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Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal
Rev. Int. Contam. Ambient. 13
(2), 97-100, 1997
DETERMINACI~N &IDA
DE LIGNINA EN EFLUENTES DE MATADEROS
María Teresa DERREGIBUS
Instituto de Ingeniena Química, Facultad de Ingeniería, Julio Herrera y Reissig 565, Montevideo, Uruguay
E-mil dregibus@ng.edu.uy
(Recibido noviembre 1996, aceptado noviembre 1997)
Palabras clave: análisis de lignina, efluentes, mataderos
RESUMEN
Se presenta un mktodo analítico para determinar rápidamente lignina en muestras de pequeño volumen
provenientes de efluentes de mataderos. El mktodo permite determinar también diversos residuos: s61i-
dos, de extracción y fijos, así como analizar
azúcares
reductores.
ABSTRACT
This work presents an analytical method to quickly determine lignin in small volume samples collecte-
from slaughterhouse wastewater. This method also allows the detection of solids, extraction and fixed
residues and the analysis of reducing
sugars.
Los efluentes de los mataderos resultan de los procesos de
desangrado, desosado, mondongueria, tripería y lavado de
corrales. La mezcla de las distintas líneas produce un efluente
complejo que contiene proteínas, compuestos lignocelulósicos
y grasa. Dado el tenor de materia orghnica que presenta, los
sistemas biológicos anaerobios son los más apropiados para
su tratamiento, pero el alto contenido de compuestos sólidos
de tipo lignocelulósico, que puede alcanzar al 25% en peso
según Colberg (1988), ocasiona problemas operativos, espe-
cialmente en reactores anaerobios de alta velocidad (Martínez
et
al. 1995). Los compuestos lignocelulósicos son resistentes
al ataque bacteriano por la presencia de lignina y como conse-
cuencia de su lenta biodegradación son retenidos en los reac-
tores de biomasa dispersa, diluyendo la biomasa activa.
El estudio de reactores que mejoren la degradación de estos
compuestos requiere el establecimiento de técnicas analíticas
que permitan determinar rápidamente el contenido de lignina y
carbohidratos en el material particulado en las comentes de
entrada y salida del reactor, para controlar el proceso de degra-
dación parcial de los diferentes componentes del residuo sóli-
do. De esta manera, se podrán ajustar el diseiio y la operación
del reactor para mejorar dicha degradación.
Existe abundante bibliografía referente a la determinación
de lignina asociada con métodos para obtener carbohidratos.
Después de un proceso de extracción, la muestra es tratada
con un ácido fuerte; así la celulosa se Iiidroliza y solubiliza
(Giger y Pochet 1987) y queda un residuo insoluble de lignina
ya que su estructura condensada impide su hidrólisis. Por
acción de los ácidos fuertes se produce la ruptura de los com-
puestos lignocelulósicos en los que hemicelulosas y lignina
forman una matriz rnacromolecular que rodea a la celulosa pm
tegidndola contra el ataque bacteriano (Lee 1992) ya mencio-
nado pero que tambidn interfiere en su hidrólisis total.
La acción de ácidos concentrados sobre la lignina puede
solubilizarla parcialmente, reprecipitando por dilución; este
proceso de
solubilización-reprecipitación
está sujeto a discu-
sión ya que como indica Van Soest (1994), algunos investiga-
dores plantean que no sena la lignina la que se disolvería sino
otros compuestos fenólicos de menor peso molecuíar tambidn
presentes. El sólido residual puede estar formado no solamen-
te por lignina, en particular algunos métodos pueden producir
algún tipo de residuo sólido (artifacts).
Giger y Pochet (1987) indican que ocurre reprecipitación de
la "lignina ácido soluble" si se diluye después del tratamiento
con hcido concentrado. La hidrólisis en medio ácido diluido
permite a su vez, la disolución de la hemicelulosa y de las
sustancias micas. Todo lo antedicho beneficia la determina-
ción gmvimdtrica de la lignina y garantiza la reprecipitación de
la lignina soluble. Es decir, que por la acción sucesiva de hcido
concentrado y diluído se llega a romper la estructura de los
compuestos lignocelulósicos, permaneciendo la lignina en
es-
tado sólido e hidrolizándose el resto.
