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Sistema de Información Científica
Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal
Rev. Int. Contam. Ambie. 32 (3) 303-313, 2016
DOI: 10.20937/RICA.2016.32.03.05
EVALUACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE GRASAS Y ACEITES RESIDUALES DE COCINA
PARA LA PRODUCCIÓN DE BIODIÉSEL: UN CASO DE ESTUDIO
Veymar Guadalupe TACIAS PASCACIO
1
, Arnulfo ROSALES QUINTERO
2
* y
Beatriz TORRESTIANA SÁNCHEZ
1
1
Unidad de Investigación y Desarrollo en Alimentos, Instituto Tecnológico de Veracruz. Avenida Miguel Ángel
de Quevedo 2779. Colonia Formando Hogar, Vercruz, Veracruz, México, C.P. 91897
2
Instituto Tecnológico de Tuxtla Gutierrez. Carretera Panamericana km. 1080, Apartado Postal 599,Tuxtla
Gutiérrez, Chiapas C.P. 29000
* Autor para correspondencia: btorrest@itver.edu.mx
(Recibido mayo 2015; aceptado noviembre 2015)
Palabras clave: contaminación, residuos, aprovechamiento, biocombustibles, diésel
RESUMEN
Se evaluó de forma sistemática la cantidad de grasas y aceites (GAR) generada por
la industria restaurantera en la ciudad de Tuxtla Gutiérrez, Chiapas. Los resultados
indicaron que en la ciudad se producen en promedio 174 t de GAR por año prove-
nientes de ocho tipos de restaurantes en la siguiente proporción: 41 % restaurantes
formales, 24 % comida rápida, 8 % taquerías, 7 % antojitos, 6 % cocinas económicas,
6 % bares, 4 % gorditas y 4 % rosticerías. Además, muestras representativas de GAR
provenientes de cada tipo de restaurante fueron caracterizadas para la producción de
biodiésel en términos de viscosidad, estabilidad oxidativa, contenido de ácidos grasos
libres (AGL), índice de acidez (IA), índice de saponifcación, contenido de humedad
y composición de ácidos grasos. El análisis fsico y químico indicó que todas, excepto
las GAR generadas por restaurantes de comida rápida, cumplen con los niveles de AGL
e IA, recomendados para la transesterifcación alcalina. Considerando la población
de la ciudad, se estimó un promedio de producción de GAR de 0.31 t/año por cada
1000 habitantes. Un análisis basado en estas cifras sugiere que en México se podrían
obtener 34.9 kt de biodiésel/año y evitar la emisión de 92 kt de CO
2
/ año, reduciendo
así la contaminación en el país.
Key words: pollution, waste, exploitation, biofuel, diesel
ABSTRACT
The waste cooking oils and fats (WCOF) from the catering industry were systematical-
ly evaluated in Tuxtla Gutierrez, Chiapas. Results pointed out that the eight restaurant
types found in the city produced 174 t of WCOF/year in the following proportion: 41 %
formal restaurant, 24 % fast food, 8 %
taquerias
, 7 %
antojitos
, 6 % soup kitchens,
6 % bars, 4 % gorditas and 4 % roast chicken shops. In addition, representative
samples of WCOF coming from every restaurant type were characterized for bio-
diesel production, in terms of viscosity, oxidative stability, free fatty acid content,
acid value, saponifcation number, moisture content and Fatty acid composition.
V.G. Tacias Pascacio
et al.
304
The physicochemical analysis suggests that all the WCOF produced in the
city, except that coming from the fast food cooking, met the recommended
free fatty acid levels and the acidity values for alkaline transesterification.
Based on the population of the city an average production of 0.31 t/year
of WCOF per 1000 inhabitants was estimated. Projecting this ±gure to the whole
country of Mexico, 34.9 kt of this fuel would be obtained per year, which would avoid
the emission of 92 kt/year of CO
2
and contribute to reduce pollution in the country.
INTRODUCCIÓN
El aumento en la población mundial, la bús-
queda de la comodidad y las actividades diarias,
son factores que contribuyen al incremento en el
consumo de energía y a la generación de residuos.
Los problemas ambientales (emisión de gases de
efecto invernadero y la lluvia ácida) derivados de
las actividades humanas, además de los problemas
económicos asociados con el incremento en el
precio y la escases del petróleo, han estimulado
la búsqueda de combustibles renovables con el
objetivo de reducir el consumo o incluso sustituir
completamente a los combustibles derivados del
petróleo (Mohibbe
et al.
2005, Canesin
et al.
2014).
El biodiésel es un combustible alternativo al
diésel de petróleo, es un producto biodegradable,
no tóxico y menos perjudicial para el ambiente en
comparación con el diésel de petróleo. Este com-
bustible es una mezcla de metil ésteres de ácidos
grasos (FAME, por sus siglas en inglés), obtenidos
de recursos renovables, como los aceites vegetales
y las grasas animales, con bajo valor comercial
(Dias
et al.
2009, Ibeto
et al.
