Este documento describe varias alternativas biotecnológicas para el tratamiento de aguas residuales de la industria láctea en el departamento de Nariño, Colombia. Estas incluyen la producción de polihidroxialcanoatos, biocombustibles y ácido cítrico a través de procesos de fermentación bacteriana y fúngica que pueden purificar el agua y generar productos de alto valor. Dada la gran cantidad de pequeñas empresas lácteas en la región y los contaminantes presentes en el suero lácteo, es

1. BIOTECNOLOGIA AMBIENTAL. UNA ALTERNATIVA DE TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES EN LA INDUSTRIA LACTEA EN EL DEPARTAMENTO DE NARIÑO
Elaborado por:
ANA CAROLINA TARAPUES QUIROZ
MARIA EMMA RUA
NATALIA BORJA LEON
UNIVERSIDAD DE MANIZALES
FACULTAD DE CIENCIAS CONTABLES, ECONOMICAS Y ADMINISTRATIVAS
MAESTRIA EN DESARROLLO SOSTENIBLE Y MEDIO AMBIENTE
2015

2. BIOTECNOLOGIA AMBIENTAL. UNA ALTERNATIVA DE TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES EN LA INDUSTRIA LACTEA EN EL DEPARTAMENTO DE NARIÑO
Elaborado por:
ANA CAROLINA TARAPUES QUIROZ
MARIA EMMA RUA
NATALIA BORJA LEON
Presentado al Doctor:
Candidato a Doctor Carlos Arturo Granada
UNIVERSIDAD DE MANIZALES
FACULTAD DE CIENCIAS CONTABLES, ECONOMICAS Y ADMINISTRATIVAS
MAESTRIA EN DESARROLLO SOSTENIBLE Y MEDIO AMBIENTE
2015

3. INTRODUCCIÓN
En Nariño se han identificado doce cadenas productivas, siendo las más importantes la
papa, los lácteos, las fibras naturales, la marroquinería y la caña panelera (en la región
andina), así como la pesca, la palma africana, el turismo y el cacao (en la región pacífica).
Otra actividad a destacar es la cría de curíes o cuy, de amplio arraigo en la cultura culinaria
nariñense. (Hoz, 2007)
El sector lácteo en el departamento de Nariño contribuye a la competitividad regional
generando empleo e ingresos, para un 70% de la población articulando claro está los
diferentes eslabones de la cadena láctea en el municipio de Pasto. (Orjuela, 2013)
La industria alimentaria es uno de los sectores productivos que mayor impacto tiene sobre
el medio ambiente, bien sea por sus procesos productivos o por los diferentes artículos
que salen al mercado, este el caso de la industria láctea donde la contaminación se da por
la gran cantidad de empaques que genera y los residuos líquidos que se producen, los
cuales son inherentes al proceso productivo. Algunos efluentes de la industria láctea forman
parte de los contaminantes más severos que existen, tal es el caso del suero de leche, un
subproducto de la manufactura de quesos, caseína, caseinatos, y mantequilla (Carrillo A,
2002).
PROBLEMÁTICA AMBIENTAL INDUSTRIA LÁCTEA
Una empresa dedicada a la producción de derivados lácteos entre ellos quesos, usa 60.377
litros de leche fresca para la producción de quesillo, queso campesino, queso doble crema
y queso mozarella, lo que genera 54.339 L de suero de leche representando el 90% de la
leche utilizada. Este subproducto se ha convertido en una fuente de contaminación para el
recurso hídrico del departamento debido a la gran cantidad de micro, medianas y pequeñas
empresas que generan este tipo de residuos y que en su gran mayoría no cuentan con un
sistema de tratamiento de aguas residuales, lo que significa que esta cantidad de residuos
líquidos llegan a las fuentes de agua sin ningún tipo de tratamiento ocasionando efectos
negativos sobre los ecosistemas y población aledaña a las industrias lácteas.

