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• Dayana Perez Garnica

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PROYECTO DE FACTIBILIDAD TÉCNICO-ECONÓMICO PARA LA INSTALACIÓN DE UNA FÁBRICA DE GELATINA A PARTIR DEL COLÁGENO DE CUERO DE BOVINO

COCHABAMBA - BOLIVIA

CONTENIDO 1.

ANTECEDENTES...................................................................................................................................3

2.

OBJETIVOS............................................................................................................................................3

3.

2.1.

Objetivo General.............................................................................................................................3

2.2.

Objetivos Específicos.....................................................................................................................3

DESARROLLO........................................................................................................................................3 3.1. ¿Qué es la gelatina?...........................................................................................................................3 3.2. Estructura y propiedades del colágeno............................................................................................3 3.3. Gelatina de piel de bovino.................................................................................................................4 3.4. Método de extracción de la gelatina.................................................................................................5

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1. ANTECEDENTES La característica común de las diferentes clases de gelatinas naturales (de origen animal) es la proteína llamada colágeno. El colágeno constituye la materia prima estructural en los vertebrados y puede ser comparado de manera burda en lo que respecta a su función, con la celulosa en las plantas. Así la química de la transformación del colágeno en gelatina descansa en el cambio de la proteína mencionada cuya característica es su dureza y dificultad para romperse, en materiales o sustancias de alto peso molecular y solubles en agua. 2. OBJETIVOS 2.1.

Objetivo General

 Desarrollar un proceso factible para la producción de gelatina de alta calidad a partir del colágeno de cuero bovino. 2.2.

Objetivos Específicos

 Definir el proceso para la producción de gelatina.  Determinar las condiciones más adecuadas para las operaciones del proceso.  Identificar los diferentes usos para la gelatina. 3. DESARROLLO 3.1. ¿Qué es la gelatina? La gelatina (o grenetina, como se llama en algunos países de Sudamérica) es una sustancia que está formada por colágeno. El colágeno es una proteína que se encuentra en el tejido conjuntivo de los animales, principalmente en la piel, tendones, cartílagos y huesos. 3.2. Estructura y propiedades del colágeno Como todas las proteínas, el colágeno está formado por moléculas llamadas aminoácidos, que se unen entre sí para formar cadenas que reciben el nombre de péptidos, o polipéptidos si son muy largas, como en este caso.

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Pues bien, el colágeno está formado por tres cadenas de polipéptidos que se asocian entre sí formando una triple hélice. Esto hace que el colágeno sea muy flexible y a la vez muy resistente a fuerzas de tracción, es decir al estiramiento.

Ilustración 1 Colágeno visto con un microscopio 3.3. Gelatina de piel de bovino La gelatina es un producto proteico de propiedades espesantes y se obtiene por hidrólisis del colágeno. Es un proceso de extracción sólido/líquido en etapas. Químicamente el proceso consiste en transformar cada molécula de colágeno en dos de gelatina. Las cantidades son grandes, son fábricas enteras que se dedican a esto, no se hace a nivel particular. Algunas se dedican a la producción de cola para encolar, cierta variedad de pegamento de papel y las de gelatina con destino alimenticio son sofisticadas instalaciones que básicamente consisten en lo mismo que procesan este cuero. Consta de dos fases:  La primera en frío, removiendo el contenido proteico no colagénico soluble. Los recortes son encalados durante 7 días en unas molinetas especiales con movimiento de agua y cal que luego son lavados, con exceso de agua para retirar la máxima cantidad de cal y luego son desencalados con productos químicos que no dejen residuos de productos nocivos dentro de esta gelatina, preferentemente cantidades diluidas de ácido clorhídrico, adiciones lentas, porque va a formar 4

cloruro de calcio que es sumamente soluble. Se lava abundantemente, muy muy lavado, se controlan los cortes con fenolftaleína que no queden restos de cal, que esté totalmente desencalado.  La segunda en caliente, provocando la hidrólisis del colágeno. Es en esta fase que aparece en sucesivos caldos de contenido proteínico decreciente lo que se define como Gelatina. Luego de desencalados, son escurridos, exprimidos y sometidos a cocción en autoclaves con vapor y como aumenta la presión ellos hierven a más baja temperatura. Hay primeras y segundas extracciones.  El material colagénico es insoluble y recién al hidrolizarse se hace posible la extracción por solubilización. Dado el carácter proteico, o sea Aminoácido, del contenido a extraer, el pH es fundamental. Lo es extensivo a la historia de la materia prima. Cuando el hueso o el cuero provienen del faenamiento del ganado vacuno o porcino, su pH no ha sido modificado por vía química. En cambio cuando el cuero de vacuno proviene de una curtiembre, indudablemente se lo ha sometido a procesos químicos, sea cual fuere el origen de la materia prima, se distinguen dos procesos de fabricación.  Procedimiento Ácido - para gelatina de tipo A: La materia prima (especialmente porcino) se somete a un proceso de lavado ácido que tiene una duración de 24 horas. Después de este período, puede ser extraída la gelatina.  Proceso Alcalino - para gelatina de tipo B: Aquí, la materia prima (que puede ser oseína o piel de bovino) esta sujeta a un tratamiento alcalino durante un periodo que puede durar semanas. Este tratamiento transforma la estructura colágena del material, haciendo que el colágeno contenido en el mismo pueda ser extraído con agua caliente.

