Dirección General de Investigación y Posgrado Departamento de Apoyo a la Investigación Presentación de Proyecto Nuevo de Investigación 1. Presentación 1.1. Datos Generales Clave del Proyecto Programa Cuerpo Académico Líneas de Generación y Aplicación del Conocimiento Título del Proyecto Fecha de Inicio Fecha de Terminación Alcance del Proyecto Tipo de Investigación según el estado de los conocimientos Tipo de Investigación de acuerdo al alcance de los resultados ¿El Proyecto se va a realizar en año sabático? ¿Se solicitan recursos económicos para el Proyecto? Modalidad del Proyecto Área de Conocimiento Subárea de Conocimiento

PIBT10-2 Programa de Investigaciones en Biotecnología BIOTECNOLOGÍA DE PROCESOS BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL Remediación de vinazas de la industria tequilera y mezcalera mediante un proceso combinado. Mes: Enero Año: 2010 Mes: Diciembre Año: 2012 Regional Aplicada

Estudio Exploratorio SI SI SI Ciencias Naturales Ciencias ambientales y de la Tierra

1.2. Otras Instituciones Participantes #

Institución

1

CIATEJ

Tipo de Participación Colaboraciones

¿Cuenta con firma Convenio con la UAA? NO

de

1.3. Participantes Responsable Nombre Centro Departamento Correo Electrónico Grado Académico Nombramiento Categoría Dedicación Categoría de Investigador Horas de Carga Solicitadas Horas de Contrato Solicitadas Teléfono y/o Extensión Actividad

Jáuregui Rincón Juan Centro de Ciencias Básicas Departamento de Ingeniería Bioquímica [email protected] Doctorado Numerario Profesor Investigador Titular A Exclusivo B Investigador con experiencia y/o productividad media. 10 0 8410 Planteamineto de la metodología y diseño de los experimentos, realización de experimentos, analisis de resultados y redacción de reportes y artículos.

Investigadores Colaboradores #

Datos del Investigador Colaborador Nombre: Norma Angélica Chávez Vela Grado Académico: Doctorado Nombramiento: Numerario Categoría: Profesor Investigador Titular A Dedicación: Exclusivo 1 de 11

1

2

3

4

Categoría de Investigador: B: Investigador con experiencia y/o productividad media. Horas de Carga: 5 Horas de Contrato: 0 Centro: Centro de Ciencias Básicas Departamento: Departamento de Biología Actividad: Participar en el diseño y puesta en marcha de los estudios de la biorremediación de las vinasas y los residuos generados del proceso, mediante el uso de hongos ligninolíticos. Nombre: Gustavo Davila Vazquez Grado Académico: Doctorado Nombramiento: Externo Categoría: Externo Dedicación: Exclusivo Categoría de Investigador: Externo: Horas de Carga: 0 Horas de Contrato: 0 Centro: Externo Departamento: Externo Actividad: Participar en el diseño de experimentos, análisis de vinazas, redacción de reportes y artículos Nombre: Juan Antonio Lozano Alvarez Grado Académico: Doctorado Nombramiento: Pronumerario Categoría: Profesor Investigador Titular C Dedicación: Exclusivo Categoría de Investigador: A: Investigador con poca experiencia en investigación y/o productividad. Horas de Carga: 0 Horas de Contrato: 5 Centro: Centro de Ciencias Básicas Departamento: Departamento de Biología Actividad: Participar en la realización de los experimentos de adsorción de color y materia orgánica usando alginato. participar en la revición de resultados y escritura de articulos. Nombre: Iliana Ernestina Medina Ramirez Grado Académico: Doctorado Nombramiento: Numerario Categoría: Profesor Investigador Titular A Dedicación: Exclusivo Categoría de Investigador: B: Investigador con experiencia y/o productividad media. Horas de Carga: 5 Horas de Contrato: 0 Centro: Centro de Ciencias Básicas Departamento: Departamento de Química Actividad: Apoyo en la realización de metodologia, analsis de resultados y redacción de articulos y reportes

Técnicos de Apoyo #

1

Datos del Técnico de Apoyo Nombre: Gustavo Franco Diaz Grado Académico: Licenciatura Nombramiento: Interino Categoría: Técnico Asociado A Dedicación: Parcial Horas de Carga: 0 Horas de Contrato: 10 Centro: Centro de Ciencias Básicas Departamento: Departamento de Ingeniería Bioquímica Actividad: preparación de reactivos, apoyo en la parte analitica.

Instructores Beca #

Datos del Instructor Beca Nombre: Alberto Rodríguez Castro Centro: Centro de Ciencias Básicas 2 de 11

1

Carrera: Ingenieria Bioquímica Semestre: Séptimo Horas: 0 Actividad: Participar en la realización de distintos experimentos del proyecto

Prestadores de Servicio Social #

Datos del Prestador de Servicio Social

Asesores o Tutores #

Datos del Asesor o Tutor

Tesistas #

1

Datos del Tesista Nombre: Jose Luis Retes Pruneda Nivel de Estudios: Doctorado Carrera: Doctorado en Ciencias Biologicas Lugar: Aguascalientes Institución: Universidad Autonoma de Aguascalientes Actividad: Relizar experimentos relacionados con su trabajo de tesis de doctorado, escribir un articulo y tesis para obtener el grado.

2. Planteamiento

2.1. Resumen o Abtract Este proyecto pretende desarrollar una nueva metodología para disminuir el grado de contaminanción de las vinasas producidas por la industria tequilera y mezcalera de la región, para que dichas aguas tratadas puedan ser usadas para riego u otros usos e incluso ser vertidas a rios o lagos con un impacto ambiental menor al actual, disminuyendo su alta demanda bioquimica de oxígeno por lo menos en un 90% y que dichos efluentes logren estar dentro de la norma oficial.