2011). El biodiésel
es obtenido por transesteri±cación de triglicéridos,
constituyentes principales de los aceites vegetales
y grasas animales, con un alcohol de cadena corta
(metanol, principalmente), en presencia de un cata-
lizador adecuado. Los catalizadores alcalinos como
el hidróxido de potasio o de sodio y los metóxidos
de potasio y sodio, son los catalizadores más co-
múnmente utilizados en la producción de biodiésel
(Predojević 2008). La transesteri±cación consiste
en tres reacciones consecutivas reversibles donde
los triglicéridos son convertidos a diglicéridos, los
diglicéridos a monoglicéridos y estos a glicerol
(subproducto principal de la reacción). En cada eta-
pa se usan tres moléculas de alcohol por molécula de
triglicérido. Estequiométricamente se producen tres
moles de éster por cada mol de triglicérido (Sharma
y Singh 2008) como se indica de forma resumida
en la reacción 1:
CH
2
-O-CO-R
1
CH
2
-OH
CH
2
-OH
R-O-CO-R
1
CH-O-CO-R
2
+
3 ROH
(Catalizador)
CH
2
-O-CO-R
3
Triglicéridos
Alcohol
Glicerol
Ésteres
CH-OH+R-O-CO-R
2
R-O-CO-R
3
(1)
La principal desventaja de la catálisis alcalina es
su alta sensibilidad a la pureza de los reactivos, así
como al contenido de ácidos grasos libres y agua. El
contenido de ácidos grasos libres no debe exceder
ciertos límites, debido a que pueden promoverse
reacciones indeseadas de saponi±cación (reacción
2). Esto reduce la e±ciencia del catalizador y el ren
-
dimiento de ésteres (biodiésel). Además di±culta los
procesos de separación de ésteres y glicerol (Cao
et
al.
2006, Huang
et al.
2010).
R—COOH
+
NaOH
ó
KOH
RCOONa
+
ó RCOOK
+
+
H
2
O
AGL
Catalizador
alcalino
Jabón
(2)
El biodiésel obtenido a partir de aceites vegetales
es una alternativa para reemplazar parte del petróleo
demandado. Sin embargo, las grandes cantidades
de aceite comestible requeridas para la generación
de energía pueden conducir a una crisis en el sumi-
nistro de alimentos y a un desequilibrio económico
(Canesin
et al.
2014). Por otro lado, la generación
de aceites residuales se está convirtiendo en un pro-
blema creciente en todo el mundo (Felizardo
et al.
2006, Kulkarni y Dalai 2006, Chhetri
et al.
2008,
Predojević 2008). El manejo de las grasas y aceites
residuales (GAR) es un reto importante, debido a los
problemas relacionados con su eliminación y a su
posible contribución a la contaminación del agua y el
suelo (Chhetri
et al.
2008). Con base en estimaciones
reportadas en siete países, en la Unión Europea se
producen alrededor de 0.4 Megatoneladas (Mt) de
GAR, principalmente provenientes de la industria
restaurantera, mientras que en Irlanda, la cantidad
EVALUACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE GRASAS Y ACEITES RESIDUALES
305
de aceite de cocina residual reciclado fue de 9381 t
en el año 2006 (Singh
et al.
2010). Hasta donde se
tiene conocimiento, no hay información disponible
sobre la cantidad de GAR producidas en ninguna
ciudad de México.
La alternativa de utilizar los aceites de cocina
residuales de hogares y de la industria restaurantera
es de gran importancia. Sin embargo, un inconve-
niente del uso de aceites residuales como materia
prima para la producción de biodiésel es que tienen
propiedades diferentes a las de los aceites reFnados
o crudos, ya que son degradados por reacciones
hidrolíticas y oxidativas que ocurren durante su uso
(Costa Neto
et al.
2000). Las propiedades de los
aceites vegetales residuales dependen del tipo de
tratamiento al que son sometidos. El tipo de aceite,
duración de la cocción, temperatura del aceite,
exposición al aire, periodo de almacenamiento y el
tipo de alimento cocinado, determinan la presencia
de contaminantes primarios y secundarios, que le
darán al aceite residual sus características Fnales
(Encinar
et al.
2005, Kulkarni y Dalai 2006, Wyse-
Mason y Beckles 2012). Las altas temperaturas de
los procesos típicos de cocción y el agua de los
alimentos, aceleran la hidrólisis de los triglicéridos
e incrementan el contenido de ácidos grasos libres
(AGL), impartiendo al aceite un color más oscuro y
un olor desagradable (Felizardo
et al.
2006).
Por otro lado, los contenidos de agua y de AGL
de la materia prima afectan el proceso de transeste-
riFcación de glicéridos con alcoholes e interFeren
en la separación de los ésteres de ácidos grasos y
glicerol (Freedman
et al.
1984). El agua, prove-
niente de las grasas y aceites o la formada durante
la reacción de saponiFcación, retarda la reacción
de transesteriFcación a través de reacciones de
hidrólisis (reacción 3). Los triglicéridos pueden
ser hidrolizados a diglicéridos y formar más AGL
(Leung
et al.
2010).
CH
2
-O-CO-R
1
CH-O-CO-R
2
+
H
2
O
CH
2
OH
CH-O-CO-R
2
+
R
1
-COOH
CH
2
-O-CO-R
3
CH
2
-O-CO-R
3
Triglicérido
Diglicérido
Agua
AGL
(3)
Una segunda reacción de hidrólisis (reacción 4)
puede ocurrir cuando se usa un catalizador alcalino,
en la cual los alquil ésteres ya formados (biodieésel)
son convertidos en ácidos grasos libres (Abbaszaadeh
et al.
2012).
RCOOR´ + H
2
O
Catalizador
alcalino
RCOOH + R´OH
Álquil éster
AGL
(4)
Por lo tanto, las reacciones secundarias como
saponiFcación e hidrólisis deben ser mantenidas al
mínimo durante la transesteriFcación alcalina.
Lo anterior indica que el éxito del proceso de
conversión de grasas y aceites residuales en biodié-
sel depende de varios factores entre ellos el tipo de
catalizador y las características Fnales de los aceites
residuales utilizados como materia prima. Sin embar-
go, las propiedades Fsicas y químicas de las GAR
provenientes de restaurantes dependen del tipo de
comida y de las prácticas de cocina utilizadas. México
tiene una tradición culinaria muy diversa, que se ve
re±ejada en su amplia variedad de restaurantes. Por lo
tanto, la identiFcación de la calidad de las GAR pro
-
ducidas por los restaurantes en una ciudad del país,
es un requisito para establecer condiciones óptimas
de operación si se desea establecer un proceso de
producción de biodiésel a partir de esta materia prima.
