MX2013000943A - Metodo para el acondicionamiento de aguas residuales de la industria del nixtamal, la masa y la tortilla. - Google Patents

Abstract

Siendo un método novedoso para el acondicionamiento de las aguas residuales de la industria del nixtamal, la masa y la tortilla, conocidas comúnmente como nejayote, que tiene por objeto eliminar los sólidos en suspensión, obteniendo un producto idóneo para su uso con diferentes fines, que cuenta con los pasos de: (a) acondicionar el nejayote; (b) acondicionar una enzima hidrolasa; (c) incubar la mezcla resultante; (d) adicionar un floculante; (e) separar el material floculado del nejayote clarificado, eliminando completamente cualquier material en suspensión. El producto clarificado, nejayote libre de sólidos en suspensión, sirve como materia prima para procesos o tecnologías que tienen como objeto la recuperación de compuestos con valor comercial o estratégico como ser: compuestos fenólicos, carbohidratos, sales o agua para reuso o para su descarga de forma medioambientalmente segura.

Description

MÉTODO PARA EL ACONDICIONAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE LA INDUSTRIA DEL NIXTAMAL, LA MASA Y LA TORTILLA CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un método novedoso para el acondicionamiento de las aguas residuales resultantes de la industria del nixtamal, la masa y la tortilla, comúnmente conocidas como nejayote. Más particularmente, se refiere a un método químico y/o enzimático para flocular y eliminar sólidos en suspensión, obteniendo un producto idóneo para su uso con diferentes fines.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La nixtamalización es un proceso ancestral que consiste en cocer granos de maíz en agua alcalina. Los granos cocidos luego son molidos y el producto conocido como masa, es empleado para la elaboración de la tortilla, alimento básico de la dieta de los pueblos mesoamericanos y cuyo uso se ha venido extendiendo por todo el orbe. En una modalidad industrial, la masa es secada y molida para su expendio como harina de maíz nixtamalizado. En cualquier caso, el agua del cocimiento alcalino y las aguas de lavado de los granos cocidos de maíz, son conocidas comúnmente como nejayote, que es un efluente rico en material orgánico formado, tanto por sólidos suspendidos, como por sólidos en solución. A diferencia del agua de remojo de maíz producida por la industria almidonera, la composición del nejayote es altamente compleja ya que contiene los productos resultantes de la hidrólisis alcalina del pericarpio y parte del endospermo del grano. Las altas concentraciones y complejidad del material orgánico, el pH y la temperatura elevados, hacen que el nejayote sea considerado un efluente altamente contaminante.

La relación, concentración y naturaleza de los compuestos resultantes de la nixtamalización dependen de varios parámetros de proceso, que incluyen a la variedad de maíz, la dureza del endospermo, la calidad e integridad del grano, el tipo y la concentración de la cal (Rosentrater, 2006, Waste Management 26, 284-292), la temperatura y tiempo de cocción y de remojo. Según el mismo autor, existen 12 reportes que permiten establecer un rango de 0.5-14.5% de pérdida (peso seco) de los componentes del maíz durante la nixtamalización que equivalen a un rango de 2500 a 50000 mg de sólidos totales/L de nejayote. De estas cantidades, los sólidos suspendidos pueden oscilar entre los 2350 a 5500 mg/L. Estos sólidos suspendidos generalmente son removidos parcialmente por tamizaje o filtración, centrifugación o decantación (Rosentrater, 2006, Waste Management 26, 284-292). Ramírez-Romero y col., 2011 (Memorias del Simposium Internacional sobre Teenologías Convencionales y Alternativas en el Procesamiento de Maíz. Chihuahua, Chihuahua, México) señalan que mediante el uso de floculantes y una sedimentación posterior, logran reducir los sólidos en suspensión a una concentración promedio de 2100 mg/L, a partir de muestras de nejayote con un contenido inicial promedio de 4500 mg/L. El mismo autor, conjuntamente Vinlegra en 2007, describen en la solicitud de patente MX 2007010310A que la adición de un floculante de aluminio logra reducir los sólidos suspendidos a niveles que cumplen con la norma mexicana (<200ppm). Los sólidos en suspensión, parcialmente removidos son dispuestos en rellenos sanitarios (Rosentrater, 2006, Waste Management 26, 284-292) o empleados para la alimentación pecuaria (Velasco-Martínez y col., 1997, Poultry Science 76 (11), 1531-1534).