2.2. Definición y Formulación del Problema Introducción. El tequila se puede definir como una bebida alcohólica regional obtenida por destilación y rectificación de mostos, preparados directa y originalmente del material extraído, dentro de las instalaciones de la fábrica, derivado de la molienda de las cabezas maduras de agave previa o posteriormente hidrolizadas o cocidas, y sometidos a fermentación alcohólica con levaduras, cultivadas o no, siendo susceptible de ser enriquecido por otros azúcares hasta en una proporción no mayor de 49%, en la inteligencia de que no están permitidas las mezclas en frío. El tequila es un líquido que, de acuerdo a su tipo, es incoloro o amarillento cuando es madurado en recipientes de madera de roble o encino, o cuando se aboque sin madurarlo. En base a la Norma Oficial Mexicana, de acuerdo al porcentaje de los azúcares provenientes del agave, se distinguen dos categorías de tequila que son las que se producen y comercializan en la zona de Denominación de Origen Tequila: Tequila 100% de agave Es el producto que se obtiene de la destilación y rectificación de mostos, preparados directa y originalmente del material extraído, dentro de las instalaciones de la fábrica, derivado de la molienda de las cabezas maduras de agave, previa o posteriormente hidrolizadas o cocidas, y sometidos a fermentación alcohólica con levaduras, cultivadas o no. Para que este producto sea considerado como “Tequila 100% de agave” o “Tequila 100% puro de agave”, debe ser embotellado en la planta de envasado que controle el propio fabricante, misma que debe estar ubicada dentro de la zona de Denominación de Origen. Este producto puede ser denominado como “Tequila 100% de agave” o “Tequila 100% puro de agave”.

De acuerdo a las características adquiridas en el proceso posterior a la destilación, el tequila se clasifica en 4 tipos según se definan: Del tequila 100% de agave y del tequila, surgieron el blanco, joven, reposado y añejo. Las diferencias de nombre en esencia son para distinguir periodos de reposo, sabor, olor y color de la bebida mexicana. Los aromas y sabores de las diferentes presentaciones del Tequila, están determinadas por compuestos volátiles que se forman durante las distintas etapas de fabricación del tequila y que empieza con la hidrólisis de los carbohidratos del agave, la fermentación y la destilación. Otro factor importante, lo constituye la maduración del tequila en recipientes de madera de roble o encino para obtener los tequilas reposados y añejos. Aunque existen componentes comunes en los tequilas blancos, reposados y añejos, algunos de estos componentes están presentes en mucho mayor cantidad en los tequilas reposados y añejos, lo anterior es comprensible ya que algunos compuestos provenientes del agave, también están presentes en las barricas donde se madura el tequila. No obstante lo anterior, también existen componentes característicos que los distinguen entre si, por eso sabemos que los tequilas reposados y añejos presentan un mayor número de compuestos aromáticos que pueden ser percibidos fácilmente a través del olfato, estos tequilas son más perfumados que los blancos. Los aromas florales, dulces, vainilla y vino, son los más característicos en el tequila blanco, el reposado presenta aromas florales, dulces, vainilla, vino, tepache y medicinales, mientras que los añejos presentan aromas a vino, tepache, florales, medicinales, dulces, vainilla y ácidos. La multiplicación de marcas de tequila, le han permitido al consumidor disfrutar de una amplia gama de opciones, superando inclusive en preferencia y 3 de 11

precio a las otras bebidas alcohólicas de clase internacional. Un producto con Denominación de Origen como el tequila único en el mundo, a diferencia de otras bebidas alcohólicas, tiene una barrera de protección que es la materia prima, el agave Tequilana weber variedad azul, que tarda entre seis y ocho años en madurar para ser procesado. La internacionalización del Tequila obligó a denominar como “Silver” al Tequila blanco, Gold” al Tequila joven u oro, “Aged” al Tequila reposado y “Extra-aged” en lugar de Tequila añejo (Consejo regulador del tequila, 2009). El tequila es diferente de la bebida conocida como mezcal, por el tipo de agave usado es su elaboración. El mezcal está hecho con agave patatorum el cual crece en el estado de Oaxaca. Muchos productores de mezcal emplean procesos de fermentación y destilación rudimentarios (Sánchez, 1991). El pulque es otra bebida obtenida de la fermentación del jugo obtenido de varias especies de agave, A. atrovirens y A. salmiana, por una sucesión de levaduras y bacterias que producen etanol y una diversidad de compuestos químicos y algunos polímeros que le dan una consistencia viscosa al producto final (Rzedowski, 1978; Sánchez Marroquin y Hope, 1953). En otras regiones del país se produce sotol en el estado de Chihuahua y Coahuila, bacanora en el estado de Sonora, y el sisal en Yucatan, pero solo el tequila y más recientemente el mezcal tiene reconocimiento internacional. La manufactura de tequila, mezcal, pulque entre otros a partir de mieles de agave genera grandes volúmenes de aguas de desecho (vinazas), lo cual es un serio problema ambiental. Las vinazas son caracterizadas por: su color marrón, olor característico a mieles y sabor malta, sólidos en suspensión, sus altos valores de DQO (80,000-100,000 mg/l) y DBO (40,000-50,000 mg/l), aparte de un pH bajo (3.0 a 3.5), contienen por fibras de agave, levaduras agotadas, ácidos, esteres, alcoholes superiores, además de su alto contenido en sales de calcio, magnesio, fosforo y nitrógeno, así como alto contenido en compuestos fenólicos. Las vinazas son arrojadas de la planta a temperatura que llega a los 90° C En México la producción de vinazas en 2007 y 2008 ascendió a 3,694.6 y 4,018.3 millones de litros tan solo de la industria tequilera, sumado a lo generado por la industria productora de mezcal, sotol, bacanora entre otros podría llegar hasta más de 5,000 millones de litros de vinazas altamente contaminantes, las cuales no reciben prácticamente ningún tratamiento antes de ser vertidas a ríos y lagos, lo cual genera disminución del oxígeno disuelto en el agua, la fotosíntesis se ve disminuida grandemente por el color marrón, la alta concentración de sales provoca eutroficación de los cuerpos de agua y el bajo pH impide el desarrollo de muchos microorganismos. Algunas propuestas de utilización de las vinazas tequileras y mezcaleras son: el reciclar y con ello reducir el volumen de desechos generados, la aplicación directa al suelo agrícola como irrigación y fertilizante, al vestirse al suelo las vinazas disminuyen el pH, e impiden el desarrollo de muchas especies vegetales y semillas, provocando daños severos e impidiendo el cultivo por varios años una evaporación o combustión puede proveer de fertilizante a las plantas, la producción de forraje de levadura, la obtención de un suplemento alimenticio para el ganado, y la disposición de nutrimentos que ofrecen las vinazas por medio de tratamiento biológico, aerobio o anaerobio (Villa y col. 2006). Tratamientos de las vinazas. Varios métodos de tratamiento han sido aplicados a efluentes de vinaza, El objetivo principal de esos métodos ha sido disminuir el contenido de materia orgánica y color. Métdos fisicoquímicos (Lalvo y col. 2000, Mane y col. 2006, Satyawali y Balakrishnan. 2007, Satyawali y Balakrishnan. 2007, Migo y col. 1997, Pandey y col. 2003, Migo y col. 1997, Migo y col. 1997, Chaudhari y col. 2007, Iñiguez y Peraza, 2007, Pala y Erden. 2005, Pena y col. 2003, Manisankar y col. 2003, Yavuz, 2007, Nataraj y col. 2006, Chaudhari y col. 2005) han sido reportados ver tabla 1 en el anexo.