Aparecen como mdtodos más apropiados para el anhlisis de
efluentes, el de Effland (1 977) que, aunque referido a madera y
pulpa de madera, usa muestras de 200 a 300 mg y el de Kraus y
Marlett (1 990) que también trabajan con muestras del orden de
los 100 mg en determinaciones en materia fecal. En ambos
casos, hay una etapa previa de extracción que permite eliminar
parte de las interferencias de la matriz tales como la materia
fecal o compuestos nitrogenados que contribuyen a aumentar
el residuo de lignina; presenta el inconveniente de que extrae
cierta cantidad de azúcares neutros, pero los autores que lo
han estudiado consideran que se mantiene dentro de valores
aceptables.
La lignina también puede ser analizada por métodos
instrumentales de análisis pero cabe aclarar que el término
"lignina" no se refiere a un solo compuesto químico, sino a
una serie de grandes moléculas poliméricas estructuralmente
semejantes. Esto significa que esos métodos sólo pueden apli-
carse en caso de contarse con una "lignina patrón".
En este trabajo se presenta un método para la deterinina-
ción de lignina relativamente rápido, simple y para muestras
pequeñas, que permite además determinar celulosa bajo la for-
ma de sus productos de hidrólisis por procedimientos ya co-
nocidos como se indica más adelante.
MATERIALES Y
MÉTODOS
Se realizaron ensayos preliminares, buscando el tipo de ex-
tracción más adecuado para la eliminación de los interferentes
arriba mencionados. En el caso de la realizada con etanol-
benceno (1 :2 en volumen) recomendada por Effland (1 977), el
porcentaje de extracción fue de 46% mientras que con ácido
acético-acetato de etilo (1
:
1 en volumen) propuesto por Kraus
y Marlett (1 990), fue de 40%. Tal como indican Giger y Pocliet
(1987), el mayor porcentaje de sólido extraído, se debe a la
solubilización parcial de la lignina por la utilización de alcohol
en caliente. Además en el primer caso, el residuo queda aun
fiiertemente teñido cuando la extracción parece estar finaliza-
da. Se opta entonces, por la extracción con ácido acético y
acetato de etilo.
Para la determinación de lignina y ante la imposibilidad de
realizar liofilizaciones, se eligió la técnica de Kraus y Marlett
(1990) modificada.
Debe realizarse también la corrección de cenizas (presencia
de sílice) sobre el precipitado, porque de otra manera serían
incluidas como lignina.
Procedimiento operativo
La suspensión que se va a analizar se trata de manera inten-
sa con agitador magnético. Se toman 50 m1 y se centrifugan a
velocidad 7 (máxima) durante 15 min. Se tira el líquido
sobrenadante. Se trasvasa a una cápsula pesada, se seca en
baíío de agua a ebullición (BM) y luego en estufa a 105"C,
se
pesa: residuo sólido. Se humedece bien el residuo y se arrastra
con ayuda de 6 ml de ácido acético-acetato de etilo 1: 1 (v:v) a
tubo de centrífuga; se pone a BM en ebullición durante 2 112 h
cuidando de mantener volumen. Se centrifuga durante 15 min
a velocidad 7, se tira el Iíquido sobrenadante. Se lava con 3 m1
de acetato de etilo, se centrifuga a velocidad 7 durante 15 inin,
se tira el Iíquido sobrenadante. Se arrastra con ayuda de agua
a la cápsula pesada, se seca en BM y en estufa a 105"C, se
pesa: residuo de la extracción. Se trata en la misma cápsula
con
1 m 1
de H2SO4 concentrado
(
12 M) durante 1 h a tempera-
tura ambiente. Se arrastra con ajuda de 1 1 m1 de agua a ur.
erlenmeyer, se calienta a ebullición durante media hora, mante-
niendo el volumen. Se filtra al vacío producido con bomba de
agua por filtro Whatman GFIA calcinado a 550°C y previamen-
te pesado, se lava hasta pH neutro. Se seca hasta peso cons-
tante:
-a 105°C: peso lignina bruta
-
a 550°C: peso residuo fijo
El filtrado se afora a 50 m1 y se utiliza para la determinación
de azúcares reductores.