Los sólidos en suspensión remantes suelen ser muy pequeños, con tamaños que oscilan entre 0.5-15 m?ti, por lo que carecen de la masa necesaria para ser separados por la fuerza gravitacional en sedimentadores o mediante la acción de la fuerza centrífuga en separadores centrífugos. Por su escaso tamaño, tampoco son capaces de formar flóculos ni aún con la ayuda de floculantes, salvo en algunos casos a concentraciones de estos muy altas, principalmente asociados a fenómenos de adsorción. Cuando estos sólidos finos en suspensión alcanzan una superficie filtrante, rápidamente tapan o colmatan los poros o intersticios del filtro formando una película incrustante, difícil de remover, que obstruye el paso del líquido. Por esta razón la filtración, en cualquiera de sus modalidades, tampoco es una opción para la remoción total de los sólidos en suspensión. Hasta ahora, la naturaleza de estas pequeñas partículas en suspensión no había sido estudiada, desconociendo su composición ya que por el tipo de proceso, sus características son muy distintas a la de los sólidos que se generan en los procesos de la industria almidonera, mucho más estudiada que la industria del nixtamal, la masa y la tortilla.

Sin embargo, el nejayote contiene también una serie de productos con valor comercial o estratégico para cuya recuperación y aprovechamiento se han desarrollado diferentes procesos o teenologías, en las cuales es necesario que este efluente esté libre de sólidos en suspensión. Por ejemplo, en la patente de Asaff y col, 2008, MX 259521 para la recuperación de ácido ferúlico a partir del nejayote hace referencia al uso de procesos de adsorción/desorción desarrollados en columnas empacadas. Se conoce que para garantizar la continuidad de este tipo de operaciones es imprescindible reducir al máximo la presencia de cualquier partícula suspendida en el influente ya que la frecuencia de retrolavados guarda una relación exponencial con la presencia de sólidos en suspensión. La patente mencionada hace referencia que la reducción de sólidos suspendidos se puede realizar por filtración o centrifugación aunque, como se mencionó anteriormente, ninguna de estas dos operaciones permite a una remoción completa de este material nivel industrial.

Por otro lado, la patente de Carvajal-Millan y col, 2005, MX 278768 se refiere a un proceso para la recuperación de pentosanas feruladas y no feruladas contenidas en el nejayote. En el segundo paso de este proceso se describe el uso de una centrífuga de laboratorio operada a 10,000 rpm durante 15 minutos para precipitar los sólidos en suspensión. A nivel industrial no existen centrifugas que operen a tal velocidad y en el mejor de los casos, pruebas realizadas por nuestro grupo de investigación mostraron que aún separadores centrífugos verticales de alta eficiencia logran reducir como máximo a 70 mg/L la cantidad de partículas en suspensión.

Durante los últimos años, el desarrollo acelerado de nuevos materiales ha permitido la fabricación de múltiples tipos de membranas de diferentes tamaños de poro. Actualmente es cada vez más común el uso de membranas de micro, ultra y nano filtración, así como de osmosis inversa para el tratamiento de aguas residuales y diversos procesos industriales. Por ejemplo, en la patente de Potter, US 5,707,524, se describe un proceso y un sistema para el tratamiento de aguas residuales de diferentes industrias que contienen carbohidratos, como material fermentable para la producción de levaduras. En dicha patente se describe el uso de membranas de ultra filtración para concentrar el material fermentable y generar agua para reuso o envío al drenaje conteniendo una cantidad mínima de contaminantes. Sin embargo, una condicionante para la aplicación de este tipo de teenología es que las aguas residuales contengan una cantidad mínima o nula de sólidos en suspensión y estén libres de material pegajoso o incrustante, lo que en el caso del nejayote, ha sido imposible de lograr con la tecnología disponible hasta ahora.

OBJETO DE LA INVENCIÓN En vista de lo anteriormente descrito y con el propósito de dar solución a las limitantes encontradas, es objeto general de la invención proveer un método único, innovador y eficiente, que tienen una aplicación directa como una de las últimas etapas de los procesos de las industrias del nixtamal, de la harina de maíz nixtamalizado y de la tortilla, para el tratamiento parcial de sus aguas residuales, conocidas comúnmente como nejayote.

Otro objeto general de la invención es proveer un método, único, innovador y eficiente para el acondicionamiento del nejayote con el propósito de obtener un producto libre de sólidos en suspensión, idóneo para ser empleado en procesos que tienen por objeto la recuperación de compuestos con valor comercial o estratégico contenidos en estas aguas residuales.

Es un objeto específico de la invención proveer nejayote libre de sólidos en suspensión para su uso en procesos que a su vez tienen por objeto la recuperación de productos de alto valor contenidos en el nejayote, como ácidos fenólicos, particularmente ácido ferúlico, sus dímeros, trímeros, sus ésteres glicosilados, ácido p-coumárico y 4-vinil guayacol, entre otros.

