAL y la suficiente produccin de cido

lctico, lo cual conlleva a la eliminacin de microorganismos competidores

debido a valores de pH bajos, adems de la accin de otros agentes

antimicrobianos. Respecto a lo anterior, los factores principales que

influyen sobre el crecimiento de bacterias cido lcticas y la velocidad a la

cual el pH de la fermentacin disminuye y los microorganismos

competidores son inhibidos son:

(i) Disponibilidad suficiente de carbohidratos fermentables

(ii) Disponibilidad de factores orgnicos e inorgnicos de crecimiento

(iii) Anaerobiosis

(iv) Temperatura

(v) Concentracin de cloruro de sodio

(vi) Concentracin de cidos orgnicos y valor del pH

(vii) Concentracin de dixido de carbono

(viii) Produccin de otros compuestos inhibitorios

(ix) Capacidad amortiguadora del sustrato

(x) Nmero inicial de bacterias cido lcticas

(xi) Nmero inicial de microbios competitivos

(Owens y Mendoza, 1985).

l. Fuente de carbohidratos: Ya que el pescado es muy bajo en

carbohidratos, es necesario aadir alguna fuente de estos sustratos para

obtener una buena produccin de cido durante la fermentacin. El suero

de leche en polvo, azcar refinada y melaza de caa de azcar solo o en

combinacin han sido utilizados para fermentar desechos de pescado (Van

y Heydenrych, 1985). Sin embargo, la melaza de caa es una de las

fuentes de carbohidratos ms utilizadas, debido a su alto contenido de

carbohidratos solubles y precio econmico (Zahar y col., 2002). Aunque la

mayora de las BAL normalmente requieren carbohidratos fcilmente

fermentables para su crecimiento, algunas son capaces de generar

energa a partir de L-arginina en presencia de baja concentracin de

glucosa (Carr y col., 2002).

m. Factores de crecimiento: Las vitaminas, aminocidos, minerales y otros

factores de crecimiento requeridos por las BAL derivan del tejido y

vsceras de pescado y estn disponibles por lo general en cantidades

suficientes (Owens y Mendoza, 1985). Por lo tanto, los desechos

pesqueros son una fuente valiosa de esos nutrientes que pueden ser

usados en el cultivo de microorganismos exigentes como son las BAL

(Horn y col., 2005).

n. Anaerobiosis: La disminucin del crecimiento de bacterias Gram

negativas aerbicas obligadas y dainas, depende de la exclusin

temprana de oxgeno durante la etapa inicial de la fermentacin, antes que

las condiciones cidas sean establecidas. Por otra parte; para evitar el

crecimiento de hongos y levaduras, es necesario mantener condiciones

anaerbicas especialmente en la superficie del producto fermentado. Esos

microorganismos son capaces de tolerar las condiciones cidas y su

crecimiento puede conducir al agotamiento de cidos orgnicos y por

consecuencia, al aumento en el pH del material fermentado, creando

serias implicaciones para mantener la calidad y seguridad del producto

(Owens y Mendoza, 1985).

o. Temperatura: La temperatura puede tener una influencia considerable

sobre la composicin de poblaciones microbianas y por lo tanto en la

estabilidad y caractersticas sensoriales de productos fermentados. De

modo que, altas temperaturas ambientales pueden acelerar el crecimiento

de todo tipo de microorganismos, incluyendo los patgenos, as como

tambin las BAL. En ese sentido, se ha reportado que temperaturas entre

25 y 30C son suficientes para producir ensilados de pescado por

fermentacin lctica (Zahar y col., 2002). Por otra parte, la fermentacin

cido lctica de desechos de camarn se ha realizado exitosamente

manteniendo la temperatura a 30C (Shirai y col., 2001; Cira y col., 2002).