Métodos de tratamiento biológicos (Kadioglu y Algur, 1992; Meza y col., 1996; García y col. 1997; Bermúdez-Savón y col., 2000; Jiménez y col., 2003; Villa y col. 2006; Moletta, 2005) ha permitido alcanzar eficiencias de remoción del orden del 70 y 80%. Sin embargo, esto no es suficiente, ya que la descarga del efluente con esa eficiencia de remoción aún lleva una elevada concentración en materia orgánica y un color intenso. Esto se debe a que las aguas residuales contienen aún compuestos orgánicos recalcitrantes como compuestos orgánicos poliaromáticos, polifenólicos, productos de lignina, taninos y ácidos húmicos (Narkis y Rebhun, 1975 y 1977; Edwards y Amirtharajarah, 1985). Por lo anterior el tratamiento con hongos ligninolíticos se visualiza como una alternativa interesante, pues estos organismos han demostrado su capacidad de biodegradar los compuestos recalcitrantes presentes en las vinazas.

Tratamiento con hongos. Los hongos son reconocidos por superior aptitud para producir una gran variedad de proteínas extracelulares, ácidos orgánicos y otros metabolitos y por su capacidad de adaptarse a varios ambientes contrastantes. Existen diversos reportes de diferentes cepas fungales tienen la capacidad de degradar y decolorar los efluentes de destilerías, así cepas de Aspergillus niger, fumigatus, y niveus han logrado una decoloración promedio del 69-75% y una reducción de la DQO del 70-90% (Shayegan y col. 2004). También se han empleado hongos ascomicetos tales como Penicillium spp., Penicillium decumbens, Penicillium lignorum resultando una reducción del 50% en la DQO y color y 70% de la remoción de fenoles (Jimenez y col. 2003). Sirianuntapiboon y col. en 1995 reportaron un mecanismo de absorción para la decoloración de melanoidinas por Rhizoctonia sps. D-90, y después de absorbidas estas fueron metabolizadas por enzimas intracelulares. Los hongos ligninolíticos es otro grupo de organismos ampliamente explotados en la biorremediación de efluentes de destilerías. Los hongos ligninolíticos producen varias isoformas de oxidadasas extracelulares, incluyendo a las lacasas, manganeso peroxidasas y lignino peroxidasas, las cuales están involucradas en la degradación de lignina y sus sustratos ligninocelulosicos naturales. Este sistema ligninolítico de los hongos de la podredumbre blanca de la madera está directamente relacionado con la degradación de varios compuestos xenobioticos y colorantes. En la tabla 2 (ver anexo), se muestran diferentes hongos ligninolíticos empleados en la decoloración de efluentes de destilerías y el papel de las diferentes enzimas en los procesos. Se han reportado otros sistemas biológicos para el tratamiento de vinazas, como el estudiado por Kadioglu y Algur, 1992, donde ellos ensayaron a la alga Chlamydomonas reinhardii, se estudiaron diferentes concentraciones de vinazas 1 a 25%. También se ha empleado la fitorremediación para el tratamiento de las vinazas, ya que es una tecnología de bajo costo para remover compuestos tóxicos incluyendo los metales pesados. Las plantas acuáticas tienen una excelente capacidad para reducir el nivel de metales tóxicos, DBO y sólidos totales de las aguas residuales. Billore y col., 2001 4 de 11

usaron plantas de Typha latipholia y Phragmites karka, lográndose un 64% de remoción de DQO, 85% de DBO, 42 % de sólidos totales y el 69 % del contenido de fosforo. Kumar y Chandra, 2004 sugirieron un proceso en dos etapas, la primera con Bacillus thuringienesis seguida de una subsecuente reducción de los contaminantes remanente usando una macrofita Spirodela polyrrhiza reduciendo un 97 % la DQO y el color.