Es otro objeto específico de la invención proveer nejayote libre de sólidos en suspensión para su uso en procesos que a su vez tienen por objeto la recuperación de productos de valor comercial contenidos en el nejayote, como pentosanas y pentosanas feruladas.

Es otro objeto específico de la invención proveer nejayote libre de sólidos en suspensión, para su tratamiento a través de teenología de membranas, como ultrafiltración y/o nanofiltración u otras tecnologías convencionales con el propósito de obtener agua tratada para reuso o para su descarga de forma medioambientalmente segura.

En una de las modalidades preferidas de la invención, la cual incluye al menos algunos de los objetivos anteriormente presentados, comprende un método que permite disolver el material suspendido finamente particulado del nejayote, que es el que ocasiona la incrustación y colmatación prematura de cualquier superficie o cuerpo filtrante. Este material finamente particulado que hasta ahora no había podido ser eliminado por ninguna operación unitaria o método conocido a un costo razonable, es hidrolizado enzimáticamente y/o químicamente en condiciones de pH y temperatura establecidos para minimizar el tiempo de tratamiento. El resto del material en suspensión que no es hidrolizado luego es rápidamente floculado mediante la adición de un floculante adecuado y el ajuste de la fuerza iónica del medio. La separación del material floculado puede ser realizada por sedimentación, filtración, centrifugación o combinaciones de estas operaciones unitarias. El efluente, libre de sólidos en suspensión, se considera un producto listo para ser usado en diferentes procesos.

DESCRIPCIÓN BREVE DE LAS FIGURAS Los detalles característicos de la invención se describen en los siguientes párrafos en conjunto con las figuras que lo acompañan, los cuales son con el propósito de definir al invento pero sin limitar el alcance de éste.

La Figura 1 muestra un diagrama esquemático del método del presente invento para el tratamiento del nejayote.

DESCRIPCIÓN DETALLADADELAINVENCIÓN El método para el acondicionamiento del nejayote, en una de sus modalidades preferidas es descrito en referencia a la Figura 1. El primer paso 10 de todo el proceso es el análisis del nejayote. Son las características de este efluente los que determinan los parámetros específicos de operación del método y por ende de todo el proceso. Particularmente son de importancia el contenido de sólidos en suspensión, el contenido de sólidos en solución, el pH y la temperatura. Sobre esta base se establecerá la proporción de ácidos, enzimas y floculantes a adicionar en los pasos subsecuentes.

El segundo paso del proceso inventivo es el paso 20, referido al ajuste del pH acorde a las necesidades de los pasos subsecuentes del método o del uso que vaya a tener. Por ejemplo, la patente MX 278768, refiere a la necesidad de bajar el pH del nejayote a 5 con el propósito de detener las reacciones de hidrólisis. Por su parte, la patente MX 259521, detalla que el pH del nejayote debe ser disminuido a valores entre 3 y 5 con el propósito de favorecer la adsorción de las moléculas de interés. En el caso de que el objeto de uso fuera la recuperación de agua, un pH cercano a la neutralidad pudiera ser deseable. El ajuste de pH puede realizarse mediante la adición de ácido fosfórico o una de sus sales o ácido sulfúrico o ácido clorhídrico o una mezcla de cualquiera de estos ácidos en una cantidad tal que se disminuya el pH hasta valores en el rango de 4.0 a 6.5, preferentemente entre 5.0 a 6.0.

El tercer paso y parte central del proceso inventivo es el paso 30, referido a la hidrólisis enzimática del material fino en suspensión del nejayote que es el que ocasiona la incrustación y colmatación prematura de cualquier superficie o cuerpo filtrante. Hasta ahora, la naturaleza de este fino material en suspensión era desconocida por lo que no existen reportes en la literatura ni en bancos de patentes, presumiendo que podía tratarse de material lignocelulósico, hemicelulosa y/o almidón. Por ello se debió realizar una selección de enzimas capaces de hidrolizar este material, tal como es detallado en el primer ejemplo, resultando las enzimas del tipo a-amilasas las más efectivas. Este hecho significa que el material fino en suspensión está formado principalmente por pequeños gránulos de almidón que son desprendidos del endospermo y cuyo tamaño oscila entre 0.5 y 15 m?ti. Este material suspendido es uno de los principales contribuyentes de la turbidez del nejayote, es el que obstruye rápidamente cualquier superficie o cuerpo filtrante y por su tamaño, no puede sedimentar ni ser separado por fuerzas mayores a la gravitacional, como las que se generan en separadores centrífugos. El pH óptimo para el desarrollo de la actividad de las enzimas del tipo a-amilasa oscila entre 4.5 a 6.5. Se observó que el proceso de hidrólisis enzimática se ve favorecido a temperaturas superiores a los 70° C, que usualmente es la temperatura de descarga del nejayote, y luego de ajustar el pH a valores cercanos a 5, posiblemente porque también se produce una hidrólisis química a baja escala. El tiempo de incubación o de residencia hidráulica para hidrolizar completamente el material incrustante en suspensión depende de la actividad específica de la enzima utilizada, su volumen en proporción con el del nejayote, el contenido de sólidos suspendidos y sólidos en solución y la temperatura. En el caso de los sólidos en solución, ciertas fracciones como el de las dextrinas entran en competencia por el sitio activo de la enzima pudiendo retrasar la hidrólisis de la fracción de interés. Usualmente el tiempo de incubación o de residencia hidráulico se encuentra en un rango de 30 segundos a 90 minutos, preferentemente en el rango de 5 a 30 minutos.