p. Concentracin de sal: En la fermentacin lctica la adicin de sal realiza

la doble funcin de disminuir la actividad de agua de la carne de pescado y

ayudar a las bacterias lcticas en su competencia con las bacterias

dainas (Owens y Mendoza, 1985). Recientemente se ha usado 5% de

NaCl en fermentacin lctica de desechos de sardina con la finalidad de

suprimir el desarrollo de bacterias productoras de gas. Los resultados

mostraron que la actividad de las BAL fue inhibida bajo esas condiciones

(Zahar y col., 2002).

q. Concentracin de cidos orgnicos y valor del pH: Puesto que las BAL

son excepcionalmente tolerantes a los cidos orgnicos dbiles y valores

de pH bajos, rpidamente dominan ambientes anaerbicos ricos en

nutrientes y azcar (Lcke, 1995). Aunque el pH ptimo de crecimiento

depende del gnero; por ejemplo, Lactobacillus y Pediococcus requieren

de un valor menor de 4.5, mientras que Leuconostoc crece fcilmente a

valores de pH por arriba de 4.5 (Carr y col., 2002). Sin embargo, para la

inhibicin efectiva de bacterias deteriorativas y patgenas, es necesario

que el pH disminuya tan rpidamente como sea posible a valores en los

cuales una proporcin significativa de cido este presente en la forma sin

disociar. Por ejemplo, el cido lctico presenta un pKa de 3.87, mostrando

su accin inhibitoria a valores de pH por debajo de 4.9 (Axelsson, 1998).

r. Concentracin de dixido de carbono: Las BAL son tolerantes a

ambientes con altas concentraciones de bixido de carbono,

contrariamente a la mayora de las bacterias que son sustancialmente

menos tolerantes. De modo que, la produccin temprana de dixido de

carbono en fermentaciones naturales de alimentos por BAL

heterofermentativas productoras de gas, puede ser un factor importante en

la eliminacin rpida de bacterias patgenas y dainas (Owens y

Mendoza, 1985).

s. Capacidad amortiguadora del sustrato: La conservacin de alimentos

por fermentacin cido lctica depende del rpido establecimiento de las

condiciones cidas, de modo que los microorganismos dainos no tengan

tiempo para realizar un crecimiento significativo. La velocidad de declive

del pH es afectada principalmente por la capacidad amortiguadora del

sustrato. En ese sentido, los alimentos ricos en protenas como el

pescado, con alta capacidad amortiguadora, requerirn mayor crecimiento

de BAL y produccin de cido para efectuar una cada significativa del pH

(Owens y Mendoza, 1985; Faid y col., 1994).

t. Nmero inicial de BAL: La concentracin de la poblacin y actividad de

las BAL presentes inicialmente en el sustrato, son de gran importancia

para que suceda rpida y efectivamente la produccin de cido lctico.

Aunque las BAL son habitantes naturales del pescado, estn presentes en

concentraciones bajas, de 101/g a 104/g. Por lo tanto, el xito en la

conservacin de pescado o cualquier otro producto de origen animal por

fermentacin cido lctica, depende de la adicin de un cultivo iniciador de

BAL (Martin, 1996).

7. SISTEMA DE HIPTESIS

7.1. Hiptesis

El descenso del pH por la accin de la fermentacin acido lctica modifican las

caractersticas intrnsecas de los subproductos de camal e inhiben el desarrollo de

bacterias deteriorantes y patgenas, confirindole al producto una conservacin

prolongada a temperatura ambiente.

7.2. Hiptesis Especficas

La hidrlisis protenica de ensilados fermentados de residuos

agroindustriales es diferente debido a la adicin de cultivo iniciador y

tiempo de fermentacin.

7.3. Operacionalizacin de Variables e Indicadores de las Hiptesis

Variable Dimensiones Indicador

Independiente % Inculo Cantidad de inoculo ml

Tiempo de

fermentacin

Tiempo horas

Dependiente pH del subproducto pH Diferencia de

potencial de

hidrgeno

8. DISEO METODOLGICO

8.1. Tipo de Investigacin Nivel Tecnolgico

El tipo de investigacin es Aplicada con un nivel experimental, exploratorio,

descriptivo. Utilizando el mtodo cientfico.