2.3. Justificación Para procesar el tequila en las zonas con denominación de origen, hay aproximadamente 67 plantas destiladoras autorizadas por el C.R.T. (Consejo Regulador del Tequila), de las cuales aproximadamente de 10 a 12 son plantas grandes, 25 medianas y de 30 a 32 pequeñas o micros. Del total de las 67 plantas, son unas 40 las que operan con producción continua, y unas 13 o 15, de las pequeñas y micros, las que destilan en forma eventual o por lotes de producción. La mayoría de las destiladoras, desde que existen y hasta la fecha, vienen descargando las aguas residuales de vinazas, producto del destilado, sin someterlas al mínimo o total de tratamientos establecidos por la norma oficial mexicana, NOM-001-ECOL-1996, cuyo plazo de cumplimiento empezó a vencer a partir del pasado día el 1 de enero del 2000. La responsabilidad de hacer cumplir la norma, compete a SEMARNAP, con corresponsabilidades de la Comisión Nacional del Agua (C. N. A.) y de las autoridades estatales y municipales jurisdiccionales. Las descargas de las aguas residuales de vinazas producto del destilado, que son muy agresivas, se hacen a cielo abierto, sin darles conducción o tratamiento alguno, dejándolas correr por gravedad, contaminando el ambiente y dañando los suelos, ríos y arroyos por las que transcurren y a las tierras bajas en las que se depositan. Al tratarse dichas aguas residuales pueden reutilizase en calderas, lavado de patios, riego de áreas verdes o agrícolas, o para que se descarguen conforme a la norma. Las vinazas contienen una relación promedio de 90 % de agua y 10 % de sólidos. La cantidad de vinaza obtenida por cada litro de producto destilado producido es de 10 a 15 litros. Las vinazas, contienen sustancias no biodegradables o muy difíciles de tratar químicamente (FAO, 1998). La producción de tequila en México en los últimos años ha tenido un gran crecimiento en 2006 fueron 242.6 millones de litros, en 2007 se incrementó un del 17 % y un 27 % en 2008 con respecto a 2006 (ver figura 1 en anexo). Los 309.1 millones de litros producidos en 2008 generaron 4,018.3 millones de litros de vinazas, además si consideramos la producción de mezcal y otras bebidas destiladas que también generan vinazas, esto podría quizás llegar a duplicar los volúmenes de estos residuos, lo cual provoca que las descargas de vinaza contaminen ríos, lagos, o tierras de cultivo provocando daños severos que impiden el cultivo por varios años; sobre todo en el caso de suelos ácidos. En el caso de descargar las vinazas a ríos y lagos, estos generan grandes daños a la ecología, ya que además de su color oscuro, contienen una gran cantidad de sólidos totales y compuestos orgánicos recalcitrantes como compuestos polifenólicos, compuestos poliaromáticos, productos de lignina, taninos y ácidos húmicos. La demanda química de oxígeno (DQO) y la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) están en rangos de 110,000 a 190,000 y 50,000 a 60,000 mg/L respectivamente (Mohana y col. 2009). Por lo tanto, a fin de evitar daños ecológicos severos y recuperar el recurso vital, es necesario promover métodos óptimos de tratamiento de vinaza. Para el caso de la producción del mezcal se puede observar en la tabla 1 donde en el año 2000 se produjeron 8.4 millones de litros de esta bebida alcohólica, si consideramos un volumen similar de producción de vinazas tendríamos aproximadamente 105 millones de litros en el año 2000. Esto sumado al volumen de vinazas de la industria tequilera genera una cantidad mayor a los 4.2 millones de litros de este desecho con alta carga orgánica.

AÑO PRODUCCIÓN NAC.(LT) EXPORTACIÓN (LT) EXPORTACIÓN % DE LA PROD. NAC. 1994 2 875 000 637 000 22.0 1995 4 109 820 1 112 226 27.1 1996 5 875 000 1 860 000 32.0 1997 7 220 000 3 280 000 45.4 1998 8 500 000 4 000 000 47.0 1999 9 000 000 4 700 000 52.2 2000 8 400 000 4 700 000 56.0 FUENTE: Anexo Estadístico de Informes del Gobierno Oaxaqueño de 1998 y 2000 Tabla 1 Producción de mezcal en México de 1994 al 2000.

2.4. Objetivos Generales y Específicos Para procesar el tequila en las zonas con denominación de origen, hay aproximadamente 67 plantas destiladoras autorizadas por el C.R.T. (Consejo Regulador del Tequila), de las cuales aproximadamente de 10 a 12 son plantas grandes, 25 medianas y de 30 a 32 pequeñas o micros. Del total de las 67 plantas, son unas 40 las que operan con producción continua, y unas 13 o 15, de las pequeñas y micros, las que destilan en forma eventual o por lotes de producción. La mayoría de las destiladoras, desde que existen y hasta la fecha, vienen descargando las aguas residuales de vinazas, producto del destilado, sin someterlas al mínimo o total de tratamientos establecidos por la norma oficial mexicana, NOM-001-ECOL-1996, cuyo plazo de cumplimiento empezó a vencer a partir del pasado día el 1 de enero del 2000. La responsabilidad de hacer cumplir la norma, compete a SEMARNAP, con corresponsabilidades de la Comisión Nacional del Agua (C. N. A.) y de las autoridades estatales y municipales jurisdiccionales. Las descargas de las aguas residuales de vinazas producto del destilado, que son muy agresivas, se hacen a cielo abierto, sin darles conducción o tratamiento alguno, dejándolas correr por gravedad, contaminando el ambiente y dañando los suelos, ríos y arroyos por las que transcurren y a las tierras bajas en las que se depositan. 5 de 11

