1 GUÍA FIBRAS VEGETALES

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GUÍA DE LABORATORIO PARA PROCESOS QUÍMICOS
OBTENCIÓN DE PAPEL A PARTIR DE LAS FIBRAS VEGETALES DE LA CASCARA DE CAFE
REALIZADO POR:
GIAN CARLOS NARANJO ROJAS LUIS EDUARDO GIRALDO CARLOS ALBERTO TORO GÓMEZ
UNIVERSIDAD DEL QUINDIO FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS Y TECNOLOGÍAS PROGRAMA DE QUIMICA ARMENIA – QUINDIO 08 DE JUNIO DEL 2020 
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
· Obtener papel a partir de la cascarilla del café.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
· Identificar las condiciones de reacción que nos permitan obtener papel a partir de la cascarilla del café.
· Caracterizar el papel obtenido por medio de diferentes técnicas gravimétricas, volumétricas y espectroscópicas. 
· Evaluar cualitativamente el papel obtenido. 
 
RESUMEN:
En la aplicación de los compuestos recuperados de los productos alimenticios tenemos el café es uno de los producto más consumido en el mundo, donde aproximadamente el 90% de las partes comestibles de la taza de café final son un desecho, hecho el cual se busca el aprovechamiento de estos ya que presentan varios compuestos fitoquimicos con efectos biológicos, sinérgicos y nutricionales de mismos modo presenta componentes de interés tecnológico tales como los de colorantes naturales, aromas y texturizadores. El interés viene dado por sus propiedades sensoriales y promotoras de la salud hecho el cual en la actualidad varios alimentos y bebidas utilicen los subproductos generados del café, de mismo modo la cascara de café es una alternativa para la obtención del papel siendo la celulosa un componente importante como la lignina, pentosanos, sílice entre otros compuestos. La unión de estas fibras forma en conjunto lo que conocemos como cuerpo de los vegetales, la celulosa es la biomolécula orgánica más abundante de la biomasa terrestre. Para lograr este proceso es necesario recolectar la muestra vegetal, someterla a un proceso de molienda y secado, y finalmente obtener papel por medio de metodos químicos. El papel obtenido será evaluado cualitativamente sus características como color, espesor y su resistencia.
MARCO TEÓRICO 
El café se comercializa principalmente como una bebida obtenida de granos molidos tostados, para arribar a este punto pasa por 10 procesos diferentes: plantar, cosechar, procesar la cereza, secar, moler, exportar los granos, probar el café, tostar los granos de café verde, moler los granos de café tostados y preparar café en polvo un largo camino hasta la taza de café. El café tiene diferentes partes anatómicas con diferentes apariencias y composiciones nutricionales de mismo modo presenta fitoquimicos bioactivos que poseen efectos preventivos y terapéuticos para enfermedades crónica. La producción total de café para el año 2014-2015 se estimó en 141,9 millones de sacos de 60 Kg. Los subproductos de café son una fuente de ingredientes alimenticios sustentables de alto valor (Gotteland, 2007).
El interés está enfocado en la siguiente clasificación (nutrientes, compuestos bioactivos, aditivos), los nutrientes estos se dividen en dos grandes grupos los macronutrientes (proteínas, grasas, carbohidratos) y los micronutrientes (vitaminas y minerales). las hojas de café encierran granos de café y comprenden el 45% de la baya estos son ricos en carbohidratos (35%-85%) fibra soluble (8%-30%), minerales (3%-11%), proteínas (5%-11%) también son ricos en fibra insoluble que pueden ser una fuente de tánicos (5%-9%) y las cianidinas (20%) estas de interés en la industria alimenticia y farmacéutica. La pulpa representa el 29% del peso secos de toda la cereza de café esta está compuesta principalmente por carbohidratos (44%-50%), proteínas (10%-12%) y fibras (18%-21%), la fibra dietética debido a sus propiedades como emulsionante y estabilizador es un prometedor ingrediente para la industria de los alimentos y bebidas (infoalimentación.com, 2014).
Las cascaras de café también se han utilizado en la producción de otros ingredientes alimenticios como los fructooligosacáridos (FOS), que son oligómeros de fructosa con bajos valores calóricos, propiedades no cancerígenas y niveles decrecientes de fosfolípidos, triglicéridos y colesterol, ayudando a la absorción intestinal de calcio, magnesio y estimulando el crecimiento bifidobacteriano en el colon humano, esto ha provocado un creciente interés en la producción de (FOS) (Gotteland, 2007).
El pergamino de café o cascarilla es la parte que envuelve el grano inmediatamente después de la capa mucilaginosa y representa alrededor de 12% del grano (fig. 1). Esta cascarilla constituye una excelente fuente de celulosa, y lignina1, pentosanos, sílice y cenizas, así como otros compuestos en menor proporción. El uso de la pulpa de café fresca o procesada ha sido tema de muchos estudios en los que, en general, se llega a la conclusión de que los residuos y sub-productos del café pueden usarse de varias maneras (Marcos, 1974).
Figura 1. Partes de un grano de café. 
La sustancia principal en el papel es la celulosa, una sustancia que se encuentra casi siempre como fibra en las plantas. La unión de estas fibras forma en conjunto lo que conocemos como cuerpo de los vegetales. 
Es un polisacárido compuesto exclusivamente de moléculas de glucosa; es pues un homopolisacárido (compuesto por un solo tipo de monosacárido); es rígido, insoluble en agua, y contiene desde varios cientos hasta varios miles de unidades de β-glucosa (Francisco., 2009).
El papel se obtiene normalmente a partir de la madera mediante el cocimiento a presión y durante horas mediante el uso de una solución de sosa y bisulfito de sodio, teniendo en cuenta las propiedades de la fibra se puede obtener papel básicamente a partir de cualquier tipo de fibras celulósicas como : fibra de Manguiey, fibra de coco, hojas de plátano y en esta práctica se buscara observar el comportamiento de los subproductos provenientes del café, en este caso las fibras son más suaves que las de la madera, es posible obtener pulpa y papel mediante un cocimiento más suave como se describe a continuación (UAG, 2018).
MATERIALES Y METODOS
	Cantidad
	Material
	Cantidad
	Reactivos
	Equipo
	1
	Matraz Erlenmeyer 1000 mL
	700 mL
	NaOH al 10%
	Bomba de vacio
	1
	Matraz afordado
	100 mL
	HCl al 1M
	Estufa
	1
	Plancha de calentamiento
	100 mL
	Na2SO3 al 1M
	Mufla
	1
	agitador
	100 mL
	NaClO al 6 %
	
