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FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

LABORATORIO DE TOXICOLOGÍA DE ALIMENTOS

TEMA:

Bioadsorción de metales pesados mediante biomasa extraída de aguas residuales.

OBJETIVOS:

GENERAL:

  • Aislar una cepa capaz de adsorber metales pesados procedentes de aguas residuales de una industria de producción de lavaduras.

ESPECÍFICOS:

  • Determinar la biomasa en función del tiempo de la cepa seleccionada.

  • Determinar la velocidad volumétrica y específica de crecimiento de las cepas seleccionadas.

INTRODUCCIÓN:

A partir de la revolución industrial los avances en ciencia y tecnología han aumentado la capacidad del ser humano para explotar los recursos naturales, generando perturbaciones en los ciclos biogeoquímicos elementales. Aún cuando muchos de los metales pesados son esenciales para el crecimiento humano como el Na, K, Ca, Mg, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn y Mo en bajas concentraciones y como el Cu, Zn, y Mn que son esenciales para el crecimiento microbiano, algunos metales como el Au, Ag, Pb, Cr y Cd no se les conoce función biológica, y pueden ser altamente tóxicos para las células vivas.
Sus efectos en los seres humanos son muy variados.


Metal Pesado

Efectos en la salud humana

As


Fiebre, prurito, altragias, trastornos en el sistema nervioso central (adormecimiento, temblores, parálisis de pies), nauseas, vómitos, diarrea, heptomagalia e ictericia

Cd


Dolor de cabeza, vértigo, irritabilidad, alteraciones gastrointestinales, vómitos, dolor abdominal, dolor de pecho intenso, deficiencia respiratoria, hemoptisis, fiebre, transpiración profusa, prostación, pneumonitis, edema pulmonar, rinofaringitis, epistaxis, ulceraciones y atrofias muconasales, anospáticas, anemia, fibrosis y enfisema pulmonar

Cu


Rigidez, disartria, disfagia, temblor, falta de coordinación, movimientos correoatetóicos y ataxia, insuficiencia hepática, afecciones oculares (anillo de Kayser-Fleischer)

Hg, Zn, Cr

Trastornos gastrointestinales, respiratorios, en piel (lesiones vesiculares y papulares eritomatosas) y oculares (mercurialmente y constricción de los campos visuales)


Los metales pesados más tóxicos son cadmio, cobre, cromo, mercurio, níquel, plomo y zinc. La importancia de este tipo de tóxicos radica en la tendencia a ser acumulados y concentrados por las distintas especies, siendo más peligrosos a medida que se asciende en la cadena evolutiva hacia el hombre.
Algunos microorganismos y sus productos son de gran aplicación en procesos de biosorción o bioacumulación de metales pesados en solución, ofreciendo así una alternativa a las técnicas convencionales para la eliminación o recuperación de metales, con base a lo anterior se ha generado un gran interés en la extracción de iones de metales pesados de aguas residuales utilizando procesos biotecnológicos.
ANTECEDENTES:
Existen varios métodos químicos y biológicos factibles para la recuperación de dichos metales (1):

    1. Método físico químicos: Precipitación química, Separación de sólidos, Cementación, Osmosis Inversa, Elestrodiálisis, Intercambio Iónico, Adsorción, Extracción con disolventes.

    2. Métodos biológicos: Bioacumulación, Biomineralización, Bio trasformación, Quimiosorción medida por microorganismos, Bioadsorción.

Los métodos químicos no son selectivos, son de un costo elevado, req uieren de procedimientos previos. Mientras que los métodos biológicos son más económicos pero limitados debido a la capacidad propia del de los microorganismos a adsorber, acumular, etc. diferentes metales pesados.

El proceso de separación destinado al tratamiento de un agua residual puede variar en función del metal contaminante y de la concentración del mismo.

JUSFITIFACIÓN:

Bibliográficamente (2) se ha determinado que los posibles microorganismos capaces de adsorber metales son:

Biomasa

Metales estudiados

Estado biológico

Inmovilización

Bacterias

Bacillus sp.

Cr, Cu, Fe, Pb

Muerta

Inmovilizada

Pseudomona aeruginosa

Cu, Ni, U

Ambos

Libre

Hongos filamentosos

Aspergillus niger

Cd, Cu, Ni, Pb

Ambos

Libre

Aspergillus oryzae

Cd, Cu, Pb, Zn

Muerta

Ambos

Levaduras

Saccharomyces cerevisiae

Ag, Au, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, Ni, Pb, Zn

Muerta

Ambos

Saccharomycetes pombe

Cd

Muerta

Inmovilizada


Por otro lado, las biomasas pueden ser utilizadas de dos maneras diferentes: libres, en forma de suspensiones dentro de soluciones metálicas y con agitación, o inmovilizadas, sobre algún tipo de soporte. La utilización de un tipo u otro de biomasa depende principalmente del tipo de escala que se esté utilizando.