La hidrólisis es seguida de manera casi simultánea por una floculación de los sólidos en suspensión remanentes o no hidrolizados, que es la operación que conforma el cuarto paso o paso 40 de la Figura 1. La floculación efectiva del material en suspensión se logra mediante la adición de un floculante adecuado, además de que la propia la propia hidrólisis provoca una disminución de la viscosidad del fluido, favoreciendo la velocidad de floculación. La cantidad de sólidos en suspensión que son floculados puede oscilar en el rango de 2000-6000 ppm. El floculante más adecuado a diferentes valores de pH se eligió entre al menos 20 tipos entre los que se incluyeron los de naturaleza catiónica, aniónica, sales de aluminio, biopolímeros o tierras diatomeas. Los floculantes más efectivos resultaron del grupo de los floculantes del tipo catiónico, preferentemente aquellos del tipo de policacrilamida para uso alimenticio. En el caso de los floculantes catiónicos, la cantidad óptima a alcanzar para una floculación efectiva es de 5 a 100 ppm preferentemente de 15 a 50 ppm. A pH ácido, es importante considerar la fuerza iónica del medio sobre la densidad de los flóculos ya que a mayor fuerza iónica la densidad es menor pero prácticamente todo el material en suspensión es floculado. A menor fuerza iónica, la densidad es mayor pero no se logra una floculación efectiva de todo el material. Por ello es necesario considerar que dentro de los ácidos empleados para el ajuste del pH, al menos un tercio sea ácido fosfórico o alguna de sus sales o un ácido poliprótico equivalente. El tiempo necesario para lograr una floculación y sedimentación efectiva oscila en el rango de los 10 a 120 minutos, preferentemente entre los 30 a 60 minutos y siendo función del contenido de sólidos suspendidos, la fuerza iónica del medio y el tipo de floculante utilizado. La separación de la fracción floculada del sobrenadante libre de sólidos en suspensión puede lograrse por sedimentación o decantación simple, centrifugación, filtración, flotación o una combinación de cualquiera de estas operaciones unitarias.

Resulta crítico considerar el orden de la secuencia de operaciones hasta aquí descritas. Por ejemplo, si el nejayote es tratado primeramente con un floculante, gran parte de los sólidos en suspensión son sedimentados pero todavía una fracción de sólidos finos permanece en suspensión. En pruebas de jarras se observó que el contenido de sólidos suspendidos remanentes, luego de la adición de cualquiera de los tipos de floculantes ensayados a diferente pH y a diferentes concentraciones, osciló en un rango de 70 a 1500 ppm. Es decir, en algunos casos se logró un muy buen grado de remoción de sólidos suspendidos pero en ningún caso se alcanzó su remoción total. En los casos en los que se alcanzó el mayor grado de remoción se probó el uso de enzimas para eliminar los sólidos finos en suspensión remanentes pero tampoco se tuvo el efecto deseado de su eliminación total. En algunos casos se logró su disminución hasta valores cercanos a los 50 ppm pero el material insoluble remanente no pudo ser retirado fácilmente ni por filtración ni centrifugación. En el primer caso, el material filtrante fue rápidamente colmatado por las pequeñas partículas en suspensión y por centrifugación fueron necesarias altas velocidades (>10000 rpm) por al menos 15 minutos, aspecto totalmente impráctico a nivel industrial. Inclusive, ni siquiera la adición de mayores cantidades de floculantes favoreció su separación ya sea por decantación, filtración o centrifugación. La efectividad del método desarrollado para la remoción total de los sólidos en suspensión contenidos en el nejayote, resulta entonces de una combinación exacta de condiciones, secuencia de operaciones y una cuidadosa selección y aplicación de enzimas y floculantes, dando como resultado un producto idóneo para diferentes usos que corresponde al último paso, representado como 50 en la Figura 1. La fracción floculada, es un residuo que usualmente es dispuesto en rellenos sanitarios o empleado para la alimentación animal.