Sobre esta base, el objetivo de este trabajo fue
estimar el volumen de grasas y aceites de cocina
residuales producidos en la ciudad de Tuxtla Gu-
tiérrez, como un caso de estudio y caracterizarlos
para evaluar su potencial como materia prima para
la producción de biodiésel. Los resultados obtenidos
fueron utilizados para estimar el impacto asociado
a la transformación de las GAR provenientes de la
industria restaurantera en biodiésel, en relación con
el consumo de diésel fósil y en consecuencia, en la
reducción de las emisiones de CO
2
en México.
MATERIALES Y MÉTODOS
Materiales
Todos los reactivos y disolventes utilizados en
esta investigación fueron grado analítico. El etanol
y el hidróxido de potasio fueron marca Fermont
(Productos Químicos Monterrey, Monterey, Nuevo
León, México), el tolueno y el hexano, Sigma Aldrich
(Sigma-Aldrich, Inc., San Luis, EUA) y el ácido
clorhídrico, sulfúrico y metanol fueron J.T. Baker
(Mallindckrodt Maker, Inc. Phillipsburg, EUA).
Estimación de la producción de grasas y aceites
de cocina residuales (GAR)
La estimación de la cantidad de grasas y aceites
de cocina residuales (GAR) producida en la ciudad
V.G. Tacias Pascacio
et al.
306
de Tuxtla Gutiérrez fue realizada en dos etapas. En
primer lugar, se contabilizaron los restaurantes regis-
trados en la ciudad y se clasifcaron de acuerdo con
su tamaño y tipo de cocina. Esto se llevó a cabo entre
septiembre y octubre de 2013 y se realizó dividiendo
la ciudad en 25 sectores. Cada sector se asignó a un
grupo de 6 a 8 personas. Posteriormente, se realizó un
monitoreo aleatorio de una vez por semana durante
un mes (febrero 2014) a tres restaurantes de cada tipo
(previamente clasifcados) para estimar la cantidad
total de GAR producida en la ciudad por semana.
Esto permitió determinar la contribución porcentual
de cada tipo de restaurante al volumen total de GAR
producido en la ciudad.
Defnición y preparación de las muestras de GAR
Las muestras de GAR recolectadas en los tres
restaurantes de cada tipo se mezclaron para confor-
mar una muestra representativa del tipo de cocina.
Posteriormente, se preparó una mezcla de GAR
(MGAR) de muestras representativas de los dife-
rentes tipos de restaurantes tomando como base la
contribución proporcional (%v/v) de cada tipo de
restaurante al volumen total de GAR producido en
la ciudad. Se analizó también una muestra de aceite
comercial fresco.
La preparación de las muestras consistió inicial-
mente en la remoción física de sedimentos y partículas
de alimento residuales. Estas fueron calentadas a
aproximadamente 40 ºC y se dejaron reposar por dos
horas para favorecer la sedimentación. Se cernieron a
través de un fltro comercial de 100 % polipropileno, se
colocaron en frascos de vidrio color ámbar protegidos
de la luz y se almacenaron a 4 ºC hasta su uso.
Caracterización fsica y química de las GAR
Las propiedades fsicas y químicas de las muestras
de GAR se evaluaron usando los métodos de la Aso-
ciación Ofcial de Químicos Analíticos (AOAC, por
sus siglas en inglés). El contenido de ácidos grasos
libres se expresó como porcentaje de ácido oleico y se
determinó el índice de acidez (método 940.28), índice
de saponifcación (método 920.160) y contenido de
humedad (método 926.12) para evaluar la degrada-
ción y la viabilidad de las GAR para la producción
de biodiésel. Además, se determinó la densidad y
viscosidad (viscosímetro Stabinger modelo SVM
3000), la estabilidad oxidativa (873 Biodiésel Ran-
cimat) y la composición de ácidos grasos.
Para determinar el perfl de ácidos grasos, las
muestras fueron primero convertidas a sus respecti-
vos metil ésteres. Para preparar los ésteres de ácidos
grasos se utilizaron aproximadamente 5 mg de cada
muestra, a las que se les agregó 0.2 mL de tolueno y
0.4 mL de H
2
SO
4
al 1 % en metanol. Las muestras
se calentaron a 80 ºC durante 30 min y se dejaron
enfriar a temperatura ambiente. Los ésteres de ácidos
grasos producidos se extrajeron agregando 1 mL de
hexano y 1 mL de agua. La fase de hexano se dejó
evaporar y los ésteres de ácidos grasos fueron re-
constituidos nuevamente en hexano para su análisis
(Fozo y Quivey 2004).
La composición de los ésteres metílicos se deter-
minó por cromatografía de gases- espectrometría de
masas (GC-MS) (Agilent Technologies modelo 5975
inert XL Net Work GC system) a una temperatura de
entrada de 250 ºC, Fujo en la columna: 1 mL/min,
Fujo dividido: 100 mL/min, volumen de inyección:
1 mL, división: 100:1, temperatura inicial en el horno:
60 ºC, tiempo de mantenimiento (1): 5 min, rampa
(1): 20 ºC/min hasta 210 ºC, tiempo de mantenimiento
(2): 0 min, rampa (2): 1 ºC/min hasta 213 ºC, tiempo
de mantenimiento (3): 0 min, rampa (3): 20 ºC/min
hasta 225 ºC, tiempo de mantenimiento (4): 25 min,
temperatura fnal del horno: 225 ºC, columna: ca
-
pilar DB-WAX, 60 m × 250 mm × 0.25 mm, gas
acarreador: helio.