4. Una estrategia adoptada por pequeñas industrias lácteas es donar este residuo a criaderos
de cerdos, opción válida pero la cual presenta algunos inconvenientes como por ejemplo
disponibilidad de trasporte para llevar el residuo a las granjas, la cantidad de residuos
producidos supera la cantidad requerida para alimentación animal; por lo tanto esta práctica
no soluciona el problema de aguas residuales.
En otro escenario las aguas residuales son vertidas sin ningún tratamiento al suelo,
sistemas de alcantarillado y fuentes de agua, causando efectos devastadores sobre el
medio ambiente debido a la cantidad de lactosa, proteínas, grasas que están presentes en
el suero de leche principal componente de las aguas residuales de la industria láctea.
Con la finalidad de disminuir el problema de la contaminación, es necesario depurar el suero
lácteo antes de descargarlo en un afluente o suelo. Los costos de tratamiento de la mayoría
de los sistemas utilizados en la actualidad son relativamente altos, por lo cual las empresas
familiares que realizan esta actividad por tradición, las micro, medianas y pequeñas
empresas no pueden acceder a la tecnología disponible para el tratamiento de aguas
residuales. Por lo tanto es necesario estudiar alternativas biotecnológicas para tratar este
subproducto y darle un valor agregado, lo que haría que el sistema no sea un gasto o un
requerimiento para cumplir con la normativa existente, sino un proceso llamativo que genera
un producto de valor agregado.
ALTERNATIVAS BIOTECNOLOGICAS
Se plantea la biorremediación como alternativa para depurar aguas residuales, esta técnica
puede ser utilizada por cualquier empresa, debido que es una estrategia relativamente
barata y a largo plazo más sostenible, ya que utiliza la habilidad natural que tiene los
microorganismos para metabolizar un amplio espectro de contaminantes orgánicos.
(Centro de actividad regional para la producción limpia, 2003)
Producción de polihidroxialcanoatos
Una alterntiva de biorremediación es el tratamiento de aguas residuales con bacterias
productoras de polihidroxialcanoatos, la producción biotecnológica sostenible de los
polihidroxialcanoatos a partir de recursos renovables es una alternativa a la producción de

5. poliéster química de los aceites minerales. Los polímeros producidos son biodegradables,
y debido a sus características se pueden utilizar para la producción de materiales de
embalaje. Muchos microorganismos procariotas diferentes son conocidos para acumular
polihidroxialcanoatos intercelularmente bajo condiciones de crecimiento limitante; algunos
de ellos son capaces de producir copoliésteres a partir de precursores añadidos al medio
de producción (Braunegg et al., 2004), como por ejemplo Waustetersia eutropha ATCC
17699, que producen granulos internos de PHA, tienen un elevado consumo de sustratos
a base de lactosuero y alta concentración celular, lo cual hace que estos se perfilen como
los mas adecuados para la obtención de PHA usando como medio de cultivo lactosuero.
(Súarez, 2005)
Otra bacteria capaz de sintetizar polihidroxialacanoatos es la bacteria termofila Thermus
thermophilus HB8, capaz de utilizar la lactosa a partir de medios a base de suero para la
biosíntesis de polihidroxialcanoatos (PHAs) bajo limitación de nitrógeno. T. thermophilus
puede utilizar tanto, glucosa y galactosa y los productos de la hidrólisis de lactosa. Cuando
T. thermophilus HB8 se hizo crecer en medios de cultivo que contienian 24% (v / v) de suero
de leche, se acumuló PHA hasta 35% (w / w) de su biomasa después de 24 h de cultivo,
por lo cual se puede concluir que el suero de leche podría ser un excelente sustrato para la
producción de heteropolímeros con propiedades únicas (Pantazaki et al., 2009).
Koller et al., en el 2008 hidrolizó enzimáticamente el suero de leche para separar su fuente
principal de carbono, lactosa, glucosa y galactosa. Los productos de hidrólisis fueron
elegidos como fuentes de carbono para la producción de ácido poli-3-hidroxibutírico (PHB)
por Pseudomonas hydrogenovora. En experimentos en biorrectores con agitación, se utilizó
suero de leche como un sustrato barato y se comparó con la utilización de la glucosa y
galactosa pura para el crecimiento bacteriano en condiciones equilibradas, así como para
la producción de PHB bajo limitación de nitrógeno. Aquí se determinó que la utilización de
suero de leche hidrolizado resultó ser ventajosa en comparación con la utilización de
azúcares puros.
En el Departamento de Bioingeniería de la Universidad de la República de Uruguay se
investiga la producción de polihidroxialcanoatos desde hace ya varios años. Esto ha sido
posible por la financiación obtenida a través de un proyecto PDT (Programa de Desarrollo
Tecnológico) y dos proyectos ANII (Agencia Nacional de Investigación e Innovación) del