Para un experto en el arte de la téenica resulta evidente que el método hasta aquí descrito puede desarrollarse en un sistema por lotes, semicontínuo o continuo. En el caso de un sistema por lotes, los pasos 20, 30, 40 y 50 de la Figura 1, puede realizarse en un tanque con agitación mecánica o neumática, con un fondo cónico para facilitar el drenaje de los sólidos en suspensión floculados. En el caso de un sistema semicontínuo, los pasos 20 y 30 pueden desarrollarse en un tanque similar al de un sistema por lotes pero la adición de floculante puede hacerse en línea y la separación de fases realizarse en un equipo continuo. Por ejemplo puede usarse un hidrosedimentador, un filtro, una centrífuga o un sistema de flotación cuidando que el tiempo de residencia hidráulico en el sistema sea el adecuado para lograr una floculación y separación eficientes. Finalmente, en sistema continuo, el ajuste de pH puede realizarse en línea, al igual que la adición de enzimas, usando un tanque de paso con régimen continuo de carga y descarga y de un volumen tal que el tiempo de residencia hidráulico sea el necesario para lograr la hidrólisis del material de interés. En lugar de un tanque también puede usarse un reactor tubular de flujo pistón o su equivalente que se sería una tubería de gran longitud pero confinada en un arreglo compacto con el número de pasos suficiente para alcanzar el tiempo de residencia hidráulico necesario para alcanzar la hidrólisis del material de Interés. Luego, la adición de floculantes también puede realizarse en línea y realizar la separación de fases en los equipos ya descritos para un sistema semicontínuo. Resulta también evidente para un entendido en el arte de la téenica que en cualquiera de los regímenes de operación los sistemas podrán ser Instrumentados y automatizados al nivel que se desee.

EJEMPLOS DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN La invención ahora será descrita con respecto a los ejemplos siguientes, los cuales son únicamente con el propósito de representar la manera de llevar a cabo la implementación de los principios del invento. Los ejemplos siguientes no intentan ser una representación exhaustiva de la invención, ni intentan limitar el alcance de esta.

Ejemplo 1 Se prepararon vasos de precipitado conteniendo 500 mL de nejayote, con pH inicial de 11 y temperatura de 70°C. Se aplicaron cocteles enzimáticos (50 mL) con diferentes actividades dejando actuar por un espacio de 50 minutos al cabo de los cuales se añadió un floculante catiónico, se agitó y se espero sedimentar por un periodo de 10 minutos. Al inicio de los experimentos se ajustó el pH con ácido fosfórico (85% v/v) y exceptuando los tratamientos 3 y 4 en los que se mantuvo la temperatura inicial, los demás tratamientos se dejaron a temperatura ambiente, registrando la temperatura final. Se midió como variable de respuesta los sólidos suspendidos totales (SST) en los sobrenadantes. Se observó que el floculante seleccionado logró por si solo una remoción de más del 80% de los SST, siendo su acción favorecida por un mantenimiento de la temperatura de descarga (tratamiento 4). Este efecto se debe a una menor viscosidad del medio y una ligera hidrólisis del material en suspensión a pH ácido. De los tratamientos enzimáticos aplicados los más efectivos fueron los que incluyeron actividades del tipo amilasa (19, 20 y 21), demostrando que el material fino es suspensión causante de la turbidez y rápida colmatación de cualquier cuerpo o superficie filtrante son gránulos de almidón y/o dextrinas. Los sobrenadantes de los tratamientos 19, 20 y 21, luego pudieron ser fácilmente filtrados dejando un material totalmente libre SST.

N° Actividad pH T,(°C) SST (ppm) 1 Control l(sin enzimas, sin floculante) 11 55 1347- 2 Control 2 (sin enzimas, sin floculante) 5 55 1254 3 Control 3 (sin enzimas, sin floculante) 5 70 1123 4 Control 4 (sin enzimas + floculante) 5 70 181 5 Control 5 (sin enzimas + floculante) 5 55 247 6 Xilanasa, celulasa y glucanasa 5 55 221 7 Celulasa y beta glucanasa 5 55 253 8 Celulasa 5 55 215 9 Endoglucanasa y xilanasa 5 55 263 10 Beta glucosidasa 5 55 211 11 Hemicelulasa 5 55 223 12 Celulasa y xilanasa 5 55 189 13 Xilanasa 5 55 193 14 Celulasa, endoglucanasa 5 55 245 15 Feruloilesterasa 5 55 244 16 Beta glucanasa 5 55 237 17 Pectinasa 5 55 178 18 Pectinasa y feruloilesterasa 5 55 193 19 Glucoamilasa 5 55 12 20 Alfa amilasa 6 55 15 21 Alfa amilasa 5 55 27 Ejemplo 2 Se prepararon vasos de precipitado conteniendo 500 mL de nejayote, con pH inicial de 11. Se aplicaron 3 tratamientos y un control absoluto, midiendo al cabo de una hora, como variables de respuesta, los sólidos suspendidos totales (SST) en los sobrenadantes y el volumen de los flóculos precipitados (V). En todos los casos, al inicio del experimento el pH se ajustó a 5.0 con ácido fosfórico.

