Determinación de métodos de extracción y uso de biopolimeros de Opuntia ficus - indica | Determination of extraction methods and use of Opuntia ficus - indica biopolymers

[SPA]El objetivo del presente proyecto es el dilucidar posibles usos industriales para la planta de Opuntia ficus-indica, conocida como higo chumbo. Se han elaborado dos trabajos paralelos basados en un análisis de literatura científica. Debido a la importancia de la regeneración de las Aguas Residuales (AR), cada vez hay más estudios dedicados a la optimización del proceso, ahorros energéticos, etc. Entre otros el uso de coagulantes/floculantes naturales. En este trabajo se estudia la extracción de mucilago de Opuntia ficus-indica, así como sus posibles usos, entre ellos, su uso como floculante/coagulante para la depuración de AR o como fuente de polisacáridos. Para su uso como coagulante se ha extraído el mucilago de Opuntia de diferentes formas: cladodio natural triturado con agua, cladodio deshidratado triturado, cladodio cocido, cladodio cocido prensado y cladodio natural prensado. Se mezcla con AR un volumen de mucilago entre 10 y 200 ml cada 500 ml de AR.Para su evaluación se ha empleado un Jar-test, cuyos parámetros de funcionamiento para todas las muestras fueron los siguientes: primero una agitación rápida a 150 rpm durante 3 min, seguido de una agitación lenta a 20 rpm durante 15 minutos. Para cuantificar el lodo generado se emplearon conos Imhoff. En ninguno de los supuestos estudiados se observa formación de flóculos o mejora en los valores de turbidez del AR. En el caso de los conos Imhoff se observa un aumento de sedimentación al emplear mucilago en polvo, ya que este no llega a disolverse con el AR y precipita. El segundo estudio ha pretendido establecer un método de extracción de los biopolímeros de Opuntia ficus-indica para su posible uso en la industria. se ha llevado a cabo un estudio de los contenidos de polisácaridos del cladodio así como de diferentes métodos de extracción. Se ha realizado análisis termogravimetricos de muestras de: cladodio natural, cladodio prensado, cladodio prensado tras calentar durante 5 y 10 min, y de los extractos obtenidos en cada caso. Nuestras conclusiones son que a pesar de los estudios publicados sobre el posible uso de extractos de O.ficus-indica para tratamiento de AR, un extracto sencillo no cumple los requisitos mínimos de efectividad. El método recomendado de extracción sería empleando una prensa, debido a su bajo coste, sencillez y eficacia. Una vez comprobado la mejor metodología de extracción, nos basamos en ella para estudiar otros posibles usos teniendo en cuenta que los principales componentes de la Opuntia son: agua, pectinas, hemicelulosa, celulosa y lignina. Dependiendo de qué componente se quiera aprovechar se aplicará calor o no, antes de prensar el cladodio. Por ejemplo, si nos centramos en la extracción de pectinas, no sería necesario aplicar calor ya que el contenido en pectinas del mucilago es inversamente proporcional a la temperatura aplicada. Sin embargo, el calentamiento mejora sustancialmente la extracción de hemicelulosa.[ENG]The aim of the current project is to identify possible industrial uses of the prickly pear cactus Opuntia ficus-indica. We have developed two parallel works originally based on literature surveys. In last year’s, more studies concerning regeneration Wastewater such as process optimization, energy savings, etc. has been developed since the subject is getting more importance. On of the main research fields is the use of natural coagulants / flocculants. In this work the extraction of Opuntia ficus-indica mucilage, and its possible uses is studied, including its use as flocculant / coagulant for the treatment of wastewater or as a source of polysaccharides. In order to use it as a coagulant, the mucilage of Opuntia has been extracted in different ways: natural cladode triturated with water, dried cladode shredded, cooked cladodes, cladode cooked pressed and pressed cladode. Wastewater has been mixed with between 10 and 200 ml of extracted mucilage per 500 ml/AR. For its evaluation, it has been employed a jar-test, whose operating parameters for all samples were the following: firstly, a rapid stirring at 150 rpm for 3 min, followed by a slow stirring at 20 rpm for 15 minutes. To quantify the generated sludge Imhoff cones were used. In none of the cases studied floc formation or improvement in the turbidity values of wastewater was observed. In the case of Imhoff cones it was observed an increase in the sedimentation when mucilage powder is used, because of the recipitation of powder, since it does not reach to dissolved with the wastewater. The second study was intended to establish a method of extraction of biopolymers from Opuntia ficus-indica in order to use it in the industry. It has been carried out a studio in cladode polysaccharide content as well as different methods of extraction. Thermogravimetric analysis was performed on samples: natural cladodes, cladode pressing, pressing cladode after heating for 5 and 10 min, and the extracts obtained in each case. Our conclusions are that despite published studies on the possible use of extracts O.ficus-indica for treatment of wastewater, a simple extract did not meet the minimum requirements which permit us to affirm its effectiveness. The preferred extraction method is to using a press, because of its low cost, simplicity and efficiency. After checking it and conclude that this is the best extraction methodology, we rely on it to study other possible uses considering that the main components of Opuntia are water, pectin, hemicellulose, cellulose and lignin. Depending on which component is intended to use, heat would be applied or not to the cladode, before pressing it. For example if we focus on the mucilage of Opuntia as a source of pectin, it would not be necessary to apply heat as the quantity of mucilage pectin is inversely proportional to the applied temperature. However heat substantially improves hemicellulose extraction.

Escuela de Ingeniería de Caminos y Minas

Universidad Politécnica de Cartagena