Al tratarse dichas aguas residuales pueden reutilizase en calderas, lavado de patios, riego de áreas verdes o agrícolas, o para que se descarguen conforme a la norma. Las vinazas contienen una relación promedio de 90 % de agua y 10 % de sólidos. La cantidad de vinaza obtenida por cada litro de producto destilado producido es de 10 a 15 litros. Las vinazas, contienen sustancias no biodegradables o muy difíciles de tratar químicamente (FAO, 1998). La producción de tequila en México en los últimos años ha tenido un gran crecimiento en 2006 fueron 242.6 millones de litros, en 2007 se incrementó un del 17 % y un 27 % en 2008 con respecto a 2006 (ver figura 1 en anexo). Los 309.1 millones de litros producidos en 2008 generaron 4,018.3 millones de litros de vinazas, además si consideramos la producción de mezcal y otras bebidas destiladas que también generan vinazas, esto podría quizás llegar a duplicar los volúmenes de estos residuos, lo cual provoca que las descargas de vinaza contaminen ríos, lagos, o tierras de cultivo provocando daños severos que impiden el cultivo por varios años; sobre todo en el caso de suelos ácidos. En el caso de descargar las vinazas a ríos y lagos, estos generan grandes daños a la ecología, ya que además de su color oscuro, contienen una gran cantidad de sólidos totales y compuestos orgánicos recalcitrantes como compuestos polifenólicos, compuestos poliaromáticos, productos de lignina, taninos y ácidos húmicos. La demanda química de oxígeno (DQO) y la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) están en rangos de 110,000 a 190,000 y 50,000 a 60,000 mg/L respectivamente (Mohana y col. 2009). Por lo tanto, a fin de evitar daños ecológicos severos y recuperar el recurso vital, es necesario promover métodos óptimos de tratamiento de vinaza. Para el caso de la producción del mezcal se puede observar en la tabla 1 donde en el año 2000 se produjeron 8.4 millones de litros de esta bebida alcohólica, si consideramos un volumen similar de producción de vinazas tendríamos aproximadamente 105 millones de litros en el año 2000. Esto sumado al volumen de vinazas de la industria tequilera genera una cantidad mayor a los 4.2 millones de litros de este desecho con alta carga orgánica.

AÑO PRODUCCIÓN NAC.(LT) EXPORTACIÓN (LT) EXPORTACIÓN % DE LA PROD. NAC. 1994 2 875 000 637 000 22.0 1995 4 109 820 1 112 226 27.1 1996 5 875 000 1 860 000 32.0 1997 7 220 000 3 280 000 45.4 1998 8 500 000 4 000 000 47.0 1999 9 000 000 4 700 000 52.2 2000 8 400 000 4 700 000 56.0 FUENTE: Anexo Estadístico de Informes del Gobierno Oaxaqueño de 1998 y 2000 Tabla 1 Producción de mezcal en México de 1994 al 2000.

2.5 Bibliografía 1. Benito, G.C., Miranda, M.P., Rodríguez de los Santos, D. 1997. Decolorization of wastewater from an alcoholic fermentation process with Tramets versicolor, Biores. Technol. 61 (1997) 33–37. 2. Bermúdez Savón, R.C. Hoyos Hernández, J. A. y Rodríguez Pérez S. 2000. Evaluación de la disminución de la carga contaminante de la vinaza de destilería por tratamiento anaerobio. Revista Internacional de Contaminación Ambiental. 16, 03. Pp. 103-107. 3. Billore, S.K., Singh, N., Ram, H.K., Sharma, J.K., Singh, V.P., Nelson, R.M., Dass, P.2001. Treatment of molasses based distillery effluent in a constructed wetland in central India,Water Sci. Technol. 44 (2001) 441–448. 4. Chaudhari, P.K., Mishra, I.M., y Chand S. 2005. Catalytic Thermal Treatment (Catalytic Thermolisis) of a Biodigester Effluent of an Alcohol Distillery Plant. Ind. Eng. Chem. Res., 44, 5518-5525. 5. Chaudhari, P.K.Mishra, I.M.Chandb, S. 2007. Decolorization and removal of chemical oxygen demand (COD) with energy recovery: Treatment of biodigester effluent of molasses-based alcohol distillery using inorganic coagulants, Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Aspects 296, 238–247. 6. Consejo regulador del tequila 2009 7. Edwards G. A. y Amirtharajarah, 1985. Removing Color Caused by Acids, Journal AWWA, Mar. pp. 50-57. 8. Fahy, V., FitzGibbon, F.J., McMullan, G., Singh, D., Marchant, R. 1997. Decolorization of molsasses spentwash by Phanerochaete chrysosporium, Biotech. Lett. 16, 97–99. 9. FAO. (1998). Gestión de la Calidad del Agua. FAO: Control de la contaminación en América Latina y el Caribe. Tema 21, Arica, Chile y Tacne, Perú. pp 100-113 www.fao.org/Regional/LAmerica/prior/recnat/pdf/gestio/tema21.pdf 10. Fujita, M., Era, A., Ike, M., Soda, S., Miyata, N., Hirao, T. 2000. Decolorization of heat treatment liquor of waste sludge by a bioreactor using polyurethane foam immobilized white rot fungus equipped with an ultramembrane filtration unit, J. Biosci. Bioeng. 90, 387–394. 11. García-García, I., Bonilla-Venceslada, J.L., Jimenez-Peña, P.R., y Ramos-Gómez, E. 1997. Biodegradation of phenol compounds in vinasse using Aspergillus terreun and Geotrichum candidum. Wat. Res 31(8) 2005-2011. 12. Guimaraes, C., Porto, P., Oliveira, R., Mota, M. 2005. Continuous docolourization of a sugar refinery wastewater in a modified rotating biological contactor with Phanerochaete chrysosporium immobilized on polyurethane foam discs, Proc. Biochem. 40, 535–540. 13. Iñiguez-Covarrubias, G. y Peraza-Luna, F. 2007. Reduction of solids and organic load concentrations in tequila vinasses using polyacrylamide (PAM) polymer flocculant. Rev. Int. Contam. Ambient. 23 (1) 17-24. 14. Jimenez, A.M., Borja, R., Martin, A. 2003. Aerobic–anaerobic biodegradation of beet molasses alcoholic fermentation wastewater, Proc. Biochem. 38, 1275–1284. 15. Kumar, P., Chandra, R. 2004. Detoxification of distillery effluent through Bacillus thuringiensis (MTCC 4714) enhanced phytoremediation potential of Spirodela polyrrhiza (L.) Schliden, Bull. Environ. Contam. Toxicol. 73 903–910. 16. Kumar, V., Wati, L., Nigam, P., Banat, I.M., Yadav, B.S., Singh, D., Marchant, R. 1998. Ecolorization and biodegradation of anaerobically 6 de 11