Control Tratamiento 1 Tratamiento 2 Tratamiento 3 floculante (mL) 17 17 2Enzima (pL) 50 50 T0 (°C) 65 65 65 65 TF (°C) 50 50 50 50 SST (ppm) 800 150 80 4 V (mL) <50 87 96 105 floculante catlónico de poliacrilamida, concentración inicial 1000 ppm. 2Coctel enzimático con actividad glucoamilasa; actividad específica 400 UI/mL (cada UI equivale a la hidrólisis de 1 g de almidón hasta glucosa en una hora) Aunque las enzimas por sí solas (tratamiento 2) logran un efecto importante en la reducción de SST, el mejor efecto se consigue con la adición de un floculante; es decir mediante la combinación exacta de condiciones, tratamientos adecuados y secuencia de operaciones.

Ejemplo 3 Se prepararon vasos de precipitado conteniendo 500 mL de nejayote, con pH inicial de 11. Se aplicaron 3 tratamientos y un control absoluto, midiendo al cabo de una hora, como variables de respuesta, los sólidos en suspensión (SST) en los sobrenadantes y el volumen de los flóculos precipitados (V). En todos los casos, al inicio del experimento el pH se ajustó a 5.0, con ácido fosfórico.

Control Floculante l Floculante 2 Floculante 3 Floculante 10* 100** 17* Enzima (pL) 50 50 50 To (°C) 65 65 65 65 TF (°C) 50 50 50 50 SST (ppm) 1154 150 80 9 V (mL) <50 150 138 186 Floculante 1: aniónico, concentración inicial 1000 ppm Floculante 2: sales de aluminio Floculante 3: catiónico de poliacrilamida, concentración inicial 1000 ppm. *en mL; **en mg Ejemplo 4 Se prepararon vasos de precipitado conteniendo 500 mL de nejayote, con pH inicial de 11. Se realizaron 4 tratamientos y un control en los que se disminuyó el pH hasta un valor de 5.0 con 3 tipos de ácidos y el cuarto con una sal y un ácido. En este último caso, se añadió la cantidad de sal necesaria para disminuir primeramente el pH a 7 y luego se añadió el ácido hasta alcanzar pH 5. En todos los casos, el tipo y la dosis del floculante fueron las mismas (35 mL de floculante catiónico (1000 ppm)/L nejayote; 100 m? de enzima glucoamilasa/L nejayote).

NaH2P04 Control HCI H2SO4 H3PO4 + H2SO T0 (°C) 65 65 65 65 65 TF (°C) 50 50 50 50 50 SST (ppm) 950 85 90 3 15 V ( L) <50 97 85 280 165 El ácido fosfórico es un ácido triprótico, pudiendo sus sales también generar aniones con triple carga por lo que aumentan considerablemente la fuerza iónica del medio. Se estableció una relación directa entre la fuerza iónica del medio y la remoción de SST e inversamente proporcional con la densidad de los flóculos (mayor volumen).

Ejemplo 5 Clarificación continua de nejayote Flujo de nejayote = Q = 16,000 IVh Material en solución = 12 g/L Material en suspensión 3 g/L Viscosidad = 2 cp Flujo ácido fosfórico = 24 L/h Flujo ácido sulfúrico = 8 L/h Flujo de coctel enzimático (a-amilasa, b-amilasa, glucoamilasa) = 1.6 L/h Flujo floculante catiónico (1000 ppm) = 544 I7h Flujo nejayote clarificado de hidrosedimentador = 12,000 L/h Tiempo de residencia hidráulico en el hidrosedimentador = 30 min Sólidos suspendidos en nejayote clarificado = 14 ppm Viscosidad nejayote clarificado = 1.3 cp Flujo lodos de hidrosedimentador = 4,000 L/h Sólidos suspendidos en lodos = 12 g/L Lodos parcialmente deshidratados de centrífugas = 480,000 g/h (90% humedad) Filtración nejayote Flujo nejayote clarificado = 12,000 L/h Sólidos suspendidos en nejayote clarificado = 3 ppm Ejemplo 6 Uso de nejayote clarificado para proceso de recuperación ácido ferúlico Se emplearon columnas de adsorción con las siguientes características: 12" de diámetro, 60" de largo; difusores cilindricos con ranuras de 0.2 mm; caída de presión: 0.4 Kg/cm2 (empleando únicamente agua como fluido), altura efectiva de resina activa de 120 cm, altura de resina inerte de 8 cm y un volumen efectivo de resina activa de 80 L. Se compararon las operaciones de adsorción/desorción con nejayote clarificado de acuerdo ai método y sistema del presente invento (nejayote 1) y nejayote tratado únicamente con floculante y decantado (nejayote 2) como usualmente se opera en el proceso descrito en la patente MX 259521.