La composición de los ésteres metílicos en las
muestras analizadas se determinó por espectrometría
de masas, utilizando el programa de búsqueda NIST
Mass spectral NIST/EPA/NIH Mass Spectral (versión
de biblioteca 2.0d, 2005).
El índice de saponifcación (IS) se estim
ó de
acuerdo con la Ec. 5, la cual relaciona el IS con el
índice de acidez (IA) (Canesin
et al.
2014):
Éster (%) =
IS
IA
IS
× 100
(5)
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Clasifcación y cuantifcación de restaurantes
Se registraron 793 restaurantes en la ciudad de
Tuxtla Gutiérrez y ±ueron clasifcados en ocho cate
-
gorías con base en el tipo de cocina: 1) restaurantes
formales, fueron los establecimientos más grandes
donde los platillos se ordenan a partir de un menú,
2) taquerías, donde se sirve todo tipo de tacos,
3) rosticerías, donde el pollo rostizado es el platillo
principal, 4) cocinas económicas, donde se ofrecen
menús con pocos platillos (regionales), bajo el esque-
ma de comida corrida de tres tiempos, 5) gorditas,
donde el platillo principal son las gorditas hechas
a base de maíz y rellenas principalmente de carne,
EVALUACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE GRASAS Y ACEITES RESIDUALES
307
6) bares, donde se sirven botanas, 7) establecimien-
tos de comida rápida, que preparan principalmente:
pizza, hamburguesas, papas y pollo frito y 8) anto-
jitos, donde se preparan comidas típicas mexicanas,
comúnmente a base de maíz y con un alto contenido
de grasas. De éstos, los más numerosos fueron los
restaurantes formales, taquerías y cocinas econó-
micas, con 180 (23 %), 167 (21 %) y 165 (21 %)
establecimientos, respectivamente (
Fig. 1
). Las
prácticas de cocina, el tipo de alimento, los aditivos
empleados, el aceite utilizado y las veces que el aceite
es reutilizado varía en cada restaurante, por lo que la
cantidad y características de las GAR producidas por
cada tipo de restaurante, también fueron diferentes.
Estimación de la producción de GAR
El monitoreo realizado permitió estimar la canti-
dad total de GAR producida en la ciudad e identifcar
a los restaurantes que generaron el mayor volumen
de éstos. Puede observarse, en la
fgura 2
, que los
restaurantes formales, además de ser los más nume-
rosos, fueron los principales generadores de GAR
con 1654 L/semana, así como los restaurantes de
comida rápida, los cuales produjeron 963 L/sema-
na de GAR. Los demás restaurantes tuvieron una
producción de GAR similar, la cual varió entre 150
y 298 L/semana. La producción total semanal de
GAR en la ciudad de Tuxtla Gutiérrez fue de 3990 L
(
Cuadro I
). La contribución a la producción total
de GAR de los restaurantes formales, comida rápi-
da, taquerías, antojitos, cocinas económicas, bares,
gorditas y rosticerías fueron de 41 %, 24 %, 8 %,
7 %, 6 %, 6 %, 4 % y 4 %, respectivamente. Tomando
como base estas cifras, el volumen total estimado de
GAR producido en la ciudad fue de 191 524 L/año,
los cuales asumiendo una densidad de 0.9079 kg/L
equivalen a 174 t de GAR por año.
La población total en la ciudad de Tuxtla Gutiérrez
en el año 2010 fue de 553 374 habitantes (INEGI
2014), lo que sugiere que los restaurantes produ-
cen un promedio de 0.31 t/año de GAR por cada
1000 habitantes. Al considerar esta cifra como una
tasa representativa de producción de GAR en Mé-
xico, la cantidad estimada de GAR generada por
año sería de 35 kt (38 879 989 L) en todo el país
(112 336 538 habitantes, INEGI 2014). Cabe señalar
que esta es una proyección moderada para el país,
ya que la cantidad total de GAR/año generada en
ciudades más grandes, como Monterrey o la ciudad
de México, podría ser mayor puesto que las personas
que viven en ciudades más grandes e industrializadas,
comen con mayor frecuencia en restaurantes que las
que viven en ciudades pequeñas. La cantidad total
de GAR estimada para México es muy baja en com-
paración con las 113 000 kt de GAR de restaurantes
y establecimientos de comida rápida que son reco-
lectadas anualmente en los Estados Unidos (Canakci
2007). Sin embargo, es mayor comparada con los
2.5 millones de L/año de GAR generada por los
restaurantes en Croacia (Ćosić
et al.
2010). Se sabe
que la producción de GAR depende de la población
y que está relacionada con los niveles de actividad de
los sectores restaurantero y hospitalario, los cuales,
200
180
160
140
120
100
Número de restaurantes
80
60
40
20
Tipos de restaurantes
0
Formale
s
T
aquería
s
Cocinas económica
s
Antojito
s
Comida rápida
Ba
r
es
Gordita
s
Rosticería
s
Fig 1.
Número y clasifcación de restaurantes que Fueron regis
-
trados en la ciudad de Tuxtla Gutiérrez, Chiapas, México
Fig. 2.
Volumen de grasas y aceites residuales (GAR) genera-
dos por la industria restaurantera en la ciudad de Tuxtla
Gutiérrez, Chiapas, México
1800
1600
1400
1200
1000
GAR (L/semana)
800
600
400
200
Tipos de restaurantes
0
Formales
Ta
querías
Cocinas económicas
Antojitos
Comida rápid
a
Bare
s
Gorditas
Ro
sticería
s
V.G. Tacias Pascacio
et al.