digested sugarcane molasses spent wash effluent from biomethanation plants by white rot fungi, Proc.Biochem. 33, 83–85. 17. Lalvo, I.G., Guerginov, I.I., Krysteva, M.A., Farstov, K. 2000. Treatment of wastewater from distilleries with Chitosan,Water Res. 34, 1503–1506. 18. Mane, J.D., Modi, S., Nagawade, S., Phadnis, S.P., Bhandari, V.M. 2006. Treatment of spentwash using chemically modified bagasse and color removal studies, Biores. Technol. 97, 1752–1755. 19. Manisankar, S., Viswanathan, C., Rani, 2003. Electrochemical treatment of distillery effluent using catalytic anodes, Green Chem. 5, 270–274. 20. Migo, V.P., Del Rosario, E.J., Matsumura, M. 1997. Flocculation of melanoid insinduced by inorganic ions, J. Fermen. Bioeng. 83, 287–291. 21. Miyata, N., Mori, T., Iwahori, K., Fujita, M. 2000. Microbial decolorization of melanoidin containing wastewaters: combined use of activated sludge and the fungus Coriolus hirsutus, J. Biosci. Bioeng. 89, 145–150. 22. Mohama, S., Acharya, B.K. and Madamwar, D. 2009. Distillery spent wash: Treatment technologies and potencial applicactions. Journal of hazardous materials. 163. 12-25. 23. Moletta, R. 2005. Winery and distillery wastewater treatment by anaerobic digestion. Water Science and Technology 51(1) 137-144. 24. Narkis N. y Rebhun M., (1975). The Mechanism of Flocculation Proecesses in the Presence of Humic Substances, Journal AWWA, Feb. pp. 101-109. 25. Nataraj, S.K. Hosamani, K.M. Aminabhavi, T.M. 2006. Distillery wastewater treatment by the membrane-based nanofiltration and reverse osmosis processes, Water Res. 40, 2349–2356. 26. Pala, A., Erden, G. 2005. Decolorization of a baker’s yeast industry effluent by fenton’s oxidation, J. Hazard. Mater. 127, 141–148. 27. Pandey, R.A., Malhotra, A., Tankhiwale, S. Pande, S., Pathe, P.P., Kaul, S.N. 2003 Treatment of biologically treated distillery effluent—a case study, Int. J. Environ. Study 60 263–275. 28. Pena, M., Coca, M., Gonzalez, G., Rioja, R., Garcia, M.T. 2003. Chemical oxidation of wastewater frommollasses fermentation with ozone, Chemosphere 51, 893–900. 29. Rubén Moreno Pesqueira ( ) Miembro de la Academia Mexicana del Tequila, A.C. http://www.acamextequila.com. mx/amt3/noticias/teqeco.html 30. Satyawali, Y., Balakrishnan, M. 2007. Removal of color from biomethanated distillery spent wash by treatment with activated carbons, Biores. Technol. 98, 2629–2635. 31. Shayegan, J., Pazouki, M., Afshari, A. 2004. Continuous decolorization of anaerobically digested distillery wastewater, Proc. Biochem. 40, 1323–1329. 32. Sirianuntapiboon, S., Sihanonth, Somchai, P., Atthasampunna, P., Hayashida, S. 1995. An adsorption mechanism for melanoidin decolorization by Rhizoctonia sp., Biosci. Biotechnol. Biochem. 59, 1185–1189. 33. Villa-Mejia, J.M., Zamora-Galvan, F., Fausto-Guerra, S., Rodríguez-Macias, R. y García-López P.M. 2006. Obtención de proteína fungica a partir de vinazas tequileras. Avances en la Investigación Científica en el CUCBA. 206-208. 34. Watanabe, Y., Sugi, T.R., Tanaka, Y., Hayashida, S. 1982. Enzymatic decolorization of melanoidin by Coriolus sp. No. 20, Agric. Biol. Chem. 46, 1623–1630. 35. Yavuz, Y. 2007. EC and EF processes for the treatment of alcohol distillery wastewater, Sep. Purif. Technol. 53, 135–140.

3. Metodología 3.1. Hipótesis La aplicación de un método fisicoquímico combinado con un método biológico como es el tratamiento con hongos ligninolíticos, permitirá reducir a los altos niveles de contaminación de las vinazas de la industria tequilera y mezcalera hasta los niveles establecidos en la norma oficial mexicana, logrando un efluente que se pueda descargar a ríos, lagos o suelo.

3.2. Parámetros Los parametros a evaluar son los establecidos en la norma ofical mexicana NOM-001-ECOL-1996, la cual indica cuales serán las concentraciones de cada compuesto a evaluar en una agua residual que proviene de una industria que destila etanol como es el caso de las tequileras y mezcaleras.

3.3. Materiales y Métodos METODOLOGÍA. El agua residual para este estudio será proporcionado por la compañía tequilera de Arandas, S.A. de C.V. ubicada en Arandas, Jalisco y por la fábrica de mezcal Destilados Vino Mezcal de Aguascalientes, S.A. de C.V. ubicada en Ciudad Industrial en Aguascalientes, Ags.

Caracterización de la vinaza. Se analizará la vinaza proveniente de cada industria para conocer las características que presentan, los análisis que se realizarán son: Demanda química de oxígeno (DQO) total, demanda bioquímica de oxígeno (DBO), pH, sólidos suspendidos y totales y el color. Las determinaciones de estos parámetros se realizarán conforme lo marca el “Estándar Methods”, APHA 1994. Remoción de sólidos y color con ácido alginico. 7 de 11

Para la primera parte de este estudio se usará un método físico para remover los sólidos suspendidos y disueltos, así como el color, para ello se realizará un diseño factorial de tres factores con tres niveles, donde los factores son: la concentración del ácido alginico, el pH y la temperatura, los niveles para la concentración del ácido alginico que se proponen son: 0.5, 1 y 1.5 % (p/v), para el pH será: 7, 8 y 9 y para la temperatura se manejaran 30, 50 y 70° C. las variables respuesta que se medirán son: DQO, DBO, color y sólidos totales. La separación de los sólidos se realizará por medio de la adición de cloruro de calcio como un agente gelificante. El gel obtenido se podrá separar por filtración y posteriormente se buscara algún uso o se biodegradará usando hongos ligninolíticos. Se evaluará la eficiencia del tratamiento considerando los valores iníciales y finales de cada uno de los parámetros a evaluar.