8.2. Mtodos a Utilizarse

El mtodo a utilizarse es el hipottico deductivo, debido a que se esta

partiendo de un supuesto por demostrar para luego llegar a descomponer

en sus variables y a continuacin deducir los indicadores de cada uno de

ellos con la finalidad de recoger informacin a partir de los indicadores.

8.3. Acopio Y Procesamiento De Datos

8.3.1. Fuentes de la informacin

Fase de Pre Campo: En esta fase se har un estudio previo sobre

las frecuencias y cantidad de beneficio que se realiza en el camal

municipal de la Provincia de Acobamba Huancavelica.

Fase de Campo: En esta fase se har un anlisis visual sobre los

puntos de mayor concentracin de subproductos y residuos

agroindustriales, luego e proceder a aplicar una ficha de recoleccin

de informacin.

Fase Muestreo: Esta fase se realizar luego de haber seleccionado el

tipo de Residuo Agroindustrial y determinado el punto de mayor

concentracin y se aplicaran los protocolos de muestreo vigentes.

Fase de Laboratorio: En esta fase se realizara el proceso de

fermentacin acido lctica y su posterior caracterizacin fisicoqumica.

8.3.2. Diseo del experimento

Se desarrollara el Diseo Completamente al Azar (DCA), con arreglo factorial

de 3 x 2, cuyo esquema se detalla en la Tabla N 01. Las medias de los

tratamientos sern comparados por el mtodo de DUCAN

TABLA N01. Esquematizacin del Diseo Experimental de la

Investigacin

Tratamiento

I1 I2 I3

T1 T 2 T3 T1 T 2 T3 T1 T 2 T3

R1 pH11 pH 12 pH 13 pH 11 pH 12 pH 13 pH 11 pH 12 pH 13

R2 pH 11 pH 12 pH 13 pH 11 pH 12 pH 13 pH 11 pH 12 pH 13

Leyenda:

I1, I 2 y I3 = % de inoculo

T1, T2, y T3 = Tiempo

pHij= Indicador de Potencial de Hidrogeno.

i = Inoculo

j = Tiempo

Fuente: Elaboracin Propia

8.3.3. Poblacin y muestra

Poblacin: Residuos de camales

Muestra: Sangre de ovinos

8.3.4. Instrumentos para recolectar datos

Encuestas, fichas, registros, equipos de medicin de volumen,

cronometro, recipientes graduados, frascos colectores de muestras,

Reactor, termmetro, pH metro, fotocolormetro, incubadora.

8.3.5. Procesamiento de datos

a. DIAGRAMA DE FLUJO PARA EL TRATAMIENTO DE RESIDUOS DE CAMAL

DE BENEFICIO ANIMAL

El procedimiento de obtencin de datos estar en referencia al

flujo grama que muestra las operaciones unitarias que servirn

para obtener un amuestra tratada para su posterior anlisis.

Figura N 01. Flujograma de obtencin de muestra acida

Residuo de camal (sangre)

Coccin

Molienda

Homogenizado

Inoculado

Incubado T 40C

enfriamiento

Ensilado

Melaza 10%

Inoculo (Yogurt)

Tiempo

b. DESCRIPCIN DEL PROCESO.

MATERIA PRIMA: Recepcin del residuo seleccionado para la

investigacin, se consider trabajar con la sangre resultante del proceso de

degello y desangrado dentro del proceso de matanza de ganado vacuno

en el camal de Acobamba.

COCCION: La coccin se realizar hasta alcanzar una temperatura de

110C (ITP 2005)

MOLIENDA: Esta operacin se realiza con la finalidad de estandarizar las

muestras y disminuir el tamao de los cuagulos..

HOMOGENIZADO: Esta operacin se realiza aadiendo el inculo y el 10%

de melaza, y despus se someter a una agitacin para uniformizar la

mezcla.