De este modo, para ensayos de laboratorio, se utiliza de forma preferente, debido a la simplicidad del proceso, biomasa libre en reactores con agitación donde, una vez finalizado el proceso, la biomasa cargada de metal es separada del efluente mediante técnicas de filtración o centrifugación.

GRUPO TRÓFICO:

La levadura Saccharomyces cerevisiae pertenece al grupo de trófico de quimioorganotrofo debido a que degrada sustancias organicas.

MEDIO DE CULTIVO:

De acuerdo a la literatura analizada se determinó que las variables de mayor importancia en el proceso de bioadsorción son: el pH, las concentraciones iniciales de metales y el tratamiento previo de la biomasa (2).
Para la obtención de biomasa se ha visto determinado que el medio selectivo las muestras serán aislada en clado cerebro corazón y posteriormente sembradas por agotamiento por estría en placas de Petri, en medio Sabouraud Dextrosa Agar e incubadas a temperatura ambiente del laboratorio durante una semana. La identificación de las cepas seleccionadas se realizará mediante estudios morfológicos en microscopía de luz, tamaño, temperatura óptima de crecimiento
METODO DE AISLAMIENTO:
Debido al aporte bibliográfico se pretenderá hacer este proyecto con la levadura Saccharomyces cerevisiae debido a su gran capacidad de adsorción de metales y la diversidad de adsorción de los mismo. El principal objetivo del pretratamiento de la biomasa es conseguir un aumento en la capacidad de recuperación metálica de la misma.

Para este estudio se utilizará Saccharomyces cerevisiae, levadura residual de una empresa local, subproducto del proceso de fermentación de cerveza. La biomasa, tal como se recibe, es de color amarillo y de textura fibrosa y frágil se procederá a purificarla y a la producción de biomasa.

Bibliografía


1. Lezcano, J. Universidad Complutense de Madrid. Efecto del pretramiento de la biomasa en la bioadsorción de metales pesados. [En línea] 04 de 08. [Citado el: 06 de 11 de 09.] http://eprints.ucm.es/8620/1/T30768.pdf.

2. Rodriguez, M. Scielo. Efectos de las Condiciones de Operación Sobre la biosorción . [En línea] 08. [Citado el: 11 de 11 de 09.] http://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0718-07642008000600006&lang=pt.

3. Acosta, M. Scielo. [En línea] [Citado el: 09 de 11 de 09.] http://www.scielo.cl/scielo.php?pid=s0718-07642005000100003&script=sci_arttext.

4. Vullo, D. Universidad de Buenos Aires. Revista Qímica viva. [En línea] 12 de 11 de 03. [Citado el: 09 de 11 de 09.] http://redalyc.uaemex.mx/redalyc/pdf/863/86320303.pdf.

5. Amaya, M. Universidad de Sonora. [En línea] 05 de 08. [Citado el: 09 de 11 de 09.] http://www.uaemex.mx/Red_Ambientales/docs/congresos/TLAXCALA%202009/REVISTA/contaminacion/acervo/vol_24_3/2.pdf.

6. Sanchez, E. Universidad Autónoma de nuevo León. [En línea] 2008. [Citado el: 10 de 11 de 09.] http://redalyc.uaemex.mx/redalyc/pdf/402/40211208.pdf.

7. Flores, V. Scielo Perú. [En línea] 2001. [Citado el: 10 de 11 de 2009.] http://www.scielo.org.pe/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1561-08882001000100007.

8. SCIELO. Revista de la Sociedad Venezolana de Microbiología. [En línea] 01 de 2005. [Citado el: 09 de 10 de 2009.] http://www.scielo.org.ve/scielo.php?pid=S1315-25562005000100007&script=sci_arttext.

9. Mossel, D A. Microbiología de los alimentos. segunda edición. Saragoza : Acribia S.A., 2003. pág. 703.

10. REDALYC. REDALYC. Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal. [En línea] 12 de 2006. [Citado el: 7 de 10 de 2009.] http://redalyc.uaemex.mx/redalyc/src/inicio/ArtPdfRed.jsp?iCve=49911205#.

11. Merck. Registro de propiedad Industrial España. [En línea] [Citado el: 23 de 10 de 2009.] http://www.espatentes.com/pdf/8300004_A1.pdf.

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