Evaluación de la capacidad de biorremediación de los hongos ligninolíticos sobre la vinaza. La segunda parte del estudio consistirá en evaluar la capacidad de biorremediar las vinazas usando 20 cepas distintas de hongos ligninolíticos, dicha capacidad se evaluará cultivando cada cepa en medio Agar-vinazas ajustando el pH a 5.5, evaluando si hay crecimiento y cambio en la coloración de dicho medio, se incluirá un control agar-vinaza sin hongo. De las cepas que arrojen los mejores resultados serán usados para el siguiente experimento. Biorremediación de la vinaza usando hongos ligninolíticos. El líquido obtenido después de la separación del gel se someterá a un tratamiento de Biorremediación usando las mejores cepas de hongos ligninolíticos, para ello deberá ajustarse el pH del filtrado a un valor de 5.5-6 que es el pH optimo de crecimiento de estos hongos y se estudiará la capacidad de remoción de color y DBO en el agua tratada. Para ello se desarrollará un diseño experimental de factorial de dos factores con dos niveles, los factores son: la concentración del inoculo y la concentración de un co-sustrato salvado de trigo y los niveles son 5 y 10 % y 2 y 4% respectivamente. Las respuestas a evaluar son: DBO, DQO, color y sólidos totales. Tratamiento del residuo sólido. El residuo sólido (gel de alginato con residuo orgánico) se tratará con las mejores cepas fungales encontradas que biodegradan las vinazas. El experimento se realizará secando el resido para poder ajustar posteriormente el contenido de humedad y realizar un proceso de fermentación en sustrato sólido, inoculando un 10% peso/volumen con respecto al residuo a tratar. Incubar por 30 días a una temperatura de 28° C en la oscuridad y periódicamente ajustando el contenido de humedad.

4. Calendarización #

1

2

3

Etapas Etapa 1. Enero del 2010 - Junio del 2010 Descripción: Caracterización de las vinazas tequileras y mezcaleras Busqueda de las mejores cepas fungales biodegradadoras de las vinazas Actividades: 1. Resembrar las cepas fungales en medio papa dextrosa agar 2. Analizar muestras de las vinazas tequileras y mezcaleras 3. Prepar el medio Agar-vinaza ajustando pH y buscando la cantidad adecuada de agar a agregar 4. Inocular las 20 cepas fugales y evaluar: el crecimiento, la capacidad de decoloración y el tiempo requerido para decolorar completamente. 5. Elaborar reporte Etapa 2. Julio del 2010 - Diciembre del 2010 Descripción: Realizar el diseño experimental para el ensayo de la remoción fisicoquimica de sólidos y color usando el alginato de sodio. Actividades: 1. Dar un pretratamiento a la vinaza para el proceso de adsorción con el alginato de sodio. 2. Diseñar el experimento factorial de 3 factores (pH, concentración del alginato y temperatura) y tres niveles (realizarlo por triplicado) 3. Realizar los experimentos correspondientes por triplicado y analizar las variables de respuesta 4. Analizar los resultados por medio del análisis de varianza y ver que factores afectan las respuestas, 5. Enviar Resumen a evento Nacional Etapa 3. Enero del 2011 - Junio del 2011 Descripción: estudiar la biorremediación de las vinazas tequileras y mezcaleras Actividades: 1.Realizar los experimentos de biorremediación de las vinazas usando vinazas crudas, filtradas y tratadas con el alginato, usando las mejores cepas encontradas en la etapa 1. 2. Evaluar los parámetros DQO, DBO, color y solidos totales en cada muestra sometida al proceso de biorremediación con hongos ligninoliticos. 3. Evaluar cada tratamiento 4. Elaborar reporte 5. Enviar resumen a evento local e internacional Etapa 4. Julio del 2011 - Diciembre del 2011 Descripción: 8 de 11

4

5

6

Optimizar las condiciones de biorremedición de las vinazas Actividades: 1. Con los resultados obtenidos en la etapa anterior diseñar un experimento que permita optimizar las condiciones de pH, concentración de la vinaza, tiempo de biorremedición. 2. Realizar los análisis de los parámetros a evaluar DQO, DBO, color, solidos totales, entre otros. 3. escribir el articulo a publicar Etapa 5. Enero del 2012 - Junio del 2012 Descripción: Biodegradación del residuo de la remoción física con alginato Actividades: 1. Secar el residuo obtenidos de los diferentes ensayos de la investigación y almacenarlos. 2. Mezclar e hidratar el material hasta obtener la humedad deseada 3. Realizar la fermentación en sustrato sólido usando hongos ligninolíticos 4. Elaborar reporte de avance 5. Enviar resumen para evento local y nacional Etapa 6. Julio del 2012 - Diciembre del 2012 Descripción: optimizar las condiciones de biodegradación por fermentación en sustrato solido y buscar usos del material obtenido. Actividades: 1. diseñar un experimento que permita optimizar las condiciones de pH, temperatura, cantidad de inoculo. 2. Obtener las mejores condiciones para biodegradar el material. 3. buscar algunos usos al residuo con y sin proceso fermetativo. 4. Elaborar reporte final 5. Publicar un segundo artículo

5. Vinculación 5.1. Usuarios de la Investigación Dos principales empresas serán las veneficiadas una ubicada en el estado de aguscalientes denominada Destilados Vino Mezcal de Aguascalientes, S.A. de C.V. y otra la compañía tequilera de Arandas, S.A. de C.V. ubicada en Arandas, Jalisco.

5.2. Docencia Este proyecto permtirá desarrollar algunas practicas del área de biotecnología ambiental, especificamente en la biorremedición de efluentes con hongos ligninolíticos, que esta relacionada fuertemente con el cuerpo academico. Además trabajaran un instructor beca y un estudiante del doctorado en ciencias biológicas que esta dentro del PNPC. dicho estudiante posiblemente ingrese en agosto del 2009.