Nejayote 1 Nejayote 2 SST (influente) (ppm) 20 145 SST (efluente) (ppm) 12 80 Sólidos disueltos (g/L) 8.4 8.7 Contenido fenólicos influente (g/L) 0.8 0.8 Contenido fenólicos efluente (g/L) 0.05 0.08 Temperatura influente (°C) 48 48 Caudal promedio (L/h) 620 310 Tiempo promedio de operación (h) 8 16 Volumen de nejayote tratado (m3) 5 5 Ciclos de retrolavado 0 8 Agua para lavado (m3) 0.6 4 Rendimiento recup. fenólicos (g/h) 470 225 Costo horas hombre/energía* 1 2 SST = Sólidos suspendidos totales *Costo relativo entre ambos procesos considerando su tiempo de duración Después de leer y entender la descripción detallada precedente del método, en las modalidades preferidas de la invención, para el acondicionamiento de efluentes del proceso de nixtamalización, conocidos comúnmente como nejayote, se podrán apreciar las varias ventajas que ofrecen dicho método y dicho sistema, para el objeto que fueron creados.

Sin pretender expresar todos los aspectos relevantes del invento, se pueden señalar las siguientes ventajas: el método que comprende la combinación exacta de condiciones, secuencia de operaciones y una cuidadosa selección y aplicación de enzimas y floculantes, da como resultado un producto Idóneo para diferentes usos, que de acuerdo a la revisión del estado del arte, anteriormente era difícil de obtener.

• El método también ocasiona una hidrólisis química y/o enzimática total o parcial de una fracción del material en solución, principalmente de fracciones de almidón o dextrinas lo que provoca la disminución de la viscosidad del nejayote. La hidrólisis de ambas fracciones, aunada al uso de floculantes, ocasiona una floculación efectiva, facilitando la separación de fases y las operaciones unitarias subsecuentes. • luego del tratamiento ácido enzimático, la rápida floculación y la acidez del medio ocasionan el arrastre de proteína desnaturalizada, grasas y aceites, por lo que el clarificado contiene fundamentalmente compuestos fenólicos, carbohidratos y sales de interés comercial o bioteenológico.

Basado en las realizaciones descritas anteriormente, se contempla que las modificaciones de los ambientes de realización descritos o sus configuraciones, así como los ambientes de realización alternativos o sus configuraciones serán consideradas evidentes para una persona experta en el arte de la técnica bajo la presente descripción. Es por lo tanto contemplado que las reivindicaciones abarcan dichas modificaciones y alternativas que estén dentro del alcance del presente invento o sus equivalentes.

Claims (16)

REIVINDICACIONES

1. Un método continuo, semicontínuo o por lotes para preparar o acondicionar mediante la remoción o eliminación de los sólidos suspendidos totales (SST), los efluentes del proceso de nixtamalización comúnmente conocidos como nejayote, en donde el método comprende los pasos de: (a) adicionar al nejayote una(s) substancia(s) ácida(s); (b) adicionar al nejayote enzimas del tipo hidrolasa; (c) incubar el nejayote por un periodo de tiempo determinado; (d) adicionar al nejayote hidrolizado un floculante; y (e) separar el material floculado.

2. El método continuo, semicontínuo o por lotes para la remoción o eliminación de los SST del nejayote de conformidad con la reivindicación 1, en donde el paso (a), se caracteriza por la adición de una(s) substancia(s) ácida(s) para disminuir el pH a valores comprendidos entre 4.0 a 6.5, preferentemente entre 5.0 a 6.0.

3. El método continuo, semicontínuo o por lotes para la remoción o eliminación de los SST del nejayote de conformidad con la reivindicación 1, paso (a), donde la(s) substancia(s) ácida(s) es seleccionada del grupo formado por el ácido clorhídrico, sulfúrico y fosfórico o alguna de las sales ácidas de este último, preferentemente fosfato monobásico de sodio o potasio.