308
a su vez, están vinculados con la actividad general
de la economía y en particular con el sector turismo,
que se relaciona con el grado de industrialización de
cada país (Singh
et al.
2010).
Caracterización fsica y química de las GAR para
producción de biodiésel
Se realizó la caracterización física y química de
muestras representativas de GAR provenientes de los
diferentes tipos de restaurantes para evaluar su poten-
cial como materia prima para producir biodiésel. Se
encontró que el índice de acidez (IA), los niveles de
ácidos grasos libres (AGL), la estabilidad oxidativa,
la viscosidad y la composición de ácidos grasos,
fueron diferentes en todas las muestras de GAR
analizadas (
Cuadros I
y
II
). Esto era de esperarse ya
que todos los restaurantes utilizan diferentes tipos de
aceites y la duración de cocción, el tipo de alimento
cocinado, los aditivos empleados y las prácticas de
cocina son también distintas. Esto mismo ha sido
registrado por otros investigadores como Wyse-
Mason y Beckles (2012).
Además, se observó que el IA y los niveles AGL
de todas las muestras incluyendo la MGAR fueron
superiores a los obtenidos con el aceite fresco y que
estos índices en las GAR de los restaurantes de co-
mida rápida fueron el doble que los valores determi-
nados en el resto de las GAR analizadas. Esto puede
deberse a que la comida rápida es principalmente frita
y durante la fritura los niveles de AGL se incrementan
como consecuencia de la hidrólisis de los triglicéridos
en presencia de humedad y oxidación del alimento
(Canakci 2007).
Por el contrario, el porcentaje de humedad y el
índice de saponifcación presentaron pequeñas va
-
riaciones entre las muestras de GAR provenientes
de los ocho diferentes tipos de restaurantes y fueron
similares a los reportados por Wyse-Mason y Beckles
(2012). Estos autores compararon las propiedades de
GAR en 11 restaurantes y concluyeron que los valores
CUADRO I.
PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DE LOS ACEITES Y GRASAS RESIDUALES Y LA MEZCLA DE ESTOS
(MWCOF) OBTENIDOS DE LOS DIFERENTES TIPOS DE RESTAURANTES REGISTRADOS EN LA CIUDAD
DE TUXTLA GUTIÉRREZ, CHIAPAS, MÉXICO
Restaurantes
Acidez
(mg KOH/g)
Ácidos grasos
libres (%)
Saponifcación
(mg KOH/g)
Ester (%)
Humedad
(%)
Estabilidad
oxidativa (h)
Viscosidad
(mPa/s)
Antojitos
0.45 (0.01)
0.22 (0.01)
185.62 (1.76)
99.76
0.02 (0.01)
2.78 (0.06)
37.869
Bares
1.00 (0.01)
0.50 (0.01)
193.06 (2.33)
99.48
0.03 (0.02)
5.69 (0.07)
39.611
Cocinas
0.81 (0.01)
0.40 (0.01)
183.75 (1.66)
99.56
0.02 (0.00)
4.74 (0.09)
31.763
Comida rápida
4.98 (0.15)
2.51(0.08)
195.07 (4.33)
97.44
0.01(0.00)
2.78 (0.07)
39.727
Gorditas
0.94 (0.01)
0.47 (0.01)
196.31 (0.27)
99.52
0.01(0.00)
0.86 (0.03)
50.027
Formal
1.62 (0.01)
0.81 (0.01)
194.66 (2.04)
99.17
0.02 (0.00)
3.89 (0.02)
52.205
Rosticerías
0.99 (0.14)
0.50 (0.07)
185.55 (4.95)
99.46
0.03 (0.01)
0.44 (0.04)
34.104
Taquerías
1.89 (0.14)
0.95 (0.07)
192.53 (1.29)
99.02
0.05 (0.00)
2.94 (0.04)
36.949
MWCOF
2.09 (0.09)
1.05 (0.04)
198.54 (0.71)
98.95
0.04 (0.00)
3.29 (0.04)
40.098
Aceite puro
0.10 (0.00)
0.05 (0.00)
196.23 (1.65)
99.95
0.04 (0.02)
7.56 (0.30)
29.932
CUADRO II.
COMPOSICIÓN DE ÁCIDOS GRASOS DE LAS GRASAS Y ACEITES RESIDUALES PROVENIENTES DE LOS
DIFERENTES RESTAURANTES ASÍ COMO LA MEZCLA DE ELLOS (MWCOF) Y ACEITE COMERCIAL
Restaurantes
Contenido de ácidos grasos ( %)
Saturación
(%)
Insaturación
(%)
C14:0
C16:0
C16:1
C18:0
C18:1
C18:2
C18:3
C20:0
C20:1
Antojitos
0.54
12.13
1.10
4.45
37.62
36.51
6.58
0.47
0.60
17.58 (0.25)
82.42 (0.25)
Bares
0.34
10.89
0.80
4.40
48.59
27.46
6.46
0.30
0.76
15.93 (0.17)
84.07 (0.17)
Cocinas
0.45
10.72
0.59
3.90
40.18
35.89
7.78
-
0.48
15.07 (0.14)
84.93 (0.14)
Comida rápida
0.53
20.21
0.32
4.55
40.26
28.99
4.64
0.50
-
25.79 (0.51)
74.21 (0.51)
Gorditas
0.26
10.29
0.21
4.38
46.42
30.85
6.20
0.56
0.82
15.49 (0.29)
84.51 (0.29)
Formales
0.46
17.92
0.20
4.45
38.87
32.41
5.00
0.44
0.25
23.26 (0.21)
76.74 (0.21)
Rosticerías
1.07
24.49
5.68
6.75
38.87
21.23
1.92
-
-
32.30 (0.31)
67.70 (0.31)
Taquerías
2.52
27.16
3.10
15.33
40.39
10.25
0.86
-
0.40
45.01 (0.24)
54.99 (0.24)
MWCOF
0.62
17.82
0.51
5.75
40.98
28.77
4.51
0.50
0.55
24.69 (0.39)
75.31 (0.39)
Aceite puro
-
8.75
0.10
3.43
43.63
34.99
7.74
0.54
0.83
12.72 (0.13)
87.28 (0.13)
EVALUACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE GRASAS Y ACEITES RESIDUALES
309
superiores de IA y niveles de AGL obtenidos en las
GAR provenientes de los restaurantes de comida
rápida fueron resultado de una cocción intensa por
periodos de tiempo más largos. Por lo tanto, puede
suponerse que las GAR de los restaurantes de comida
rápida de la ciudad de Tuxtla Gutiérrez tuvieron una
intensidad y duración de cocción superior a la de las
GAR de los restaurantes de antojitos, bares, cocinas
económicas, gorditas, restaurantes formales, taque-
rías y rosticerías. Es interesante señalar que el IA y
los niveles de AGL reportados por Wyse-Mason y
Beckles (2012) para las GAR de los restaurantes de
comida rápida y pizzerías fueron más elevados que
los determinados en las GAR de esta misma clase de
restaurantes en la ciudad de Tuxtla Gutiérrez.