	1
	Beaker 500 mL
	100 mg
	KBR
	
	1
	Matraz kitazato
	50 mL
	Éter etilico
	
	1
	Embudo buchner
	1 mL
	Alcohol isoamílico
	
	2
	Beaker de 100 mL
	50 mL
	Etanol al 96 %
	
	4
	Capsulas de porcelana
	1500 mL
	H2SO4 al 1.25 %
	
	1
	Gotero
	150 mL
	NaOH al 1.25 %
	
Tabla 1. Materiales y reactivos. 
OBTENCIÓN DEL PAPEL
· Preparación de la muestra
La materia prima a utilizar son los subproductos generados en el café (cascara de café) primeramente se debe lavar el material para poder eliminar el componente orgánico, arena, polo e impurezas.
· Descortezado y tratamiento quimico
Primer paso donde se realiza un tratamiento mecánico (Triturar las cascarillas de café), seguido de esto en un matraz de 1000 mL agregar 180 g de cascarilla de café y adicionar 700 mL de NaOH al 10 %, esto se hace con el fin de romper las fibras de celulosa desde afuera hasta su formación natural en la materia prima.
· Calentado
Calentar la solución hasta lograr una temperatura de 90 °C, aproximadamente durante 4horas con agitación constante, para que el material vegetal permanezca en contacto con la solución de NaOH al 10%. Finalizado este proceso se deja reposar la muestra.
· Drenaje y neutralización
Cuando la muestra este fría, se filtra para obtener solo el líquido superficial el cual se deberá neutralizar para quitar los excesos de NaOH para esto se agrega 200mL de agua para lavar el material celulósico y posteriormente decantar el agua alcalina, finalmente agregar una solucion de HCl 1M hasta obtener un pH de 6.40. Finalizado este proceso se filtra nuevamente obteniéndose la pulpa de fibra, que deberá enjuagarse con agua fría, con el propósito de eliminar sustancias inorgánicas, proteínas, azúcares, gomas, mucílagos, taninos y materiales colorantes, los cuales son componentes externos del tejido vegetal.
· Blanqueamiento
Para realizar el blanqueamiento de la pulpa obtenida, se puede realizar a través de dos simples metodos: Deberá dividir la pulpa obtenida en dos partes iguales, para realizar los dos metodos.
· Oxidación lenta: Colocar la pulpa obtenida en un beaker de 100 mL y agregar una solucion de sulfito de sodio 1 M cubriendo la pulpa, y dejarla reposar por tres días.
· Oxidación rápida: Dejar la pulpa obtenida reposar con hipoclorito de sodio al 6 % por 10 min.
· Calentado
Sin importar el metodo usado filtrar la solucion, y posteriormente darle la forma deseada a la pulpa y esperar a que se evapore completamente el agua con ayuda de una estufa a 100 °C por 10 minutos. 
· Finalizado
Pasado este tiempo, se despega la hoja de papel con ayuda de una espátula con mucho cuidado de no romperla.
La anterior metodología fue tomada de (Marcos, 1974), (UAG, 2018).
CARACTERIZACIÓN DEL PAPEL OBTENIDO
Antes de realizar la caracterización del papel obtenido este deberá homogenizarse, de tal manera que se pueda tomar una muestra representativa del papel en cualquier momento con la ayuda de un equipo de maceración. Las capsulas a usar deberán ser previamente taradas, el cual consiste en llevar a un horno de recirculación de aire caliente a 105 °C durante 8 horas, o hasta obtener un peso constante que se registrara como WC.
· Humedad: Se pesan las capsulas de porcelana junto con las varillas de vidrio (previamente taradas), llevando la balanza a 0, se pesan 5 gramos de la muestra de papel previamente homogenizada registrando el valor inicial como WMH, manipulando las capsulas siempre con las pinzas para crisol se llevan a la estufa de recirculación de aire caliente a 105 ºC durante 12 horas, una vez transcurrido el tiempo se llevan las muestras al desecador durante 30 minutos o hasta alcanzar temperatura ambiente y se pesan registrando el valor como WM1, se llevan de nuevo a la estufa de recirculación de aire a 105 ºC durante 2 horas, dejando enfriar en el desecador y pesando de nuevo registrando el valor como WM2. SI WM1 Y WM2 SON IGUALES HASTA LA TERCERA CIFRA DECIMAL LAS CAPSULAS SE DETIENE EL PROCEDIMIENTO, SINO SON IGUALES SE REPITE DE NUEVO EL PROCEDIMEINTO REGISTRANDO EL SIGUIENTE PESO COMO WM3 UNA VEZ ALCANZADO DOS PESOS IGUALES HASTA LA TERCERA CIFRA DECIMAL SE DETIENE EL PROCEDIMIENTO. UNA VEZ ALCANZADO PESO CONSTANTE SE REGISTRA EL PESO DE LA MUESTRA COMO WMS.