Análisis estadístico
Los datos obtenidos fueron tratados según los criterios de
Lacroix (1 973) para el rechazo de resultados con una probabili-
dad del 95% que establecen que se deben descartar las medi-
das individuales que queden fuera de los limites:
-
x
*
(d.e.) t
(1)
donde:
X
=
media de los resultados individuales x
d.e.
=
desviación estándar
t
=
de Student con P
>
0.05
n
=
cantidad de muestras
n-1
=
grados de libertad
Se efectuaron un total de 9 corridas en 2 condiciones de
extracciijn diferentes: exqracción durante 20 horas a temperatu-
ra ambiente tal coino lo proponen Kraus y Marlett (1 990) (5
medidas) y una alternativa más rápida, extracción en BM a
100°C durante 2 horas y media (4 medidas).
Se obtuvieron 2 series de medidas (Tabla
1):
residuo sólido
(obtenido por secado de la muestra a 105"C), residuo de la
extracción con ácido acético-acetato de etilo secado a 105°C y
de la lignina (obtenido por diferencia entre el peso del residuo
de la reacción con H2S04 a 105°C y 550°C y que se expresa en
la columna peso neto).
La tabla
1
presenta también los valores de las medias al pie
de las columnas correspondientes a los pesos, los valores de
los desvíos d y de sus cuadrados d2 con la suma correspon-
diente al pie de estas coluinnas, los que permiten calcular la
desviación estándar (d.e.). pan el residuo sólido, el residuo de
extracción y el peso neto del residuo de lignina. Estos valores
aparecen también en la tabla
1
y permiten calcular para cada
uno de los tres casos los límites de confianza definidos por la
expresión
(1).
Para determinar si las dos series de medidas presentan re-
sultados estadísticamente semejantes, se les trató para el caso:
comparación de la influencia de un solo factor cuando el nú-
mero de medidas es diferente (Lacroix 1973). Este autor propo-
ne el cálculo de una teXp
a partir de los datos individuales x,
sus medias y el numero de grados de libertad de cada serie tal
DETERMINACION
RÁPIDA DE LIGNINA
TABLA
1.
DETERMINACIÓN DE LlGNINA
Extracción durante 20 h en frío
Muestra
a
b
C
e
f
Residuo sólido
Peso (€9
d
d"
0.0737
-2.20E-04 4.84E-08
0.0723
-1.62E-03 2.62E-06
0.0769
2.98E-03 8.88E-06
0.0725
-1.42E-03 2.02E-06
0.0742
-2.80E-04 7.84E-08
Residuo de extracción
Peso (g)
d
d
0.0394
-4.76E-03 2.27E-05
0.0418
-2.36E-03 5.57E-06
0.0476
3.44E-03
1.18E-05
0.0455
1.34E-03 1.80E-06
0.0465
2.34E-03
5.48E-06
Residuo de lignina
P. bruto
P. neto
d
d2
0.0220
0.0193
2.42E-03 5.86E-06
0.0225
0.0176
7.20E-04 5.18E-07
0.0225
0.0179
1.02E-03 1.04E-06
0.0205
0.0147 -2.18E-03 4.75E-06
0.0207
0.0149 -1.98E-O3 3.92E-O6
0.0739
4.738-05
0.0216
0.0169
1.61E-05
d.e.
=
0.0020
rechazo según Lacroix:
P
=
95%
n
-
1
=
4
t
=
2.776
Limites:
0.0688
0.0346
0.01 13
0.0790
0.0537
0.0224
Extracción durante 2.5 h en caiiente
Residuo sólido
Residuo de extracción
Residuo de lienina
Muestra
d
g
h
Peso (g)
d
d
f
0.0489
2.85E-03
8.128-06
0.0439 -2.15E-03
4.628-06
0.0464
3.50E-04
1.22E-07
0.0450 -].OSE-03
l.lOE-06
P. bruto
P. neto
d
d2
0.0210
0.0149 -1.50E-03 2.25E-06
0.0189
0.0160 -4.00E-04 1.60E-07
0.0221
0.0184
2.00E-03 4.00E-06
0.0183
0.0163 -1.00E-04 1.00E-08
rechazo según Lacroix:
P
=
95%
n-1 =3
t=3.182
Límites:
0.0588
0.0817
Para la totalidad de las muestras:
Residuo sóiido
Residuo de extracción
Residuo de lignina
Medias:
0.0723
0.0450
0.0164
d.e.