Se observó también una menor estabilidad oxidati-
va en las muestras de GAR (0.44-5.69 h) de todos los
restaurantes respecto a la del aceite fresco (7.56 h).
Este efecto ha sido también relacionado con las re-
acciones de degradación, tales como autooxidación,
polimerización y oxidación térmica, e hidrólisis ocu-
rridas durante la fritura, donde el aceite es sometido
repetidamente a altas temperaturas en presencia de
aire y humedad (Çaylı y Küsefoğlu
2008).
El IA y el contenido de AGL en el aceite son
parámetros clave que determinan la factibilidad de
una materia prima para la producción de biodiésel,
ya que el rendimiento de la transesteriFcación alca
-
lina (proceso más utilizado para la producción de
biodiésel) es altamente dependiente de la pureza de
los reactivos. Los AGL pueden reaccionar con el
catalizador alcalino para producir jabón y agua, indu-
ciendo la formación de emulsiones. La presencia de
agua puede también ocasionar la saponiFcación del
éster a pH alcalino. Estas reacciones incrementan la
cantidad de catalizador requerida para llevar a cabo
la transesteriFcación alcalina y diFcultan los procesos
de recuperación y puriFcación del biodi
ésel (Encinar
et al.
2005). Se ha señalado que la materia prima para
la producción alcalina de biodiésel debe ser anhidra
(contenido de agua < 0.3 %) y tener un IA inferior a
2 mg KOH/g (Freedman
et al.
1984, Liu 1994, Ca-
nakci 2007). Otros autores han observado que un
contenido de AGL cercano a 1 % (2 mg KOH/g) en
el aceite de cocina residual no tiene efecto en la con-
versión de ésteres metílicos por transesteriFcación
alcalina (Sharma 2008, Singh 2008, Upadhyay 2008).
Con base en lo anterior, las GAR obtenidas de todos
los restaurantes monitoreados en la ciudad, excepto
las GAR provenientes de restaurantes de comida
rápida, podrían ser materia prima adecuada para la
transesteriFcación alcalina, ya que su contenido de
AGL fue inferior al 1 % (
Cuadro I
). Sin embargo,
la mezcla de las grasas y aceites de cocina residua-
les (MGAR) provenientes de todos de restaurantes,
incluyendo los de comida rápida, presentó un IA y
un nivel de AGL muy cercano a los valores recomen-
dados para la catálisis alcalina. Esto indica que la
MGAR es adecuada para la producción de biodiésel
y sería una opción para el aprovechamiento de todas
las GAR producidas en la ciudad.
Puede verse también en el
cuadro I
que el con-
tenido de humedad fue similar en todas las muestras
e inferior, no sólo al del aceite fresco, sino también
a los valores sugeridos en la literatura para la tran-
sesteriFcación alcalina (Encinar
et al.
2005, Wyse-
Mason y Beckles 2012). Esto puede ser atribuído a
que las temperaturas usadas durante la cocción fueron
superiores al punto de ebullición del agua, lo que
promovió la evaporación de la misma. Por otro lado,
los valores de IS indican que la formación potencial
de ésteres de todos los tipos de GAR, así como los
de su mezcla, sería inferior que la estimada para el
aceite fresco (
Cuadro I
). Sin embargo, resultaría
suFciente para obtener altos rendimientos en la pro
-
ducción de biodiésel (98.95 % de ésteres), ya que la
Norma EN 14214 recomienda un valor mínimo de
96.5 % de ésteres.
Los valores de viscosidad determinados para todas
las GAR recolectadas en la ciudad, especialmente las
obtenidas de los restaurantes formales y de gorditas,
fueron superiores que los del aceite fresco. Esto
puede tener un impacto negativo en el rendimiento
del proceso de producción de biodiésel ya que a
mayor viscosidad se diFculta el contacto entre las
moléculas de aceite y de metanol, lo que disminuye
la solubilidad del aceite en el solvente, provocando
baja conversión de los triglicéridos (Leung y Guo
2006). Los incrementos en la viscosidad de las GAR
podrían atribuirse al complejo patrón de reacciones
termolíticas y oxidativas que ocurren en las grasas y
aceites durante el proceso de freído. Una alta visco-
sidad indica la formación de polímeros así como una
mayor cantidad y tipos de ácidos grasos presentes en
cada muestra (Maskan y Bağcı 2003, Canakci 2007).