La manipulación de las capsulas de porcelana durante el procedimiento de tarado y la determinación de humedad se debe realizar siempre utilizando pinzas para crisol. Se debe controlar el estado de la silica del desecador para obtener mejores resultados, y esta se debe secar y activar cada 15 días aproximadamente o con mayor frecuencia si es necesario (Villa, 2006).
· Fibra total: Pesar 3 gramos de la muestra seca en un papel filtro y desengrasarla durante 15 minutos con 50 mL éter etílico. Dejar secar la muestra al aire libre y pesar 2 g de muestra seca y desengrasada registrando el peso como Wm y llevarlo a un balón de fondo redondo (o plano), agregar 1500 mL de H2SO4 al 1,25% hirviendo, adaptar el condensador y llevar a reflujo con calentamiento moderado durante 30 minutos, la presencia de espuma se evita con la adición de 2 o 3 gotas de alcohol isoamílico. Agitar 2 o tres veces durante el reflujo para mejorar la digestión de la muestra.
Filtrar la muestra en un embudo Buchner a través de papel filtro walthman 41 o su equivalente, realizando varios lavados con agua hirviendo hasta que el filtrado no presente reacción acida. Llevar nuevamente el residuo a reflujo con 150 mL de NaOH al 1.25% durante 30 minutos con agitación periódica. Trascurrido el tiempo filtrar a través de un embudo Buchner, lavar varias veces con Etanol al 96%.
Pasar el residuo a un crisol previamente tarado (Wc) y llevarlos a una estufa de recirculación de aire caliente a 105 °c hasta peso constante (W1). Llevar el crisol a una mufla a 550 ºC hasta la eliminación de la materia orgánica, denotada por unas cenizas de color blanco-grisáceo, llevar a peso constante y registrar como (W2) (Villa, 2006).
· Espectroscopia infrarroja: Para la caracterización del papel por espectroscopia infrarroja se debe prepar la muestra agregando en un mortero ágata 1 mg de papel obtenido y 100 mg de sal KBR, esta mezcla deberá llevarse a un encapsulador y con ayuda de una prensa manual se debe formar un disco solido y transparente. Este disco se llevará al equipo de espectroscopia infrarroja donde se tomará el espectro (Cortez, 2005).
· 
EVALUACIÓN CUALITATIVA
· Color: Observe delgadamente el color del papel obtenido, como las imperfecciones en su superficie como arrugas, manchas, etc y compare este con un papel obtenido. 
· Espesor: Observe detalladamente el espesor del papel obtenido y compare este con un papel de cuaderno. 
· Resistencia: Con ayuda de sus manos jale el papel obtenido hasta romperlo, repita lo mismo con un papel de cuaderno.
CALCULOS
% rendimiento en la obtencion del papel
% Humedad
%Fibra total
ANALISIS Y RESULTADOS
· Los resultados de todos los grupos deben ser reportados en una tabla donde se identifique la muestra, cantidad inicial, cantidad de papel obtenido, se indique el origen de la muestra, y resultados del análisis como porcentaje de rendimiendo, porcentaje de humedad, porcentaje de fibra total, color, espesor y resistencia.
· Recuerde que, para el análisis de resultados, se debe acudir a información válida y confiable, como artículos nacionales e internacionales, emitidos por instituciones reconocidas. En el análisis se deben relacionar los resultados del experimento con los de otros investigadores, con respecto al porcentaje de rendimiento, tipos de reactivos utilizados en el proceso.