INOCULADO: Se aadir el inculo en un 2%, 3% y 4%, a una temperatura

de 40C (ITP 2005)..

INCUBACIN: La temperatura de incubacin es de 40C, con revisiones

de tiempo a las 42 horas, 48 horas y 53 horas, de inico de la incubacin

hasta alcanzar un Ph de 4.5.

ENFRIAMIENTO Se enfrar el producto hasta alcanzar la temperatura de

14C.

ENSILADO: Es el producto final estable obtenido producto de la

fermentacin acido lctica que alcanza un Ph de 4.5 y pueden ser

almacenado a temperatura ambiente por un tiempo prolonfgado

c. TCNICAS DE PROCESAMIENTO Y ANLISIS DE DATOS:

Para Obtener informacin se proceder al procesamiento de los datos con apoyo

del software SAS y SPSS para Windows. Estos datos sern sometidos a diversas

pruebas estadsticas de carcter inferencial, descriptivo y correlacional, para luego

probar las hiptesis planteadas en el estudio.

Para determinar el inoculo y el tiempo de fermentacin adecuado se utilizara un

diseo experimental DCA a un nivel de significacin de 0.05, una prueba de

comparacin de medias de Duncan con el siguiente modelo aditivo lineal:

Yij = + Ii +Tj + ij + ij

Dnde:

Yij = Cualquier observacin.

= Media poblacional

Ii = efecto del i simo tratamiento con Inoculo

Tj = Efecto del i-simo tratamiento con Tiempo

ij = Efecto del i-simo interaccin (Inoculo y Tiempo)

ij = Error experimental

i = 1,2, I; donde = porcentaje de inoculo.

j = 1,2, T, donde = Tiempo

d. LUGAR DE EJECUCIN:

La investigacin tiene como Lugar de Estudio el departamento de Huancavelica.

En la provincia de Acobamba.

e. MATERIA PRIMA E INSUMOS

a. Materia prima

La muestra de sangre a utilizar en el presente proyecto de investigacin ser

proveniente del camal municipal de la Provincia de Acobamba, regin

Huancavelica.

Insumos

Melaza

Yogurt

EQUIPOS Y MATERIALES

Equipos

pH - Metro

Balanza analtica

Termmetro

Molino

Estufa

Materiales

Recipientes

Agitadores

Pipeta

Probeta

b. MTODOS DE ANLISIS

Evaluacin Fisicoqumica y Sensorial

pH - mtodo recomendado por NTP

Acidez - mtodo propuesto por la A.O.A.C

Slidos solubles - mediante un refractmetro

Protena mtodo propuesto por la A.O.A.C.

Grasa - mtodo propuesto por la A.O.A.C.

Carbohidratos - mtodo propuesto por la A.O.A.C.

Textura - Evaluacin sensorial

Color - Evaluacin sensorial.

Olor - Evaluacin sensorial

c. METODOLOGA EXPERIMENTAL

FIGURA N 2. Diseo Experimental Del Tratamiento de Residuos de Camal

Residuo de camal

( sangre)

Coccin

Molienda

Homogenizado

Ensilado

Melaza 10%

Inoculado 2% Inoculado 4%

Incubado

Tiempo de 43Horas

Tiempo de 46Horas

Tiempo de 49Horas

Incubado

Tiempo de 43Horas

Tiempo de 46Horas

Tiempo de 49Horas

Incubado

Tiempo de 43Horas

Tiempo de 46Horas

Tiempo de 49Horas

Inoculado 3%

9. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

10. PRESUPUESTO.

10.1. GASTO DETALLADO.

Actividad: 2013

E F M A M J J A S O N D

Presentacin del proyecto X

Recojo de informacin del proceso de beneficio X

Visitas de campo durante el proceso de beneficio

X X

Primer muestreo X

Primer Tratamiento de fermentacin X

Anlisis de datos Primer Tratamiento X

Segundo muestreo X

Segundo Tratamiento de fermentacin X

Anlisis de datos Segundo Tratamiento X

Tercer muestreo X

Tercer Tratamiento de fermentacin X

Anlisis de datos tercer Tratamiento X

Elaboracin del informe final X X x

Sustentacin de final x

N RUBRO UNIDAD

DE MEDIDA

CANT. COSTO UNIT. S/.