Composición de ácidos grasos
Se determinó la composición de ácidos grasos
de las GAR recolectadas en la ciudad, ya que du-
rante la cocción los aceites están expuestos a altas
temperaturas en presencia de oxígeno y ésto facilita
un importante número de reacciones que alteran la
composición de ácidos grasos (Kulkarni y Dalai
2006, Wyse-Mason y Beckles 2012). Los resultados
presentados en el
cuadro II
indican que el ácido olei-
co (C18:1) se incrementó solamente en las muestras
V.G. Tacias Pascacio
et al.
310
provenientes de bares y gorditas. Lo anterior puede
deberse a la hidratación de los ácidos grasos más
insaturados por la presencia de agua y altas tempe-
raturas durante la cocción (Knothe y Steidley 2009,
Wyse-Mason y Beckles 2012). Por el contrario,
las muestras de los diferentes tipos de restauran-
tes presentaron un incremento en ácido palmítico
(C16:0) y ácido esteárico (C18:0). Este efecto puede
atribuirse a la ruptura de los ácidos grasos insatura-
dos durante la cocción moderada, ya que si bien los
ácidos grasos saturados pueden también reaccionar
para producir alcanos, alquenos, dióxido de carbono
y ácidos grasos de cadena más corta, esto sólo ocurre
cuando los aceites son sujetos a condiciones extremas
y uso prolongado (Kulkarni
et al.
2012). Por lo tanto,
la presencia de ácido mirístico (un ácido graso de
cadena más corta) en todas las muestras, excepto en
la de aceite fresco, y la disminución de los niveles
de ácido oleico observados en las GAR de antoji-
tos, cocina económica, comida rápida, restaurantes
formales, taquerías y rosticerías
,
son indicativos de
uso prolongado de los aceites en la mayoría de los
restaurantes (
Cuadro II
).
Por el contrario, la menor concentración de
ácidos grasos más insaturados (ácido linoleico y
linolénico) en todas las muestras de GAR respecto
al aceite fresco, señala que los ácidos grasos insa-
turados son menos estables que los ácidos grasos
saturados (Wyse-Mason y Beckles 2012). La con-
centración menor de ácidos grasos poliinsaturados
(linoleico y linolénico) encontrada en las GAR
puede ser positiva ya que el biodiésel obtenido a
partir de esta materia prima podría tener una mejor
estabilidad oxidativa durante el almacenamiento
(Canesin
et al.
2014).
Asimismo, en el
cuadro I
puede observarse que
la concentración de ácidos grasos saturados (AGS)
en todas las muestras de GAR fue mayor (entre
15.07 y 45.01 %) que la del aceite fresco (12.72 %).
El contenido superior de AGS encontrado en las
GAR provenientes de rosticerías (32.30 %) y ta-
querías (45.01 %), puede ser debido al hecho de
que ambas muestras son principalmente grasas de
origen animal y es sabido que las grasas animales
tienen una mayor concentración de ácidos grasos
saturados que los aceites vegetales. Esta caracte-
rística de las GAR provenientes de taquerías y ros-
ticerías es indeseable, ya que las cadenas saturadas
pueden causar un incremento en parámetros como
la viscosidad, el punto de obstrucción y el punto
de nube del biodiésel producido. Sin embargo, los
componentes saturados como el ácido mirístico
(C14:0), ácido palmítico (C16:0) y ácido esteárico
(C18:0) tienen altos números de cetano y son me-
nos propensos a la oxidación que los componentes
insaturados (Canakci 2007). Además, los ácidos
grasos saturados, juegan un papel importante en la
determinación de las propiedades de fujo en Frío del
biodié
sel, como el punto de obstrucción del ±ltro en
frío (POFF), el cual se produce a altas temperaturas,
cuando el contenido de ácidos grasos saturados
aumenta. Por ejemplo, si el biodiésel se produce a
partir de grasas animales (22-45 % AGS), el POFF
puede producirse entre 12 ºC y –1 ºC aproximada-
mente, pero si se deriva de aceite de colza (5-10 %
AGS), el POFF puede ocurrir entre -7 ºC y -12 ºC,
aproximadamente (Chhetri
et al
. 2008). Para esta
propiedad dependiente del clima, los estándares de
la EN14214 (2008) reportan para climas templados
6 º de POFF: 5, 0, –5, –10, –15, –20 ºC.
Basados en el criterio del POFF, las GAR de
antojitos, bares, cocinas económicas y gorditas,
que tuvieron menor cantidad de AGS (17.58 %,
15.93 %, 15.07 % y 15.49 %, respectivamente),
serán una mejor materia prima para la producción
de biodiésel que las grasas animales u otros aceites
con mayor contenido de ácidos grasos saturados.
Por otro lado, las muestras de GAR provenientes
de antojitos, bares, cocinas económicas y gorditas
presentaron un nivel de ácidos grasos insaturados
muy cercano al del aceite fresco. Sin embargo, se
determinaron bajos contenidos de ácidos grasos
insaturados en las muestras de comida rápida y
restaurantes formales. Estos contenidos fueron
aún menores en las muestras de GAR prove-
nientes de taquerías y rosticerías (
Cuadro II
).
La presencia de ácidos grasos insaturados en los
²AME es necesaria para limitar su solidi±cación.
Sin embargo, los FAME con mayor grado de in-
saturación no son deseables en el biodiésel, ya
que las moléculas insaturadas reaccionan con el
oxígeno atmosférico y son convertidas en peróxi-
dos. Además, puede ocurrir entrecruzamiento en
el sitio de insaturación y obtenerse un material
polimerizado tipo plástico. A altas temperaturas,
como las comúnmente encontradas en los motores
de combustión interna, el proceso puede acelerarse
y el motor rápidamente quedará engomado con los
FAME polimerizados (Mohibbe
et al.