CUESTIONARIO
· ¿En que se diferencian la oxidación rápida de la oxidación lenta?
Rta: La Oxidación lenta, es la que se produce por causa del agua o del aire y que supone que los metales pierdan su brillo al tiempo que provocan su corrosión. La oxidación rápida, es la que tiene lugar cuando ha hecho acto de presencia la combustión, desprendiendo importantes niveles de calor (GRANOBLES, 2017).
· ¿Cuál es la ventaja y desventaja de usar hipoclorito de sodio como blanqueador?
Rta: La desventaja en el uso de hipoclorito es que puede ocasionar un porcentaje de pérdidas por la formación de cloroligninas, que se solubilizan una a otras en el agua, pero se tiene la ventaja que se incrementa la brillantez de la pulpa dejando sólo un color amarillo debido a las cloroligninas no solubles en agua (Ricardo, 1998).
· ¿Cuáles son los deshechos en las plantas procesadoras de papel que pueden contaminar el agua residual?
Rta: Los desechos contaminantes varían debido al proceso que se lleve en el tratamiento para el blanqueo del papel, así como otros lixiviados y excipientes que se le agrega. Para el tratamiento convencional en la eliminación de la lignina se generan compuestos clorados siendo estos perjudiciales al medio ambiente y en mayores proporciones y tiempos de exposición largos generan ciertos tipos de enfermedades en los operarios. Para el blanqueo convencional Utiliza Cl2, ClO2 y NaOH en diferentes secuencias y proporciones. Se generan riles con compuestos organoclorados,incluyendo dioxinas. Estas últimas no se generan cuando se utiliza ClO2 en vez de Cl2 (Gotteland, 2007).
· ¿Cuáles son las mejores fibras para fabricar papel bond?
Rta: La celulosa es usada en la industria del papel como materia prima para papeles y cartones. La obtencion de la pasta o pulpa es el primer paso para la obtención de papel. Las fibras de aderas, como el alamo, abedul, haya, maple o eucalipto producen fibras cortas que sirven para producir papeles más lisos, suaves y con una superficie más pareja (UAG, 2018).
· ¿Qué materias primas de nuestra región, podrían ser utilizadas para obtener papel? Acuda a la literatura científica para mostrar algunos ejemplos.
Rta: una de las principales materias primas de la regios son los cultivos de aguacate, naranja y café es portante que se decide mostrar una pequeña comparación acerca de la composición estructural de cada uno, así como la implementación para el procesamiento de la celulosa presentes en cada uno.
Aguacate: El fruto es una drupa carnosa con una sola semilla, constituido por epicarpio (cáscara), mesocarpio (pulpa) y endocarpio (semilla) cuyo tamaño, forma y características dependen del genotipo; el color del epicarpio puede ser verde claro, verde oscuro, morado (Pérez, S. et.al., 2015; Bernal & Díaz, 2014). El mesocarpio del aguacate contiene ácidos grasos, fitoesteroles, carotenoides, vitaminas, ácidos fenólicos, flavonoides, entre los más conocidos. Algunos de ellos se describen a continuación. Por lo tanto, en su estructura no presenta fibra o material celulosa en su estructura motivo por el cual para la producción de papel a partir de la celulosa no es factible. 
Naranja: La naranja en la agroindustria se utiliza principalmente para la elaboración de jugos. La composición de la naranja presenta aceites esenciales, proteína, azucares neutros, lignina, pectina y celulosa. De acuerdo a un estudio realizado por la universidad EAFIT en la cual afirma que la composición de carbohidratos o celulosa es del 89 % en su peso en masa presente en la cascara de la naranja sería una buena opción para la extracción de celulosa como fuente de materia prima teniendo en cuenta que la presencia de lignina es del 3,2 %.
 