=
0.0032
d.e.
=
0.0029
d.e.
=
0.0017
rechazo según Lacroix:
Limites:
0.0649
0.0382
0.0128
0.0797
0.0518
0.0206
como
se
detalla en la
tabla
11.
Ese valor es comparado a la
t
de
Student obtenida de tablas para las mismas condiciones.
Los resultados que se presentan en la
tabla
1
indican que los
valores de todas las muestras quedan dentro de sus respectivos
intervalos de confianza y que ninguno debe ser rechazado.
En la
tabla
11
se comparan los resultados encontrados en
cada tiempo de extracción. En ésta se observa que la teq es
mucho menor que la obtenida en las tablas corrientes para la t
de Student, de donde se concluye que no hay diferencia esta-
dística significativa entre ambos casos, lo que permite que
todos los datos sean tratados como pertenecientes a un solo
grupo.
En el pie de la
tabla
1
se encuentra el tratamiento de datos
correspondiente a la totalidad de las corridas.
Con relación al análisis de carbohidratos, se puede indicar
muy rápidamente que se conocen diferentes métodos instru-
mentales para la determinación de glucosa, los enzimáticos
entre otros. En ensayos preliminares, no se consiguió analizar
glucosa en el filtrado por métodos enzimáticos; esto sería
causado por la presencia de algún inhibidor de la enzima
(fenoles, por ejemplo, que podrían estar presentes por disolu-
ción parcial de lignina) ya que ese filtrado es una mairiz quími-
ca relativamente compleja.
En el caso en estudio, esta determinación
se
realizó midien-
do aziicares reductores por volumetría redox (método de
Luff-
Sc hoorl).
Se encuentra un método relativamente rápido para analizar
lignina en efluentes de mataderos que se puede realizar con
medios muy sencillos. El método permite además hacer, en una
manipulación única, otras medidas como las de residuos a 1 10
TABLA
11.
COMPARAC~~N
DE DOS VARIANTES EN LAS EXTRAC-
CIONES DEL RESIDUO LIGNOCELUL~SICO
Media de a:
x.
=
0.01 69
Media de b:
=
0.0164
Diferencia: d
=
0.0005
gil
Este trabajo se realizó con el apoyo financiero del Proyecto BID-
CONICYT 49/94 "Tratamiento anaerobio de efluentes de frigorí-
fico"
.
Desviación estándar: d.e.
1
t
de tablas para N
=
(5-1)
+
(4-1)
y
P
=
95%
t
=
2.365
y 550°C. La opción de efectuar la extracción en caliente permite
disminuir el tiempo de extracción de veinte horas a dos y media.
Una
vez separada la lignina, es posible analizar glucosa y
otros azúcares reductores en la solución remanente.
Teniendo en cuenta que en la mayoría de los efluentes produ-
cidos por las agroindustrias (malterías, por ejemplo) se presenta
el problema de sólidos suspendidos de tipo lignocelulósico, el
desarrollo de esta técnica analítica puede tener un uso general,
inás allá del problema específico para el cual fue desarrollada.
Colberg P. (1 988). Anaerobic microbial degradation of cellulose,
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Biology of Anaetwbic Mictworganisms
(A. Zehnder, Ed.)
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Effland M. (1 977). Modified procedure to determine acid-insolu-
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and pulp. Tappi 60,143-144
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Tech. C.RZ.V.Theiu.I.N.RA. 70,4940
Kraus R J. y Marlett J.A. (1 990). Measuring lignin in human and
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Lacroix Y. (1 973).
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Lee J. (1992).
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Martinez J., Bomcconi L., Mallo M., Galisteo M. y
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