2005). En
este contexto, el biodiésel producido con GAR de
taquerías y rosticerías, sería menos susceptible a
la degradación que el biodiésel obtenido de GAR
de antojitos, bares, cocinas económicas, gorditas,
comida rápida y restaurantes formales.
El contenido de ácidos grasos saturados e
insaturados de la MGAR fueron superiores a los del
EVALUACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE GRASAS Y ACEITES RESIDUALES
311
aceite fresco y similares a las muestras de comida
rápida y restaurantes formales, debido a la alta pro-
porción de é
stos en la defnición de la MGAR. Lo
que sugiere que el biodiésel producido al utilizar la
MGAR como materia prima, presentará problemas
de Fujo en ±río. Sin embargo, el riesgo disminuye
en climas cálidos como el de la ciudad de Tuxtla
Gutiérrez.
Uso potencial de las grasas y aceites residuales
para producción de biodiésel en México
La cantidad de biodiésel que podría ser obtenida
a partir del volumen de GAR producido (174 t/año)
en la ciudad de Tuxtla Gutiérrez es de alrededor de
172 t/año, si esta materia prima fuera convertida
con una efciencia del 98.95 % en metil ésteres por
transesterifcación alcalina (
Cuadro I
). Sin embargo,
considerando un 5 % de incremento en el consumo
de combustible cuando se utiliza biodiésel en lugar
de diésel (Andersen y Weinbach 2010), las 172 t/año
de biodiésel obtenidas a partir de GAR podrían re-
emplazar 163 t/año de diésel fósil.
Por otro lado, la combustión del diésel fósil resulta
en emisiones de 3.52 kg CO
2
/kg diésel (Andersen
y Weinbach 2010). Por lo tanto, la sustitución de
163 t/año de diésel fósil producidas a partir de GAR,
teóricamente resultaría en una disminución de 575 t/año
de las emisiones de CO
2
. Sin embargo, la recolec-
ción, el procesamiento, el consumo de metanol y
la distribución asociadas a la producción y uso del
biodiésel, implican la combustión de diésel fósil y
reducen en un 20 % el impacto en las emisiones de
CO
2
, derivadas del reemplazo de diésel fósil por
biodiésel (Andersen y Weinbach 2010). Con base
en lo anterior, el proceso de obtención de 172 t/año
de biodiésel a partir de GAR generaría por sí mismo
121 t/año de CO
2
, por lo que la reducción real en las
emisiones de CO
2
al aire debido al reemplazo de dié-
sel fósil por biodiésel, serían 454 t de CO
2
/año. Esta
tendría sin duda un impacto positivo en la reducción
de la contaminación en la ciudad.
La cantidad proyectada de GAR producidas por
la industria restaurantera en todo México, fue de
35 kt/año. Esta materia prima permitiría producir
34.9 kt/año de biodiésel (aproximadamente 687 ba-
rriles/día), los cuales podrían reemplazar 33 kt/año
de diésel fósil y evitar la emisión de 92 kt CO
2
/año.
El consumo total de diésel en México en el año 2013
fue de aproximadamente 20 304 kt (SIE 2015). Por
lo tanto, el biodiésel obtenido a partir de GAR podría
reemplazar el 0.16 % del diésel utilizado en México
y reducir el 0.13 % de las emisiones de CO
2
de todo
el país. Esto podría parecer una pequeña contribución
a las emisiones totales de CO
2
en México. Sin em-
bargo, es evidente que esta cifra puede ser superior
si las GAR provenientes de otros sectores, así como
las grasas animales residuales de los mataderos,
aves de corral e industria pesquera fueran utilizadas
para producir biodiésel, como se hace en países
como Noruega (Andersen y Weinbach 2010). Por
otro lado, un impacto ambiental positivo asociado
a la reutilización de las GAR sería la disminución
de la contaminación del agua y sus repercusiones,
ocasionada por las descargas de este residuo cuando
no es aprovechado.
CONCLUSIONES
Se determinaron la producción y las propiedades
físicas y químicas de las grasas y aceites residuales
provenientes de una variedad de restaurantes en una
ciudad de tamaño medio de México. Se identifcaron
ocho tipos de restaurantes, pero los principales gene-
radores de GAR fueron los restaurantes formales y
los de comida rápida. Los resultados indicaron que
las GAR provenientes de casi todos los restaurantes,
así como la mezcla de éstos, son una materia prima
adecuada para la producción de biodiésel. La proyec-
ción de estos resultados a todo el país indicó que el
procesamiento de las GAR provenientes de la indus-
tria restaurantera podría incrementar la producción de
biodiésel en México y reducir las emisiones de CO
2
generadas por el uso de diésel fósil. Debe señalarse
que este estudio es el primero realizado en México
en este tema, además, puede contribuir a establecer
una política de reúso o conversión de las GAR en
biodiésel o en otros productos de valor agregado.
También puede ser útil para evaluar el impacto de
la descarga de estos residuos al ambiente, así como
para promover la producción y uso del biodiésel en
México, donde su producción en 2012 fue única-
mente de 0.1 miles de barriles/día, mientras que en
Estados Unidos se produjeron 64 mil barriles/día en
ese mismo año (EIA 2015).
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen al Dr. Miguel Ángel García
Alvarado por su apoyo en la selección del método
usado para llevar a cabo el monitoreo de la produc-
ción de grasas y aceites en la ciudad y a Celina Luján
Hidalgo por su asistencia técnica en el laboratorio.
Veymar G. Tacias agradece también al CONACyT
por la beca de doctorado otorgada.
V.G. Tacias Pascacio
et al.
312
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