Café: Según el estudio realizado por la universidad autónoma de Madrid realizada por institute of food science research afirma que la composición de la cascara del café contiene 89% y el 91% en masa de fibra dietética específicamente de celulosa teniendo siendo mucho mayor que la naranja y el aguacate (Marcos, 1974).
BIBLIOGRAFIA
Cortez, E. (2005). Guía de sintesis organica. Armenia.
Francisco., H. E. (2009). Proyecto de inversión para establecer una plantación de bambú para utilizarlo para abastecedor de celulosa para la fabricación de papel. México: Universidad Don Vasco.
Gotteland, M. (2007). ALGUNAS VERDADES SOBRE EL CAFÉ. Revista chilena de nutrición, 105-115.
GRANOBLES, D. (2017). Oxidación. Obtenido de DANIEL GRANOBLES
infoalimentación.com. (2014). LOS COMPONENTES DEL CAFÉ. Obtenido de https://infoalimentacion.com/documentos/los_componentes_del_cafe.asp
Marcos, E. R. (1974). Obtención de pulpas celulósicas para la fabricación de papel a partir de quiote a varejón del henequén. Mexico: UNAM.
Ricardo, G. R. (1998). Conocimientos básicos para introducirse a la industria del papel y la celulosa. Zaragosa, México: UNAM.
UAG. (2018). OBTENCIÓN DE PAPEL DE FIBRAS VEGETALES. Obtenido de https://www.studocu.com/es-mx/document/universidad-autonoma-de-guadalajara/quimica-organica/practicas/practicas-organica-3-extraccion-de-papel-de-fibras-vegetales/3044506/view?fbclid=IwAR3DSDLHIoDg-WHZUmeE5oL9uBjQMrjvGwDjCWUg-N06lBDqBab9DIlKIH4
Villa, C. (2006). Guía de química de alimentos. Armenia.