6. Fondo María Viñas modalidad III, y por la colaboración con grupos de investigación del
IIBCE (Instituto de Investigaciones Biológicas Clemente Estable), además del trabajo
desarrollado por estudiantes de pasantías y tesinas. En este tiempo se ha estudiado a nivel
de laboratorio la producción de PHB de diferentes microorganismos, utilizando medios de
cultivo en base a residuos agroindustriales como el suero de leche y glicerol. Se han
utilizado microorganismos provenientes de colecciones internacionales, así como propios.
(Saravia, 2013)
En Ciudad de México, el proyecto LIFE y Wheypack de la Unión Europea anunció que
desarrollarán envases biodegradables a partir de suero de leche, para reducir su emisión
de contaminantes al medio ambiente por uso de petroquímicos. El proyecto es coordinado
por la Asociación de Investigación de la Industria Agroalimentaria española, a partir de la
creación de polihidroxibutirato (PHB), el material que se genera por medio de
microorganismos, que fermentan el suero. Actualmente, el segmento de envases
biodegradables representa sólo 1% del mercado, pero tiene altas proyecciones de
crecimiento, la Unión Europea estima que crecerás de 1.2 millones de toneladas de 2011 a
5.8 millones de toneladas en 2016. En el mercado ya existen algunos envases
biodegradables creados a partir de ácido poliláctico (PLA) derivado, principalmente, de maíz
amarillo y de almidón de papa, y los polihidroxialcanoatos (PHA), generados a partir de
bacterias que almacenan compuestos de carbón. (Chacón, 2014)
Producción de biocombustibles
Otra alternativa para el tratamiento de aguas de la industria láctea es el cultivo de
microalgas para la producción de biocombustibles, esto permitirá reducir los costos de
producción de biocombustibles a partir de microalgas, debido que se utiliza aguas ricas en
nutrientes, para lo cual se somete a tratamiento las aguas residuales, lo cual se debe
realizar de modos y tiene un costo económico, mediante cultivos de microalgas que depure
el agua, que permita aprovechar energéticamente la biomasa producida y la acumulación
de lípidos en el interior de las células. (Joan García, 2012)
Isabel Espinoza Gonzales et al., (2014) propone una nueva alternativa para la utilización de
suero de leche como materia prima para la producción de lípidos y biomasa de microalgas
Chlorella protothecoides. La glucosa y la galactosa del suero de leche pre-hidrolizado se

7. utilizaron como fuentes de carbono principales en un medio mineral de base para el
establecimiento de baches y cultivos discontinuos alimentados. Donde los cultivos en
baches alcanzaron una producción de biomasa de 9,1 ± 0,2 g / L, con una acumulación de
lípidos total de 42,0 ± 6,6% (peso seco), mientras que en los cultivos discontinuos
alimentados 17,2 ± 1,3 g / l de biomasa, con la acumulación de lípidos 20,5 ± 0,3% (peso
seco). Una tercera estrategia para la utilización directa del suero de leche fue la
sacarificación y fermentación simultáneas (SSF), en donde, se obtuvo 7,3 ± 1,3 g / L de
biomasa con la acumulación de lípidos 49,9 ± 3,3% (base de peso seco) en el modo por
lotes utilizando inmovilizada enzima.
Para la producción de biocombustibles en especial Etanol, el suero de leche en polvo
materia prima atractiva, ya que es la forma concentrada del suero de leche y contiene
lactosa, además de nitrógeno, fosfato y otros nutrientes esenciales. El suero de leche en
polvo se utilizó como medio de fermentación para la producción de etanol por
Kluyveromyces fragilis. Donde se concluye que la concentración de lactosa inicial tuvo un
efecto significativo sobre la producción de etanol, lo que se ve reflejado en la formación de
producto a medida que aumentaba la concentración inicial de sustrato (Dragone et al.,
2011).
Producción de ácido citrico
Otra alternativa para el uso o tratamiento del lactosuero o suero de leche, es la producción
de acido citrico por medio de un proceso de fermentación con hongos del geneno
Aspergillus, con miras a su aprovechamiento y a la reducción del impacto ambiental que
causan los vertimientos de este subproducto en los cursos de agua. En este tratamiento se
han probado cepas de: A. carbonarius NRRL 368, A. carbonarius NRRL 67 y A. niger NRRL
3. (Sánchez, 2007).