COSTO Tot. S/.

1 Recojo de informacin del proceso de beneficio del camal Municipal de Acobamba

Copias 2000 0,05 100.00

2 Sub. Productos Kilos 30 2.00 60.00

3 Inoculo Litros 10 4.00 40.00

4 Melaza Kilos 8 3.50 28.00

5 Sal Kilos 2 1.00 2.00

6 Primer muestreo muestras 3 10 30.00

7 Anlisis de datos Primer Tratamiento

anlisis 3 15 45.00

8 Segundo muestreo muestras 3 10 30.00

10.2. MONTO Y FUENTE DE FINANCIAMIENTO.

El monto es de S/ 1166.55 Nuevos Soles. Y la Fuente de

financiamiento es con recursos propios.

11. REFERENCIA BIBLIOGRFICA

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protena para la alimentacin de cerdos en una dieta con aceite crudo de palma.

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9 Anlisis de datos Segundo Tratamiento

Anlisis 3 15 45.00

10 Tercer muestreo muestras 3 10 30.00

11 Anlisis de datos tercer Tratamiento

Anlisis 3 15 45.00

12 Anlisis de fermentacin Horas lab. 27 5.00 135.00

13 Caracterizacin del Ensilado Unid. 1 320 320.00

14 Elaboracin del informe final Unid. 1 120 120.00

15 Empastado Empaste 5 25,00 125.00

SUB TOTAL 1155.00

IMPREVISTOS ( 10% ) 111.55

TOTAL : 1166 (55/100 Nuevo soles )

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ANEXO

ANEXO

MATRIZ DE CONSISTENCIA:

TITULO: TRATAMIENTO DE RESIDUOS DE CAMAL MEDIANTE FERMENTACIN CIDO LCTICO

TEMA

FORMULACIN DEL

PROBLEMA

OBJETIVOS

PLANTEAMIENTO

HIPOTESIS

VARIABLES INDICADORES ACTIVIDADES Y

PROTOCOLOS

TRATAMIENTO DE

RESIDUOS DE CAMAL

MEDIANTE

FERMENTACIN

CIDO LCTICO

De qu manera influye la

fermentacin acido lctica en

el tratamiento de residuos

generados en un camal de

beneficio animal?

OBJETIVO GENERAL:

Validar el tratamiento

que permita la

recuperacin y

aprovechamiento de

residuos provenientes

de camal.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Determinar el

porcentaje adecuado

de inoculo.

Determinar el tiempo

ptimo de

fermentacin.

Caracterizar el

contenido qumico

proximal.

HIPTESIS DE

INVESTIGACIN

Hi: El descenso del pH por

la accin de la

fermentacin acido

lctica modifican las

caractersticas

intrnsecas de los

subproductos de camal e

inhiben el desarrollo de

bacterias deteriorantes y

patgenas, confirindole

al producto una

conservacin prolongada

a temperatura ambiente.

INDEPENDIENTE:

X1 = inoculo

X2 = Tiempo de

fermentacin

DEPENDIENTE:

Y1= pH del

subproducto

X1= %

X2= C

Y1= diferencia de

potencial de

Hidrogeno

Lugar de ejecucin:

Facultad de Ciencias

Agrarias.

Tipo de Investigacin: Aplicada.

Mtodo de investigacin:

Cientfica.

Nivel de Investigacin: Experimental,

Exploratorio, Descriptivo

.

Diseo Estadstico: Diseo Completo Al Azar con una prueba de significancia de Duncan al 0.05%