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3.4. Método de extracción de la gelatina Para obtener el máximo grado de colágeno en solución y obtener gelatina de altas propiedades físicas se debe evitar la excesiva hidrólisis de las cadenas polipéptidas. Esto puede ser ampliamente logrado debido al humedecido (o remojo) y a la hinchazón de los tejidos desintegrados en electrolitos. La materia prima es desintegrada, desgrasada, apelambrada y lavada con una solución de sal neutra: solución de sulfato de sodio al 10%. El tratamiento toma 50 minutos en razón o relación al peso de materia prima con respecto al volumen de líquido es de 1-2. Más adelante la materia prima es tratada en una solución de hidróxido de sodio al 6-10% conteniendo 140-180 gr/lt. de sulfato de sodio, ocurriendo la primera etapa del proceso de perdida del colágeno. La temperatura de trabajo del licor es de 18-20°C y la relación líquido-sólido es de 2 a 3. La duración del tratamiento de las pieles de ganado es de 20 a 24 horas. En el caso de tratamiento de la materia prima conteniendo pelos o cerda es sometida a un apelambrado preliminar en una solución de sodio conteniendo 140 gr/lt de sulfato de sodio 20%. La duración del apelambrado de las partes de piel de ganado es de 30 minutos. 6

Luego la materia prima es neutralizada en una solución ácida de ácido ortofosfórico 1015% conteniendo 100 gr/lt de sulfato de sodio. La duración del proceso de neutralización es de 3 a 6 horas, con una relación líquido-sólido de 3, y a una temperatura de 18-20°C. En la segunda etapa de la pérdida de colágeno se usa un medio ácido: una solución de ácido ortofosfórico en % de 1.5 a 3, el tratamiento se da en una relación líquido-sólido de 3 y la temperatura de solución es de 18-20°C. La duración del tratamiento es de 8-10 horas. La materia prima empleada y una vez impregnada de ácido es congelada a menos de 12°C por 10 a 16 horas, entonces el producto intermedio congelado es descongelado y lavado con agua fría, (haciendo correr el agua) hasta llegar a un pH igual a 4.7-5.5 en extracto acuoso del tejido. Luego del lavado del producto intermedio la gelatina es extraída. La gelatina así obtenida cuando es sometida a evaluación de su grado de polidispersión por el método de cromatografía de gel es caracterizada por una distribución específica de peso molecular. La relación entre la gelatina comestible y comercial producida por extracción fraccional es de 3:1. La gelatina obtenida es caracterizada por propiedades físico-químicas mejoradas. Los geles de gelatina que tienen alto peso molecular asemejan o forman un espacio enrejado más fuerte evidenciado por el punto de fusión alto y las propiedades termomecánicas. Las características físico químicas altas de la gelatina permiten un consumo de 2-3 veces en proporción cuando es usada para el procesamiento de preparación de alimento. La proporción del consumo de materia prima por tonelada de producto acabado es de 5.8-6 toneladas. La energía eléctrica y el consumo de agua durante la preparación de materia prima para la extracción de gelatina es 400kw/h y 25.5 m3 por ton. de producto acabado respectivamente. Los licores con que se trabaja son regenerados, reforzados y reutilizados.

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El método propuesto es versátil, desde que permite llevar a cabo la preparación de cualquier clase de materia prima que contenga colágeno para la obtención de gelatina. 3.5. Ejemplo de proceso llevado a la práctica A continuación se exponen procesos llevados a la práctica, con sus respectivos resultados, en rendimiento y calidad de la gelatina o producto final. Las pieles congeladas de bovino son descongeladas con agua fría, apelambradas con una solución de hidróxido de sodio al 20% conteniendo 140 gr/lt de sulfato de sodio, durante 25-30 min con una relación líquido-sólido de 2, y a una temperatura de solución de 1820°C, luego lavadas con una solución de sulfato de sodio al 10% durante 50 minutos, con una relación líquido-sólido de 2, neutralizadas con una solución de ácido ortofosfórico 1015% conteniendo 100 gr/lt de sulfato de sodio, durante 6 a 7 horas a una relación líquidosólido de 3 y a una temperatura de 18-20°C. Luego la materia prima, en el primer estado del proceso de los sening o pérdida de cólageno, es sometida a una tratamiento con una sal alcalina en una solución de hidróxido de sodio 8-10% conteniendo 140 gr/lt de sulfato de sodio durante 20 horas a una relación líquido-sólido de 3 y a una temperatura de solución de 18-20°C. La neutralización ácida es llevada a cabo en una solución de ácido ortofosfórico 10-15% conteniendo 100 gr/lt de sulfato de sodio durante 6 a 7 horas con una relación líquido-sólido de 3 y a una temperatura de solución de 18-20°C. Luego la materia prima es congelada y permanece a una temperatura menos de 12°C por 16 horas, para ser luego descongelada y lavada hasta obtener un valor de pH del extracto acuoso del tejido igual a 5 o 5.5 y luego ser sometido a cocción. La cocción de la gelatina, el tratamiento de los licores, el concentrado y el secado del gel son efectuados por métodos tradicionales. Características de la calidad de la gelatina obtenida de pedazos de piel de bovino:  Contenido de humedad (%): 11.7  Contenido de cenizas (%): 1.2  Pto de fusión-Gel (°C): 37.5  Caract. Viscosidad (dl/gr): 0.6  Viscosidad de solución de 17.75% (cp): 256 8

 Valor de pH de la sol. de gelatina al 1%: 5.3  Rendimiento de gelatina por masa stock original (%): 17 DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO DE EXTRACCIÓN DE GELATINA Piel de bovino

Apelambrado y dividido Sulfato de sodio al 10% 50 min

Pretratamiento alcalino Lavado Acidificación Lavado hasta la neutralidad Extracción con H2O caliente Filtrado Evaporación Colocado en capas Secado Molido o dividido

Empaquetado

Almacenado 9