8. CONCLUSIONES
Teniendo en cuenta lo anteriormente mencionado, se concluye que en el municipio de Pasto
es necesario iniciar a trabajar en el ámbito de la biotecnología como estrategia para el
tratamiento de aguas residuales con mira a generar productos con altos valores agregados
como lo son: polihidroxialcanoatos o biopolímeros, biocombustibles, ácido cítrico, entre
otros, los cuales seria la materia prima de otros procesos productivos.
Los productos obtenidos a partir de desarrollo biotecnológico aplicado al tratamiento de
aguas residuales de la industria láctea sustituyen productos comerciales los cuales son el
resultado del procesamiento de diferentes recursos naturales, por lo tanto el uso de estas
tecnologías aporta a la conservación de la biosfera.
La producción de polihidroxialcanoatos, biocombustibles y ácido cítrico, hace que el
tratamiento de aguas residuales tenga doble propósito, uno depurar el agua residual y el
segundo generar productos con gran valor social, científico y ambiental.

9. BIBLIOGRAFÍA
Braunegg, G., Bona, R., & Koller, M. (2004). Sustainable polymer production.Polymer-
plastics technology and engineering, 43(6), 1779-1793.
Carillo A, J. (2002). Tratamiento y reutilización del suero de leche. No 10, México: Revista
Conversus.
Centro de actividad regional para la producción limpia. (2003). Aplicaciones de la
biotecnología en la industria. Barcelona.
Chacón, L. (26 de septiembre de 2014). Buscan gnerar envases del suero lácteo. Obtenido
de ManuFactura: http://www.manufactura.mx/industria/2014/09/26/buscan-generar-
envases-del-suero-lacteo
Dragone, G., Mussatto, S. I., e Silva, J. B. A., & Teixeira, J. A. (2011). Optimal fermentation
conditions for maximizing the ethanol production by Kluyveromyces fragilis from cheese
whey powder. biomass and bioenergy,35(5), 1977-1982.
Espinosa-Gonzalez, I., Parashar, A., & Bressler, D. C. (2014). Heterotrophic growth and
lipid accumulation of Chlorella protothecoides in whey permeate, a dairy by-product stream,
for biofuel production. Bioresource technology, 155, 170-176.
Hoz, J. V. (2007). Economía del Departamento de Nariño: Ruralidad y aislamiento
geográfico. Economía Regional.
Joan García, F. P. (2012). Desarrolo de un fotobiorreacor: Biocombustibles a partir de
microalgas cultivadas en aguas residuales. Gestión y tratamiento de agua(437).
Koller, M., Bona, R., Chiellini, E., Fernandes, E. G., Horvat, P., Kutschera, C., & Braunegg,
G. (2008). Polyhydroxyalkanoate production from whey by Pseudomonas
hydrogenovora. Bioresource technology, 99(11), 4854-4863.
Orjuela, A. L. (2013). Estudio de la cadena lactea y sus aporte a la competividad de la zona
noroccidental del municipio de Pasto, Departamento de Nariño. Pasto.
Pantazaki, A. A., Papaneophytou, C. P., Pritsa, A. G., Liakopoulou-Kyriakides, M., &
Kyriakidis, D. A. (2009). Production of polyhydroxyalkanoates from whey by Thermus
thermophilus HB8. Process Biochemistry, 44(8), 847-853.

10. Sánchez Toro, O., Ortiz Buriticá, M. & Betancourt Garcés, A. (2007). Obtención de ácido
cítrico a partir de suero de leche por fermentación por Aspergillus spp,, Revista Colombiana
de Biotecnología, 6(1), 43-45. Recuperado el 25 de septiembre de 2015 en:
http://revistas,unal.edu.co/index.php/biotecnologia/article/view/542
Saravia, G. M. (2013). Plasticos biodegradables producido pro microorganismos. Uruguay
Ciencia(16), 22-23.
Súarez, E. M. (2005). Producción de polihidroxialcanoatos por Wastersia eutropha
ATCC17699 sobre suero de leche. Mexico: XII Congreso Nacional de Biotecnología y
Bioingeniería.