6. Aportes 6.1. Trascendencia de la Investigación De tener exito este proyecto se puede aplicar a un sistema real y poder tratar las vinazas de las industrias tequileras y mezcaleras en forma eficiente, posiblemente ajustandose a la norma mexicanan, con ello disminuir los indices tan altos de contaminanción en rios, lagos y suelos aledaños de las empresas tequileras, disminuyendo su impacto ambiental. la aportación al conocimiento será el empleo de un agente adsorbedor biodegradable de bajo costo y que remueve altos porcentajes de color y materia orgánica.

6.2. Productos Difusión en Eventos Académicos Especializados [X] Ponente en congreso local especializado [X] Ponente en congreso nacional especializado [X] Ponente en congreso internacional especializado [X] Artículo en Revista Indexada

Publicaciones [ ] Capítulo en Libro

[ ] Artículo en Revista Arbitrada

[ ] Catálogo

[ ] Libro Especializado

[ ] Manual Productos Registrados

[ ] Patente [ ] Innovación [ ] Certificado de Invensión 9 de 11

[ ] Transferencia Tecnológica [ ] Desarrollo Tecnológico Consolidación o Fortalecimiento de Infraestructura [ ] Talleres [ ] Acervos Documentales, Bibliografía o de Especies Biológicas [ ] Bancos de Información [ ] Desarrollo de Equipos para Investigación [ ] Laboratorios

6.3. Formación de Recursos Humanos # 1

# 1

Nombre

Asesoría y/o Dirección de Tesis Nivel Doctorado

Carrera Doctorado en Ciencias Biologicas

Nombre

Toturías de Becarios Semestre Séptimo

Carrera Ingenieria Bioquímica

Jose Luis Retes Pruneda

Alberto Rodríguez Castro

7. Presupuesto Cargo Responsable Investigador Colaborador Investigador Colaborador Investigador Colaborador Investigador Colaborador Técnico de Apoyo Instructor Beca Materiales y Eventos: Otros Gastos Normales: Gastos de Viaje: Mantenimiento: Total del Año 2010 Responsable Investigador Colaborador Investigador Colaborador Investigador Colaborador Investigador Colaborador Técnico de Apoyo Instructor Beca Materiales y Eventos: Otros Gastos Normales: Gastos de Viaje: Mantenimiento: Total del Año 2011 Responsable Investigador Colaborador Investigador Colaborador Investigador Colaborador Investigador Colaborador Técnico de Apoyo Instructor Beca Materiales y Eventos: Otros Gastos Normales: Gastos de Viaje: Mantenimiento: Total del Año 2012

¡ EL PROYECTO SE REALIZARÁ DURANTE AÑO SABÁTICO ! Sueldos, Honorarios y Gastos de Operación Año 2010 Nombre Sueldo Carga Sueldo Contrato Juan Jáuregui Rincón $95,515.51 $0.00 Gustavo Davila Vazquez $0.00 $0.00 Iliana Ernestina Medina Ramirez $42,640.65 $0.00 Juan Antonio Lozano Alvarez $0.00 $15,887.55 Norma Angélica Chávez Vela $42,640.65 $0.00 Gustavo Franco Diaz $0.00 $0.00 Alberto Rodríguez Castro --Gastos de Operación $ 20,000.00 $ 4,000.00 $ 7,000.00 $ 4,000.00

Total Sueldo $95,515.51 $0.00 $42,640.65 $15,887.55 $42,640.65 $0.00 $8,507.03 Total Gasto $ 35,000.00

$ 240,191.39 Año 2011 Juan Jáuregui Rincón $98,380.97 Gustavo Davila Vazquez $0.00 Iliana Ernestina Medina Ramirez $43,919.87 Juan Antonio Lozano Alvarez $0.00 Norma Angélica Chávez Vela $43,919.87 Gustavo Franco Diaz $0.00 Alberto Rodríguez Castro Gastos de Operación $ 18,000.00 $ 5,000.00 $ 9,000.00 $ 5,000.00

$0.00 $0.00 $0.00 $16,364.18 $0.00 $0.00 ---

$98,380.97 $0.00 $43,919.87 $16,364.18 $43,919.87 $0.00 $8,762.24 Total Gasto $ 37,000.00

$ 248,347.13 Año 2012 Juan Jáuregui Rincón $101,332.40 Gustavo Davila Vazquez $0.00 Iliana Ernestina Medina Ramirez $45,237.47 Juan Antonio Lozano Alvarez $0.00 Norma Angélica Chávez Vela $45,237.47 Gustavo Franco Diaz $0.00 Alberto Rodríguez Castro Gastos de Operación $ 23,000.00 $ 5,000.00 $ 9,000.00 $ 5,000.00

$0.00 $0.00 $0.00 $16,855.10 $0.00 $0.00 ---

$101,332.40 $0.00 $45,237.47 $16,855.10 $45,237.47 $0.00 $9,025.11 Total Gasto $ 42,000.00

$ 259,687.55 10 de 11

Total del Presupuesto:

$ 748,226.07

8. Infraestructura Se cuenta con un laboratorio de investigación en el edificio 36 que cuenta con campana de flujo laminar, campana de extracción de gases, centrifuga refrigerada, una balanza analitica, un cuarto de incubación con temperatura controlada 3 agitadores orbitales. equipo de secado, tres biorreactores en el edifico 204. equipo de computo e impresora multifucional. base de datos de la biblioteca de la UAA y del CIATEJ. En CIATEJ se tienen un laboratorio para la realización de análisis de las vinazas.

9. Observaciones 9.1. Observaciones 9.2. Anexos 9.3 Adjunto Nombre: anexo.doc Tipo: application/msword Tamaño: 186,368.00Bytes Descripción: este archivo contiene 2 tablas y una figura Código: FO-40100-015 Revisión: 00 Emisión: 31/01/08

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