4. El método continuo, semicontínuo o por lotes para la remoción o eliminación de los SST del nejayote de conformidad con la reivindicación 1, paso (a) donde la(s) substancia(s) áclda(s) es (son) añadida(s) sola o en forma de mezclas.

5. El método continuo, semicontínuo o por lotes para la remoción o eliminación de los SST del nejayote de conformidad con la reivindicación 1, paso (b), donde las enzimas del tipo hidrolasa añadidas son seleccionadas del grupo formado por las exo glucanasas, endo glucanasas y/o b-glucosidasas, particularmente del grupo formado por las a-amilasas, b-amilasas y/o glucoamilasas.

6. El método continuo, semicontínuo o por lotes para la remoción o eliminación de los SST del nejayote de conformidad con la reivindicación 1, paso (b), donde la(s) enzima(s) es (son) añadida(s) sola o en forma de mezclas o cocteles enzimáticos.

7. El método continuo, semicontínuo o por lotes para la remoción o eliminación de los SST del nejayote de conformidad con la reivindicación 1, paso (b), donde las hidrolasas son añadidas en una cantidad establecida con base al contenido de almidón del nejayote, la actividad específica de la enzima o coctel enzimático y el tiempo deseado para la hidrólisis.

8. El método continuo, semicontínuo o por lotes para la remoción o eliminación de los SST del nejayote de conformidad con la reivindicación 1, paso (c), donde el tiempo de incubación de la mezcla resultante es de 30 segundos a 90 minutos, preferentemente de 5 a 30 minutos.

9. El método continuo, semicontínuo o por lotes para la remoción o eliminación de los SST del nejayote de conformidad con la reivindicación 1, paso (c), donde la temperatura de incubación de la mezcla resultante es de 20 a 90°C, preferentemente de 50 a 80°C.

10. El método continuo, semicontínuo o por lotes para la remoción o eliminación de los SST del nejayote de conformidad con la reivindicación 1, paso (d), donde el floculante añadido es seleccionado del grupo de los floculantes catiónicos, particularmente del grupo de las poliacrilamidas no tóxicas.

11. El método continuo, semicontínuo o por lotes para la remoción o eliminación de los SST del nejayote de conformidad con la reivindicación 1, paso (d), donde el floculante catiónico es añadido hasta alcanzar una concentración entre 5 a 100 ppm, preferentemente entre 15 a 50 ppm.

12. El método continuo, semicontínuo o por lotes para la remoción o eliminación de los SST del nejayote de conformidad con la reivindicación 1, paso (d), donde el tiempo necesario para lograr una floculación adecuada de los SST remanentes es de 10 a 120 minutos, preferentemente de 30 a 60 minutos.

13. El método continuo, semicontínuo o por lotes para la remoción o eliminación de los SST del nejayote de conformidad con la reivindicación 1, paso (e), donde la separación del material floculado se realiza mediante la aplicación de las siguientes operaciones unitarias: (a) sedimentación; (b) filtración, tamizaje o cribado; (c) centrifugación; y/o (d) flotación.

14. El efluente libre de sólidos en suspensión (SST) derivado del proceso de nixtamalización, obtenible de conformidad con el método de la reivindicación 1, caracterizado por: (a) un contenido de sólidos suspendidos totales (SST) entre 0 y 30 ppm; (b) un contenido de sólidos disueltos entre 5 y 18 g/L; (c) un contenido de compuestos fenólicos entre 0.5 y 1.5 g/L; y (d) un pH entre 4.0 a 6.5.

15. El uso del efluente derivado del proceso de nixtamalizaclón libre de SST, obtenible de conformidad con el método de la reivindicación 1, en procesos más eficientes para recuperar compuestos de valor comercial o estratégico contenidos en dicho efluente.

16. El uso del efluente derivado del proceso de nixtamalización libre de SST, de conformidad con la reivindicación 15, en donde los compuestos con valor comercial o estratégico comprenden a: a) compuestos fenólicos, particularmente ácido ferúlico, sus dímeros, trímeros, sus ésteres glicosilados, ácido p-coumárico y 4-vinil guayacol, entre otros; (b) carbohidratos, particularmente de pentosanas, pentosanas feruladas y azúcares como la glucosa o sus oligómeros (dextrinas); (c) otros materiales fermentables, útiles para procesos bioteenológicos, incluyendo todo tipo de carbohidratos, proteínas o fracciones proteicas y sales inorgánicas; y (d) agua para reuso en el proceso de nixtamalización o descarga al drenaje de forma medioambientalmente segura.